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交变力作用下的可见光探测器结构设计

计算机仿真 2015年第3期32卷 253-257页

作者：杨维高云国于萍中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100039

在可见光探测器结构优化设计问题的研究中,为保证可见光探测器在交变力作用下的成像精度,设计了一种新型可见光探测器结构。通过材料选取和结构的设计,提高了可见光探测器的整体刚度。建立有限元模型,分析计算了结构在载荷作用下的变形... 详细信息

在可见光探测器结构优化设计问题的研究中,为保证可见光探测器在交变力作用下的成像精度,设计了一种新型可见光探测器结构。通过材料选取和结构的设计,提高了可见光探测器的整体刚度。建立有限元模型,分析计算了结构在载荷作用下的变形量,用以检验所设计的可见光探测器结构的刚度性能;对模型进行了模态分析,可验证结构固有频率远离系统成像帧频,能够避免因共振引起的成像质量下降。最后,通过设计实验的方法来验证可见光探测器结构的刚度性能及沿Y方向的固有频率。实验结果表明可见光探测器设计方案满足各项指标要求。

关键词：可见光探测器结构设计交变力有限元分析

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模块化大温变可见光探测器结构轻量化设计

模块化大温变可见光探测器结构轻量化设计

作者：杨维中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)

学位级别：硕士

可见光探测器主要可用于目标姿态的实时观测，空中轨迹的测量，目标的识别、跟踪以及瞄准等领域。将其车载使用可增强设备的机动性，由于载车限重的约束，在对可见光探测器结构进行设计的过程中对其重量指标也有一定的要求。同时，随着... 详细信息

可见光探测器主要可用于目标姿态的实时观测，空中轨迹的测量，目标的识别、跟踪以及瞄准等领域。将其车载使用可增强设备的机动性，由于载车限重的约束，在对可见光探测器结构进行设计的过程中对其重量指标也有一定的要求。同时，随着探测技术的不断发展，对探测器成像质量的要求也越来越高，而可见光探测器在工作状态下结构的刚度性能则直接影响其成像质量。因此，研究如何在保证可见光探测器结构刚度性能的前提下进行轻量化设计，具有十分重要的科研意义。可见光探测器工作时由跟踪转台带动，其姿态的变化会导致自身受力情况发生相应的变化，即产生了交变载荷，针对这一过程进行的优化计算存在诸多关键问题：首先，优化模型的建立基于准确的数学物理模型，并且在分析过程中也要求设计人员具有一定的经验;第二，优化模型的寻优过程通常要经过一系列的迭代运算，但对整个可见光探测器结构进行一次过程分析计算需要较大的工作量;第三，设计空间的不规则性和随机误差带入的干扰会对优化模型的准确性造成不良影响，同时，目标和约束响应的形态以及响应函数对设计变量的敏感度通常均不是光滑连续的。本文旨在满足一定精度要求的同时构建一个合理的近似模型对可见光探测器的结构进行轻量化研究。本文首先介绍了模块化可见光探测器的设计方案，并对可见光探测器的设计指标进行了论述分析，提出了可见光探测器的主要指标;然后针对此探测器结构进行了UGNX三维几何建模和PATRAN有限元建模，在此基础上对模型进行了刚度性能分析和模态分析以验证该可见光探测器设计方案的可行性以及进行轻量化设计的必要性，并对仿真分析结果进行了实验验证;通过对可见光探测器结构参数与光学成像质量的综合分析，确定了可见光探测器结构轻量化的约束和边界条件;针对该可见光探测器结构，本文提出了一种基于近似模型的轻量化优化方案。该方案首先利用拉丁超立方试验设计方法进行采样，得到样本数据;然后根据设计变量与目标和约束响应的不同特征，分别运用二次多项式响应面构建可见光探测器质量与设计变量的近似模型和移动最小二乘响应面构建可见光探测器刚度指标与设计变量的近似模型，得到可见光探测器结构轻量化问题的数学模型;最后通过序列二次规划法对该数学模型进行迭代寻优，即通过改变可见光探测器几个主要部位的结构参数，寻找到一个合适的设计点，使得在保证可见光探测器结构刚度性能的同时整体质量达到最小。本文中建立的近似模型的预测精度误差均小于1.5%，经轻量化设计后可见光探测器的质量为34.09kg，与传统设计相比轻量化率达到16.26%。

