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可燃气体红外光双波段探测器研究

微计算机信息 2008年第19期24卷 174-175,173页

作者：朱丽李刚进吴怀宇夏文智刘亮科技大学信息科学与工程学院湖北武汉430081 首安工业消防工程有限公司北京101304

设计了一种新的红外光可燃气体探测器。采用双波段探测可燃气体技术,差动输出测量值,避免了单一波段探测可燃气体方法受环境影响所存在的精度低、性能差的缺点。利用最小二乘法消除了温度对传感器所造成的影响。实验结果证明:系统消除... 详细信息

设计了一种新的红外光可燃气体探测器。采用双波段探测可燃气体技术,差动输出测量值,避免了单一波段探测可燃气体方法受环境影响所存在的精度低、性能差的缺点。利用最小二乘法消除了温度对传感器所造成的影响。实验结果证明:系统消除了周围环境对被探测气体的干扰,提高可燃气体浓度的测量精度。

关键词：双波段探测差动输出最小二乘法

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一种共用线阵探测器的双M型C-T光谱仪

光子学报 2022年第6期51卷 38-47页

作者：郭磐邓延宝王立福陈思颖檀望舒张寅超孙雨婷张嘉忆杨文慧陈和北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室北京100081 军事科学院军事医学研究院微生物流行病研究所病原微生物与生物安全国家重点实验室北京100071

现有的切尼特纳光谱仪实现双波段或多波段探测时往往结构复杂,设计成本高,而以线阵探测器接收信号的光谱仪又很少用于多波段探测。本文在传统的切尼特纳光谱仪的基础上,设计了一种共用线阵探测器的双M型切尼特纳光谱仪,用于双激光诱导... 详细信息

现有的切尼特纳光谱仪实现双波段或多波段探测时往往结构复杂,设计成本高,而以线阵探测器接收信号的光谱仪又很少用于多波段探测。本文在传统的切尼特纳光谱仪的基础上,设计了一种共用线阵探测器的双M型切尼特纳光谱仪,用于双激光诱导荧光光谱的探测。该光谱仪采用线阵光电倍增管作为探测器,可以实现280~460 nm和380~560 nm两个波段光谱的快速探测。采用发散光照射光栅的方法校正像面光斑在色散方向上的宽度,从而实现对光谱仪像散的控制。利用光学设计软件对系统光路结构进行仿真优化,对系统的线色散率和RMS光斑进行理论分析,并在原理样机中进行了实验验证。结果表明,两个波段平均光谱分辨率分别为5.84 nm、6.15 nm。本文提出的光谱仪不仅适用于双激光诱导荧光光谱应用,在其他双通道光谱探测领域中也具有很大的应用前景。

关键词：光学设计切尼特纳光谱仪双波段探测激光诱导荧光光电倍增管

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铜系化合物材料与器件制备及其光电性能研究

铜系化合物材料与器件制备及其光电性能研究

作者：周志颖鲁东大学

学位级别：硕士

近年来,新兴的第三代半导体材料,如氧化镓、氧化锌,因其出色的性能,如高效率、低温、低压、较低的功耗以及良好的抗辐射性,已经成为各种电子设备和高频元件的关键组成部分,并被广泛应用于照明、通信、能源等多个领域。尽管氮化镓在p型... 详细信息

