光子学报
2021, 50(11): 1111003
为了实现对甲烷和二氧化碳双气体一体化测量,设计了以两个窄带中红外发光二极管(LED)作为甲烷和二氧化碳测量光源、以两个光电二极管(PD)作为探测器敏感元件的双LED-PD光学测量结构,研制了中红外甲烷二氧化碳双气体传感系统。对谱线及光学器件的选择、双LED光源脉冲电流调制、温度补偿算法进行了研究。根据甲烷和二氧化碳气体的红外线吸收光谱特征进行光学测量结构的设计,利用LED器件高速响应特性完成双光源脉冲电流调制时序算法,即采用窄脉冲模式进行电流驱动。在温度实验分析的基础上,采用中值归一数据预处理得到温度影响因子,然后对温度影响因子进行线性拟合得出温度补偿算法。实验结果表明:传感系统的平均功耗低至38.3 mW;甲烷测量误差最小为0.06%(体积分数),二氧化碳测量误差最小为0.05%(体积分数),可满足煤矿中甲烷和二氧化碳双气体浓度低功耗、稳定可靠实时测量的要求。
光谱学 红外光谱 中红外光源 热电致冷 窄脉冲 甲烷检测 二氧化碳检测 光学学报
2020, 40(23): 2330001
电子科技大学 光电科学与工程学院, 成都 610054
基于多物理场有限元分析与理论计算相结合的方法, 采用Intellisuite软件完成了12μm×12μm微测辐射热计结构的设计与仿真, 具体工作包括: 单元结构二维版图及工艺流程设计和单元结构三维精确建模, 结合实际MEMS结构的材料参数, 进行了电学与热电耦合多物理场有限元仿真模拟分析。通过仿真优化获得探测单元的主要热电参数、响应时间和响应率, 分别为: 热导4.31×10-8W/K、热容2.69×10-10J/K、电压响应率（未经后端读出电路放大）7200V/W、热响应时间6.24ms。采用所提出的微桥设计仿真方法, 可显著提高器件设计效率和设计精度, 缩短研发周期, 可满足超大规模小像元非致冷红外焦平面探测器的设计要求。
微测辐射热计 小像元 非致冷红外焦平面探测器 有限元仿真 热电耦合分析 microbolometer small pixel uncooled infrared focal plane detector finite element simulation thermal-couple
1 中国科学院上海技术物理研究所 传感技术联合国家重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室, 上海 200083
3 中国科学院大学, 北京 100049
为了实现大视场、高空间分辨率、高光谱分辨率的指标要求, 通常采用多模块拼接的技术方案, 实现超长线列的组件。通过两个热电致冷器的拼接实现120 mm长度的大冷面, 通过多个模块拼接实现4 000元长线列InGaAs短波红外探测器组件的封装。同时针对超长线列温度均匀性实现、拼接焦平面的共面性、拼接的工程可靠性开展研究, 通过热电致冷器的拼接、热分析、冷板材料的选择、零件公差控制及微调节等技术手段, 在工程上实现了超大冷面的温度均匀性控制在±0.4 ℃以内; 焦平面的共面性控制在±0.020 mm以内。封装的超长线列InGaAs短波红外组件通过了冲击和随机振动实验, 实验前后焦平面的共面性无明显变化, 实现了清晰的地面成像。
超长线列 InGaAs探测器组件 热电致冷器 拼接 共面 Long Linear InGaAs detector assembly thermoelectric cooling mechanical assembly coplanar 红外与激光工程
2019, 48(11): 1104005
中国科学院上海技术物理研究所红外成像材料与器件重点实验室，上海 200083
在对红外光电探测器及焦平面封装结构中常用的三大类若干种温度传感器的特点及关键参数等进行整理的基础上，分析了不同种类传感器的测控精度及误差特点，并对不同温区封装结构中选用温度传感器需要考虑的因素以及使用时需要注意的问题进行了详细讨论。
电阻温度探测器 半导体温度传感器 热电偶 杜瓦封装 热电致冷封装 resistance temperature detector semiconductor temperature sensor thermal couple dewar package thermal-electrical cooling package
长沙理工大学 物理与电子科学学院， 长沙 410114