关键词：可见光探测器轻量化近似模型模块化结构设计

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有机/聚合物光探测器(PDs)

光机电信息 2011年第4期28卷 1-15页

作者：李文连中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

本文评述了有机/聚合物光探测器[Organic/Polymer Photodetector(PD)]近年来主要研究进展。描述了紫外(UV)PD,特别着重描述了光盲(可见盲)和日盲PD对UV波段的要求以及这些PD的国内外研究进展,发现国际上从事有机电子学领域的科学家几乎... 详细信息

本文评述了有机/聚合物光探测器[Organic/Polymer Photodetector(PD)]近年来主要研究进展。描述了紫外(UV)PD,特别着重描述了光盲(可见盲)和日盲PD对UV波段的要求以及这些PD的国内外研究进展,发现国际上从事有机电子学领域的科学家几乎都在关注PD的研究。国内在光盲PD研究方面达到了国际先进水平,本研究组率先开展了有机日盲PD的研究。在红外PD研究方面,国际上开展得很活跃,国内总体研究还有差距。无论是光盲PD还是日盲PD,除了科研和工业应用外,在军事、航天等领域都有着重要应用。目前,国外关于有机日盲的报道比较少。另外,从紫外、可见到红外的宽谱带响应的聚合物半导体PD研究在Science上报道来看,必将加快这一领域的研究。文中在评述国内外研究概况的基础上,还对其物理机制进行了简要叙述。目前,尽管有机/聚合物光探测器还没有能够实际应用,但由于其重要的应用领域和广阔的前景,预计有机光探测器不久将有产品问世。

关键词：光探测器紫外光探测器近红外光探测器可见光探测器

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激光辐射下约瑟夫森结的直流I-V特性

光子学报 2002年第3期31卷 317-320页

作者：张军琴林涛周引穗姚合宝冯忠耀贺庆丽西北大学物理学系西安710069

研究了激光辐照下约瑟夫森结的直流 I- V特性变化 ,并对 - 曲线下移的实验结果进行了分析 ,认为是光拆库柏对效应所致 .该结果为发展一种新的可见光探测器提供了思路.

关键词：激光辐射约瑟夫森结直流I-V特性光拆库柏对效应超导电子器件可见光探测器

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二硫化锡薄膜场效应晶体管的可见光探测特性

半导体技术 2022年第2期47卷 87-93,104页

作者：景永凯范超孟宪成刘哲王蒙军郑宏兴杨瑞霞河北工业大学电子信息工程学院天津300401

采用化学气相输运(CVT)法和微机械剥离技术制备了SnS_(2)薄膜,使用Au电极作为源、漏电极,n型重掺杂Si作为栅极,制备了基于SnS_(2)薄膜的背栅型场效应晶体管(FET),并研究了其电学特性和可见光探测特性。结果表明,制备的SnS_(2)薄膜具有... 详细信息

采用化学气相输运(CVT)法和微机械剥离技术制备了SnS_(2)薄膜,使用Au电极作为源、漏电极,n型重掺杂Si作为栅极,制备了基于SnS_(2)薄膜的背栅型场效应晶体管(FET),并研究了其电学特性和可见光探测特性。结果表明,制备的SnS_(2)薄膜具有良好的结晶度,SnS_(2)薄膜背栅型FET具备良好的栅压调控特性。器件对波长为405 nm的蓝紫光表现出明显的光响应,光响应度高达456.82 A·W^(-1),外量子效率为1.40×10^(5)%,比探测率为7.12×10^(12)Jones,并且具有较快的光响应速度,上升和下降响应时间分别为1 ms和0.5 ms。器件的光探测性能受栅压调控,当栅压为40 V时,器件的光响应度可达730 A·W^(-1)。