近年来,新兴的第三代半导体材料,如氧化镓、氧化锌,因其出色的性能,如高效率、低温、低压、较低的功耗以及良好的抗辐射性,已经成为各种电子设备和高频元件的关键组成部分,并被广泛应用于照明、通信、能源等多个领域。尽管氮化镓在p型掺杂上取得了一定的成功,但是氧化锌、氧化镓等材料由于氧空位的存在,表现出天然的n型导电性,使得对这些半导体材料的p型掺杂极为困难,严重影响了此类材料同质结与异质结器件在上述领域内的应用。以卤化亚铜（CuI、CuBr）为代表的铜系化合物半导体材料,由于铜空位的存在,表现出天然的p型导电性,同时具有E≥3.0 e V的宽带隙,且内部静电场弱,键能高,具有较高的光电转换效率和化学稳定性,在短波长光电器件领域具有良好的应用前景。实现CuI、CuBr等铜系化合物半导体材料商业化的关键在于提高其成膜质量,但目前CuI、CuBr材料仍然面临外延薄膜质量差、薄膜缺陷密度高等难题。本文利用真空热蒸发技术研究了卤化亚铜（CuI、CuBr）等铜系化合物半导体薄膜的高质量生长,通过设计并制备不同的异质结器件,研究了器件的光电性能,为铜系化合物半导体材料的制备及其光电器件应用提供了理论支持和实验支撑。本文的主要工作包括以下内容:1.高质量CuI薄膜的制备及CuI/Ga N异质结器件光电性能研究。本工作研究了CuI在外延Ga N薄膜衬底上的生长,并构建了CuI/Ga N异质结自驱动紫外光电探测器。利用真空热蒸发技术在Ga N和石英衬底上生长了一层CuI薄膜,表征结果显示CuI在石英和Ga N衬底上表现出高生长取向,仅沿（111）方向定向生长,在此基础上制备了CuI/Ga N异质结探测器,研究了CuI薄膜的光学特性及器件的光响应特性。结果表明,CuI/Ga N异质结具有良好的自驱动及整流特性,紫外探测器对360 nm的光最为敏感,在0 V偏压和360 nm（～0.32 m W/cm）光照下,开关比为～2320,峰值响应度和探测率分别为75.5 m A/W,1.27×10 Jones。同时,该探测器还具有良好的自驱动时间响应稳定性。***纳米结构的制备及CuI/Ti O异质结光电探测器光电性能研究。为获得更大的接触面积,研究了CuI在一维Ti O纳米棒阵列上的生长,构建了CuI/Ti O纳米棒异质结自驱动光电探测器,并研究了器件的光电特性。首先使用水热法分别生长不同长度的一维Ti O纳米棒阵列,研究了不同生长时间对Ti O纳米棒阵列的长度与形貌等的影响。在此基础上以生长6小时的一维Ti O纳米棒阵列作为衬底,采用真空热蒸发技术沉积了一层CuI,构建了CuI/Ti O异质结器件,并对器件的光响应特性进行了系统研究。结果表明,制备的异质结器件具有良好的整流特性和良好的自驱动特性。在0V偏压下,器件的光谱响应度和探测率峰值均位于410 nm,对应的峰值响应度及探测率分别为4.5 m A/W,1.08×10 Jones。0 V下的光暗电流分别为3.15×10 A和4.10×10 A,开关比为～770。3.真空热蒸发制备CuBr多晶薄膜及CuBr/Ga N异质结光电探测器性能研究。使用真空热蒸发方法在石英和Ga N衬底上蒸镀了CuBr薄膜,并构建了CuBr/Ga N异质结自驱动紫外光电探测器。通过生长CuBr薄膜作为空穴传输层,系统研究了CuBr的光学性质以及在探测领域的应用。异质结器件在360 nm和420 nm处具有双波段探测的特性,在0 V偏压和360 nm光照下,响应度、探测率及开关比分别达到6.59 m A/W、4.9×10 Jones、4294;0 V和420 nm光照下,分别为0.79m A/W、5.9×10 Jones、268.11。此外,在大气环境下放置100天后,薄膜与器件发光峰位置没有发生红移或蓝移,在0 V偏压,360 nm和420 nm光照下,探测器仍能维持原光电流的96%和90%。

关键词： CuI CuBr 真空热蒸发镀膜异质结探测器双波段探测

可见光拓展InP/InGaAs宽光谱红外探测器

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红外与激光工程 2015年第11期44卷 3177-3180页

作者：史衍丽郭骞李龙邓功荣杨绍培范明国刘文波北方夜视科技集团有限公司云南昆明650223

由于标准InP/In0.53Ga0.47As短波红外探测器的响应波段为0.87~1.7μm,在高性能夜视中具有重要的应用。为了进一步利用夜天光在可见光区间的辐射能量,需要将InP/In0.53Ga0.47As短波探测器的光谱响应拓展到可见光,从而实现包含可见光和短... 详细信息