针对超辐射发光二极管(Super Luminescent Diode，SLD)光源输出光功率稳定性的需求，从光源的温控电路出发，建立了SLD恒流回路与半导体致冷器(TEC)之间的电场耦合模型，探讨了SLD光源的重要组件——TEC对其内部电场的影响；分析了光源内部不同组件间的分布电容。研究结果表明: 温控电路产生的交流分量作用于光源内部半导体致冷器，产生时变电场，经分布电容耦合到恒流回路中，影响输出光功率的稳定性；SLD光源外壳接地良好，可减小分布电容，从而减小电场耦合对输出光功率的影响。
半导体致冷器 交流分量 分布电容 电场耦合 SLD super luminescent diode TEC AC component distributed capacitance electric field coupling
中国科学院上海技术物理研究所, 传感技术国家重点实验室, 上海 200083
探测器采用浸没透镜结构的单元光伏芯片,工作波段为2.5~3.2 μm。采用储能焊TO9管壳封装,将二级热电致冷器、 热敏电阻、透镜结构的HgCdTe红外探测器封装为一红外探测器组件,组件可在室温至-50 ℃下工作,经过老炼、力学和热学环境适应性试验后,结果表明,HgCdTe红外探测器的零偏电阻(R0)变化率、探测器峰值电流响应率(Rλp,I)变化率和热电致冷器(TEC)的交流阻抗(R)的变化率均小于5%,探测器暗电流Id@-0.1V≤9×10-7A,探测器的漏率优于1×10-7 Torr·l/s,组件的密封性达到了航天要求。
HgCdTe红外探测器 浸没透镜 热电致冷器 红外探测器组件 密封性 HgCdTe infrared detector immersion lens thermoelectric cooler infrared detector assembly sealing
华中科技大学 武汉光电国家实验室, 湖北 武汉 430074
传统的红外光谱探测技术能够提供丰富的光谱信息, 应用广泛, 但该技术同时也存在一定局限性, 如很难同步实现探测器小型化和探测波段实时调节等方面的要求.提出了一种基于电可调表面等离子体谐振吸收的新型FET红外探测器结构.基于电磁场理论分析了结构参数对红外光学吸收的影响, 并通过结构参数的优化使吸收结构对特定红外波段的吸收率达到90%以上.栅压变化时VOx热敏层中载流子的浓度分布和折射率均发生变化, 显示该器件具有明显的电可调光谱吸收特性.借助于这种FET结构, 非制冷红外探测器将具有片上可调光谱探测能力, 同时具有易于阵列化特点, 为微小型可配置光谱成像探测器件提供了一条思路.
非致冷红外探测器 等离子体谐振 电可调探测器 光谱成像探测 uncooled infrared detector plasmon resonation electrically tunable spectral imaging detection
中国人民解放军 63880部队, 河南洛阳 471003
为了研究 CO2激光对红外热像仪的干扰效果, 用中心谱线为 10.6 μm的 CW CO2激光器以漫反射方式对采用多晶硅 320×240凝视型非致冷焦平面探测器和 HgCdTe 288×4扫描型致冷焦平面探测器的热像仪分别进行饱和干扰实验, 结果表明 CW CO2激光器对非致冷型红外热像干扰效果明显, 当中心谱线不在致冷型红外热像仪响应波段内时仍能形成干扰, 而脉冲 CO2激光器的输出波长不在致冷型热像仪的响应波段内时不能对热像仪形成干扰。
CW CO2激光器 非致冷型红外热像仪 致冷型红外热像仪 干扰效果 CW CO2 laser uncooled IR imaging system cooled IR imaging system interference effectiveness
中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
介绍了一种基于FPGA的红外地平仪系统的设计方案。该系统以非致冷型红外焦平面作为探测器, 以FPGA为主处理器, 采用双探头的方式探测地平圆。与传统的红外地平仪相比, 这种系统具有小型化和功耗低等特点, 适 合于在微纳卫星平台上使用。
非致冷红外焦平面 地平仪 uncooled infrared focal plane array horizon sensor FPGA FPGA