关键词：二硫化锡(SnS_(2)) 场效应晶体管(FET) 可见光探测器光响应度栅压调控

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磁控溅射制备3d过渡金属掺杂氮化铜薄膜及其应用研究

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磁控溅射制备3d过渡金属掺杂氮化铜薄膜及其应用研究

作者：赵杨华南京邮电大学

学位级别：硕士

本文研究了 3d过渡金属掺杂对氮化铜薄膜的结构和光学特性的影响,并重点关注了 Mn掺杂带来的特殊变化。然后利用钒、铬和锰掺杂来改良氮化铜薄膜磁学性能,得到了 Cr掺杂对氮化铜薄膜的磁性贡献最大。最后基于锰掺杂氮化铜带来的特殊光... 详细信息

本文研究了 3d过渡金属掺杂对氮化铜薄膜的结构和光学特性的影响,并重点关注了 Mn掺杂带来的特殊变化。然后利用钒、铬和锰掺杂来改良氮化铜薄膜磁学性能,得到了 Cr掺杂对氮化铜薄膜的磁性贡献最大。最后基于锰掺杂氮化铜带来的特殊光电特性,我们将其应用于可见光探测,得到了一种基于氮化铜的新型可见光探测器。最后基于氮化铜薄膜在一次性光存储领域的应用,采用致密的氧化物层来改善一次性光存储的容量。本文的工作主要有以下四个方面的内容:一、采用磁控溅射方法制备了 3d过渡金属(Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Zn)掺杂氮化铜薄膜,Sc、Ti、V的掺入减少了参与反应的Cu,偏向于富氮的结构生长,掺入Cr、Mn、Fe金属,它们的3d电子更多,此时掺杂氮化铜还保留着(111)峰,而Co,Ni的掺杂使得氮化铜完全保持着(111)择优生长,并且(111峰)变得更强,因为Co和Ni拥有最多的3d电子,给Cu提供电子变成离子键,增强了氮化铜成键能力。掺杂3d过渡金属对氮化铜的光电特性有不同的影响,总的来说,3d电子越多的金属掺杂使得氮化铜薄膜更加趋于导体性质,带隙减小,导电性变好,其中唯独锰掺杂表现出异常情况,锰掺杂之后反而趋向于增加带隙和电阻,对可见光的反应更明显。二、为探索磁性过渡金属掺杂对氮化铜薄膜磁性的影响,我们成功制备了(100)择优生长的纯的氮化铜薄膜和钒、铬、锰掺杂氮化铜薄膜,并且从理论计算的角度分析了掺杂之后氮化铜的结构和磁性变化。结果表明,过渡金属掺杂之后氮化铜薄膜的晶格常数都会变大,晶格膨胀,表面形貌发生了不同的变化,钒和铬掺杂的光学带隙从1.5 eV减小到1.22 eV,锰掺杂氮化铜薄膜的光学带隙增加到1.56 eV,带隙的增加可归因于富氮的生长条件和莫斯布尔斯坦效应。根据理论计算结果,磁性过渡金属体心掺杂比替代掺杂更容易改善氮化铜的磁学性能。其中铬体心掺杂氮化铜展现出最大的磁性矢量0.2656μ B。三、针对锰掺杂带来的特殊光学性质和电学性质变化,我们第一次设计了基于锰掺杂氮化铜的可见光探测器。制备的锰掺杂氮化铜薄膜表现为为晶体结构,并且能够很好的吸收可见光,其光学带隙为1.47 eV,大于纯氮化铜薄膜的值1.29 eV。令人满意的是基于锰掺杂的氮化铜薄膜的光探测器展示了良好的可见光响应,大于2倍的响应度,超快的反应速率(上升和延迟时间都小于0.1 s),优于未掺杂氮化铜薄膜的可见光探测器。首次发现的这种光电特性反应了响应度和响应速度之间良好的平衡,表明锰掺杂氮化铜薄膜在未来光电探测领域拥有良好的应用前景。四、我们设计和制备了一种添加A1203的氮化铜薄膜新型一次性光存储器件。首先在玻璃基底上制备了 111择优生长的氮化铜薄膜。然后采用射频溅射沉积了一层100 nm厚的A1203保护层,通过一个自制的掩膜版(不同尺寸大小的“IAM”掩膜图样)进行激光辐射,激光照射导致氮化铜分解成的铜金属和氮化铜在光反射率上有着明显的差异而记录信息。A1203保护层的加入明显减小了激光照射分解的颗粒团聚,通过溶液溶解后,电子显微镜观测发现分解颗粒明显减小,这样使得信息存储密度有明显的提升,采用A1203改善光存储密度可以为进一步研究改良氮化铜一次性光存储器件的存储容量提供一些启示。

