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红外焦平面探测器杜瓦组件真空失效及其检测方法

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红外与激光工程 2015年第10期44卷 2874-2879页

作者：李建林刘湘云朱颖峰孙娟昆明物理研究所云南昆明650223

杜瓦真空失效造成光电转换探测系统的核心部件故障,依据真空物理稀薄气体理论,分析探讨了真空失效考核方法。检测组件在工作状态下的降温时间是否符合用户要求,是确认真空失效最直接有效的方法。制冷机额定制冷功率与杜瓦最大无功功率之... 详细信息

杜瓦真空失效造成光电转换探测系统的核心部件故障,依据真空物理稀薄气体理论,分析探讨了真空失效考核方法。检测组件在工作状态下的降温时间是否符合用户要求,是确认真空失效最直接有效的方法。制冷机额定制冷功率与杜瓦最大无功功率之差,即设计允许最大热负载增加量。在特定时间区间内,利用液氮蒸发原理测量热负载增加量,达到扩展不确定度30 m W(k=3)时,可以认为杜瓦真空有用寿命不符合用户要求。用户定制15年真空有用寿命,则要求杜瓦漏气速率小于5×10-15Pa·m3/s,真空失效的气体压力大于1×10-2Pa。

关键词：红外焦平面杜瓦真空失效热负载降温时间可靠性

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红外焦平面读出电路集成数字输出

红外与激光工程 2015年第6期44卷 1686-1691页

作者：高磊翟永成梁清华蒋大钊丁瑞军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 中国科学院大学北京100049

为了实现红外焦平面数字化输出,设计了一种集成片上模数转换的焦平面读出电路,包括一个512×512的读出电路单元阵列和列共享的逐次逼近寄存器型模数转换器(SAR ADC)。单元读出电路采用了直接注入(DI)结构作为输入级,输出的信号通过多路... 详细信息

为了实现红外焦平面数字化输出,设计了一种集成片上模数转换的焦平面读出电路,包括一个512×512的读出电路单元阵列和列共享的逐次逼近寄存器型模数转换器(SAR ADC)。单元读出电路采用了直接注入(DI)结构作为输入级,输出的信号通过多路传输送到模数转换器。设计的逐次逼近型的模数转换器中的比较器采用的是由前置放大器、锁存器、自偏置差分放大器和输出驱动器组成的高速比较器,数模转换器(DAC)采用的是三段式的电荷按比例缩放和电压按比例缩放相结合的结构。在Cadence和Synopsys设计平台下对模拟和数字部分电路分别进行设计、仿真与版图设计。电路工艺采用GLOBALFOUNDRIES公司0.35μm CMOS 3.3 V工艺加工流片。测试结果显示SAR ADC有效位数为8.2位,转换频率超过150 k Samples/s,功耗低于300μW,满足焦平面100帧频以及低功耗的需求。

关键词：红外焦平面读出电路片上ADC SAR DAC

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红外焦平面探测器辐射非均匀性校正方法

红外与激光工程 2012年第10期41卷 2621-2624页

作者：段东沙晟春张双垒黄思婕陈凡胜中国科学院上海技术物理研究所上海200083

大面阵红外焦平面探测器的应用日趋广泛,而面阵的不断增大会导致很多不可避免的成像误差,对最终成像效果有较大影响,有必要对其进行校正。在红外焦平面探测器输出信号参数的测试中,针对圆形冷屏限制的红外焦平面分析比较了两种辐射非均... 详细信息

大面阵红外焦平面探测器的应用日趋广泛,而面阵的不断增大会导致很多不可避免的成像误差,对最终成像效果有较大影响,有必要对其进行校正。在红外焦平面探测器输出信号参数的测试中,针对圆形冷屏限制的红外焦平面分析比较了两种辐射非均匀性校正方法,一种方法为建立光敏元立体角的数学模型,用SolidWorks和MATLAB等软件求出这些立体角从而得到校正因子;另一种方法为从光敏元的视场角ω′出发,按辐射光照度以cos4ω′衰减的规律进行校正。以320×320红外焦平面探测器为例,从面阵中选取均匀性较好的若干行作为样本,对其测试数据进行校正。分析表明,两种方法校正后的曲线较为平直,但第二种方法的校正效果比较理想,可见视场角校正法对数据的非均匀性有较大改善。因此,为了真实地反映探测器的非均匀性,需要对像元辐射通量进行校正。