由于标准InP/In0.53Ga0.47As短波红外探测器的响应波段为0.87~1.7μm,在高性能夜视中具有重要的应用。为了进一步利用夜天光在可见光区间的辐射能量,需要将InP/In0.53Ga0.47As短波探测器的光谱响应拓展到可见光,从而实现包含可见光和短波波段的宽光谱探测。通过特殊的材料设计和背减薄工艺,成功研制了可见光拓展的320×256 InP/InGaAs宽光谱红外探测器。采用增加滤光片的方法完成了器件在可见光、短波的成像演示,结果表明：目标在可见光、短波波段呈现出不同的特征信息,而不加滤光片的可见光拓展InP/InGaAs宽光谱红外探测器则探测到两个波段的信息,既包含目标的可见光信息同时也具有短波信息,从而实现了可见/短波双波段探测的效果,可显著提升对目标的探测能力。

关键词： InP/In0.53Ga0.47As 光谱响应可见光拓展可见/短波双波段探测

GPM卫星双频测雨雷达探测降水结构的个例特征分析

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大气科学 2018年第1期42卷 33-51页

作者：张奡祺傅云飞中国科学技术大学地球和学院科学学院合肥230026

全球测雨卫星(GPM)携带首部Ka和Ku波段测雨雷达于2014年2月发射升空,继热带测雨卫星(TRMM)的单频测雨雷达探测后,实现双频测雨雷达(DPR)探测。本文基于DPR不同波段及不同方式探测反演给出的四种降水产品[Ka波段高精度探测(Ka HS)、Ku波... 详细信息

全球测雨卫星(GPM)携带首部Ka和Ku波段测雨雷达于2014年2月发射升空,继热带测雨卫星(TRMM)的单频测雨雷达探测后,实现双频测雨雷达(DPR)探测。本文基于DPR不同波段及不同方式探测反演给出的四种降水产品[Ka波段高精度探测(Ka HS)、Ku波段探测(Ku PR)、Ka匹配方式探测(Ka MS)和Ka及Ku双频联合探测反演产品(DPR_MS)],对2014年的四个降水个例的降水结构特征进行了分析,并就DPR探测波段、扫描方式及反演算法所引起的降水产品中降水结构特征差异进行了比较与讨论。结果表明,所选四个个例分别位于中国东部、西北太平洋区域、风暴轴区域以及美国本土,四者发生背景及降水特征差异显著,但表现出了较为一致的产品差异特征。Ka HS的回波顶高度最高,比Ku PR高约0.1 km,其对弱降水(小于0.5 mm h^(-1))的观测性能好,但对10 mm h^(-1)以上的强降水存在严重低估。Ku PR继承了TRMM测雨雷达(PR)对强降水的观测性能,但受频率限制对0.5 mm h^(-1)以下的弱降水观测能力有限。Ka MS的整体降水强度分布与Ka HS类似,但受高回波阈值限制,Ka MS漏掉了大量弱降水样本,对强弱降水的观测性能均有限,且其平均回波顶高度比Ku PR可低约1 km,常将融化层误判为回波顶高度,故不适宜单独使用。DPR_MS的降水反演算法具有独立性,对强降水和弱降水的反演能力都较强,而其回波顶高度主要继承于Ku PR的回波顶高度。此外,DPR_MS双频反演的粒子谱最为合理,揭示了西北太平洋区域台风个例两侧眼壁粒子谱的不均匀性。

关键词： GPM卫星双波段探测降水结构粒子谱分布

高性能InP/InGaAs宽光谱红外探测器

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红外技术 2016年第1期38卷 1-5页

作者：史衍丽李龙杨绍培刘文波范明国龚燕妮葛鹏李雪北方夜视科技集团有限公司云南昆明650223 微光夜视技术重点实验室陕西西安710065

In P/In0.53Ga0.47As短波红外探测器是一种高性能的近室温工作器件,从200 K到室温下都能获得较好的器件性能,从而大大降低了对制冷的要求。为了充分利用目标在可见光和短波波段的光谱信息,通过特殊的材料结构设计和器件背减工艺,成功实... 详细信息

In P/In0.53Ga0.47As短波红外探测器是一种高性能的近室温工作器件,从200 K到室温下都能获得较好的器件性能,从而大大降低了对制冷的要求。为了充分利用目标在可见光和短波波段的光谱信息,通过特殊的材料结构设计和器件背减工艺,成功实现了320×256In P/In Ga As宽光谱红外探测器,能够同时对可见光和短波红外响应,并从77 K到263 K工作温度下实现了对人脸、计算机及室外2.3 km处的景物成像。测试样管平均峰值探测率为2×1012 cm Hz1/2/W,光谱响应为0.6~1.7μm,光谱响应测试和成像结果同时验证了In P/In Ga As宽光谱探测器对可见光信号的探测。相比标准的In P/In0.53Ga0.47As短波探测器,In P/In Ga As宽光谱探测器显示了可见/短波双波段探测的效果,大大丰富了探测目标的信息量,可显著提升对目标的识别率。