关键词： Cu3N 3d过渡金属磁控溅射可见光探测器一次性光存储

可见光通信中高性能光电器件的结构设计与制备

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可见光通信中高性能光电器件的结构设计与制备

作者：陈淑琦华南理工大学

学位级别：硕士

随着移动数据流量需求的日益增长及LED绿色照明的快速发展,可见光通信技术成为一种新兴无线通信方式。基于LED响应时间短、高速调制的特性,可见光通信系统可兼顾照明和通信的双重功能,无需申请频谱资源,无电磁干扰,应用前景可观。然而... 详细信息

随着移动数据流量需求的日益增长及LED绿色照明的快速发展,可见光通信技术成为一种新兴无线通信方式。基于LED响应时间短、高速调制的特性,可见光通信系统可兼顾照明和通信的双重功能,无需申请频谱资源,无电磁干扰,应用前景可观。然而可见光通信也面临诸多限制其发展的问题,高性能光电器件的研制是其中之一,提高LED的光效、带宽与研制可见光探测器对实现高性能可见光通信具有重要意义。本论文分析了可见光通信的基本原理及LED和探测器的工作特性,对LED和可见光探测器进行了器件结构设计。一方面,采用Al InGaN电子阻挡层(Electron blockin layer,EBL)结构提高了GaN基LED的带宽和光效;另一方面,通过优化电极结构增强了InGaN可见光探测器对可见光的灵敏度,最后实现了可见光通信系统的搭建。主要研究内容如下:1、采用AlInGaN EBL替代传统LED结构中的AlGaN EBL,提高了LED调制带宽与光电性能。通过构建LED仿真模型以及实验验证,研究了不同In、Al组分比的Al InGaN EBL对LED能带结构、极化场、载流子密度量子效率与发光效率的影响。发现高In、Al组分能有效降低极化电荷密度、缓解极化效应,增大LED内载流子浓度,缩短载流子的差分寿命从而能提高LED的带宽,当In/Al=0.5时,AlInGaN EBL结构LED性能最优,具有AlInGaN EBL结构的LED与具有AlGaN EBL常用结构的LED相比,其-3dB的带宽增大了近10%,光输出功率提高了31%,插座效率提高了24%。2、PIN光电二极管(PIN-Photodiode,PIN PD)和金属-半导体-金属光电探测器(metal-semiconductor-metal photo detector,MSM PD)的特性研究与结构优化设计。当I层厚度为1.5μm时,InGaN基PIN PD的响应度较高,450nm处响应度能超过0.3A/W,同时拥有较快的响应速度;而MSM PD比PIN PD响应更快。基于MSM高速响应与平面结构优势,采用MOCVD外延获得质量改善的InGaN,制备并测试了不同叉指电极的InGaN MSM PD,发现随着指间距的减小,MSM PD的暗电流与响应度均增大,其中指宽10μm、指距5μm的InGaN MSM PD响应性能最好,在415nm处峰值响应度为0.111A/W,450nm处响应度0.096A/W,实现了蓝光灵敏的可见光探测器研制。3、采用正交频分复用OFDM技术设计可见光通信系统传输方案,通过模拟前端的电路设计与实现,搭建了可见光通信系统,实现了室内可见光通信的图像传输。

关键词：可见光通信 LED 可见光探测器 InGaN MSM PD

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氮化铜的掺杂制备及其光电应用研究

氮化铜的掺杂制备及其光电应用研究

作者：於爱爱南京邮电大学

学位级别：硕士

本文主要采用磁控溅射的方法研究了过渡金属掺杂氮化铜的制备和光电性能以及器件的应用。首先研究了金属Sc掺杂氮化铜薄膜的热稳定性和光学性能的影响,有效的改良了薄膜的热稳定性和调节光学带隙。然后进一步研究了氮化铜光电学性能的应... 详细信息

本文主要采用磁控溅射的方法研究了过渡金属掺杂氮化铜的制备和光电性能以及器件的应用。首先研究了金属Sc掺杂氮化铜薄膜的热稳定性和光学性能的影响,有效的改良了薄膜的热稳定性和调节光学带隙。然后进一步研究了氮化铜光电学性能的应用,发现金属Mo掺杂氮化铜提高了薄膜的光电响应性能,应用于新型的光电探测器。最后基于Mn掺杂的氮化铜薄膜可以应用于锂电池负极材料,提高了基于纯氮化铜作为锂电池负极材料的稳定性。本文主要包括以下三个方面:室温下采用反应磁控溅射仪器制备Sc掺杂氮化铜薄膜主要沿(111)面生长,Sc掺杂薄膜导致晶体颗粒尺寸变小且薄膜表面变得更加致密。Sc原子掺杂浓度为1.3%时的薄膜热稳定性最佳,随着Sc原子掺杂含量的增多,薄膜带隙先是从1.24 e V增加至1.45 e V,随后又降至1.16 e V。表明Sc掺杂氮化铜可以改变物质的晶体结构、热学稳定性和光学特性。为了探究氮化铜薄膜在光电性能应用的研究,我们采用直流和射频磁控溅射方法成功制备了金属钼掺杂氮化铜薄膜。分析结果表明:纯氮化铜主要沿(111)面择优生长,是典型的反三氧化铼立方晶体结构。随着钼原子掺杂含量的增加,氮化铜的(111)峰逐渐减弱,而(100)择优生长明显增强;颗粒的表面形貌发生显著变化,氮化铜的光学带隙从1.34 e V逐渐降低至0.79 e V。钼掺杂氮化铜薄膜的光电流响应比纯的氮化铜薄膜稳定,降低了响应时间,显示优良的可见光光响应,为氮化铜可见光探测器的研究奠定了基础。用磁控溅射方法在金属铜箔基底上溅射纯的和Mn掺杂的氮化铜薄膜应用于锂离子电池负极材料。我们研究了氮化铜在电池器件中的各种应用,最后发现氮化铜作为锂电池负极材料具有很好的存储容量和电池循环稳定性。XRD表明可以在柔性基地铜箔上生长出高质量的纯的和Mn掺杂的氮化铜薄膜,表面晶体形貌主要首铜箔基底的影响,和铜箔基底形貌相似。和纯氮化铜相比,Mn掺杂氮化铜薄膜作为锂离子电池负极材料的充放电容比略高,两者的充放电循环稳定性都很稳定。

关键词：氮化铜薄膜掺杂磁控溅射可见光探测器锂离子电池

可见光载荷对云海背景下某型隐身飞机探测能力研究

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空天预警研究学报 2024年第1期38卷 6-10页

作者：田浩蔡盛王旌尧王久龙中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春130033

为研究可见光探测器对某型隐身飞机探测能力,首先建立可见光波段云-海-大气耦合的多向吸收-散射模型;再通过对飞机蒙皮和尾焰几何截面在不同太阳入射角和卫星观测角度下的反射特性建模分析,计算到达探测器焦平面的目标以及背景的光谱能... 详细信息

为研究可见光探测器对某型隐身飞机探测能力,首先建立可见光波段云-海-大气耦合的多向吸收-散射模型;再通过对飞机蒙皮和尾焰几何截面在不同太阳入射角和卫星观测角度下的反射特性建模分析,计算到达探测器焦平面的目标以及背景的光谱能量分布,从而得到在给定光照条件下探测器极限信噪比和极限探测距离.最后模拟的仿真成像结果验证了分析模型的正确性和结论的可信度.分析结果表明,以云-海为地物观测背景时,云层的上行反射特性对飞机可探测性的影响最为显著;当太阳入射角小于60°时,飞机蒙皮的表面双向反射率(BRDF)明显高于海平面;太阳入射角大于60°时,云层和海平面对阳光的反射占据主导地位.

关键词：隐身飞机探测能力云海背景可见光探测器表面双向反射率太阳入射角