关键词： InP/InGaAs 高性能宽光谱可见/短波双波段探测

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等离激元增强型近红外Ⅳ族光电探测器研究

等离激元增强型近红外Ⅳ族光电探测器研究

作者：魏颖西安电子科技大学

学位级别：硕士

硅基光电器件由于其在军事和民用领域的广泛应用而在现代光电子学中占有重要地位。近年来,随着无人驾驶、生物模式识别等新兴市场快速发展,硅基光电器件中的红外光电探测器备受关注,成为了目前的研究热点。但是,由于Si材料禁带宽度为1.1... 详细信息

硅基光电器件由于其在军事和民用领域的广泛应用而在现代光电子学中占有重要地位。近年来,随着无人驾驶、生物模式识别等新兴市场快速发展,硅基光电器件中的红外光电探测器备受关注,成为了目前的研究热点。但是,由于Si材料禁带宽度为1.12 e V,其吸收截止波长不超过1100 nm。与Si同族的Ge材料,因为具有较小的禁带宽度(0.66 e V)且与Si-CMOS工艺相兼容的特点,成为了最有潜力的硅基近红外探测材料之一。虽然Ge光电探测器在近红外光通信波段探测方面有着巨大的吸引力,但超过1550 nm波长的吸收系数相对较低,是其大规模商业应用的重要障碍。在几种解决方案中,利用表面等离激元共振效应提高特定波长附近的光响应是有效的方法之一。其中,光吸收增强效应来源于两种机制:1)等离共振电磁场局域增强作用下,材料的带间跃迁吸收增强;2)金属纳米结构中的热电子通过内部光电发射效应贡献光电流,从而实现光响应增强。基于以上两种吸收机制,本文首先提出了一种新型的基于Au-Ge光栅结构的Ge基等离子体光电探测器,Au-Ge光栅结构可以结合Ge材料的带间跃迁和Au/Ge肖特基结的内部光电发射的优势。利用时域有限差分模拟,分析了结构参数与器件性能的依赖性,并对探测器光吸收进行结构优化。光学吸收光谱、电场和吸收分布的仿真结果表明,Au/Ge界面的表面等离激元产生了局域增强的电磁场,并且同时增强了带间跃迁和内部光电发射效应,从而实现了高效的光电探测。对优化的器件进行了工艺实现和性能表征,结果表明该器件对波长为1550 nm的入射光具有高效的探测能力,响应度达0.38 A/W,外量子效率超过30%。与此同时,在三个近红外通信波段(C、L和U波段)内,器件的响应度得到了显著的提升。在此基础上,提出了具有谐振腔结构的光栅纳米线探测器结构,通过底层Au栅引入谐振腔,光在其中多次振荡进一步增强了光吸收。建立仿真模型并分析讨论了结构参数对器件性能的影响。优化后,在1550 nm附近有明显的窄带吸收,最高达74%。同时研究发现光栅宽度对共振峰位的调控最为明显,因此又设计了变线宽的具有谐振腔的光栅纳米线阵列结构光电探测器,通过这一结构可以对特定波段“定制”,提高光电探测器的响应特性。本文选择具有多种应用前景的1550和2000 nm波段进行优化设计,使共振峰位处在这两个特定波段附近,对应吸收率分别达到了64%和23%。由此,不仅扩展了探测波长范围,还实现了在通信波段的双波段探测。最后,考虑到不同的应用场景,分别设计了偏振不敏感的圆盘及圆环结构双波段等离子体光电探测器。基于这一结构,针对1310和2000 nm双波段进行仿真优化,最终双波段吸收分别达到77%和41%。同时,深入探讨了结构参数与器件吸收特性的依赖关系,通过调整结构参数实现了对不同波长的选择和增强,显著提高硅基Ge探测器在特定波段的光响应,为高性能硅基光电探测及其集成提供了坚实的理论基础和实践经验。

关键词：锗光电探测器表面等离激元双波段探测光吸收增强时域有限差分