关键词：非均匀性校正红外焦平面立体角视场角

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红外焦平面非均匀校正快收敛卡尔曼滤波算法

红外与激光工程 2012年第12期41卷 3181-3186页

作者：何炬马泳刘啸周群群汪睿华中光电技术研究所武汉光电国家实验室湖北武汉430074 华中科技大学电子与信息工程系武汉光电国家实验室湖北武汉430074

卡尔曼滤波算法在迭代过程收敛之前无法有效抑制红外图像的非均匀性噪声。因其收敛速度慢,严重影响了图像的整体校正效果。由于迭代过程的收敛速度与初始状态参数密切相关,提出了一种采用优化的初始状态参数的改进卡尔曼滤波算法。优化... 详细信息

卡尔曼滤波算法在迭代过程收敛之前无法有效抑制红外图像的非均匀性噪声。因其收敛速度慢,严重影响了图像的整体校正效果。由于迭代过程的收敛速度与初始状态参数密切相关,提出了一种采用优化的初始状态参数的改进卡尔曼滤波算法。优化的初始状态参数通过对用于两点校正的校正参数进行转换并对其结果进行统计得到。对于真实的红外图像序列实验结果显示,传统卡尔曼滤波算法在经过数次迭代之后才进入收敛状态,改进该算法必须从一开始就已经接近收敛状态。实验结果表明:与传统算法相比,改进算法收敛速度快,对起始段图像序列的非均匀校正效果有明显改善。

关键词：图像处理非均匀校正卡尔曼滤波红外焦平面

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红外焦平面CTIA型读出电路的设计研究

上海理工大学学报 2017年第4期39卷 346-352页

作者：蔡晶晶刘晓东张轩雄上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093 复旦大学微电子学院上海201210

为了适应红外焦平面(IRFPA)高像素的趋势,设计出面积更小、性能更优的像元电路,选择电容反馈跨阻放大器(CTIA)作为像元电路的电路结构,在CTIA中运算放大器基于共源共栅结构,采用积分电容可选的模式来调整积分时间,并基于电路高像素的需... 详细信息

为了适应红外焦平面(IRFPA)高像素的趋势,设计出面积更小、性能更优的像元电路,选择电容反馈跨阻放大器(CTIA)作为像元电路的电路结构,在CTIA中运算放大器基于共源共栅结构,采用积分电容可选的模式来调整积分时间,并基于电路高像素的需求,优化电路,减小面积.在此基础上,搭建模拟信号通路进行仿真研究,绘制版图,并进行后仿,为读出电路的正确性、可靠性提供保障.优化后的像元电路面积为18μm×18μm,可选积分电容分别为60 fF和400 fF,后仿得到的信号通路输出摆幅常温下为2.03 V,低温下为1.52 V,且低温下的积分噪声为213.6μV,满足设计需求.

关键词：红外焦平面读出电路像元电路 CTIA 模拟信号通路

一种像素级源跟随管共享的双列线信号传输的红外焦平面读出电路新结构

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红外与毫米波学报 2020年第3期39卷 324-330页

作者：牛育泽朱雅珺鲁文高顾雨婷张雅聪陈中建北京大学微纳电子学系微电子器件与电路教育部重点实验室北京100871 北京大学(天津滨海)新一代信息技术研究院天津300452

提出一种像素级源跟随管共享、双列线信号传输的红外焦平面读出电路新结构。像素的电压信号通过两条列线传递到列级,消除了列线寄生电阻带来的非均匀性和非线性。同一列的相邻四行像素共享源跟随管,增大了源跟随管的尺寸和面积,从而降... 详细信息

提出一种像素级源跟随管共享、双列线信号传输的红外焦平面读出电路新结构。像素的电压信号通过两条列线传递到列级,消除了列线寄生电阻带来的非均匀性和非线性。同一列的相邻四行像素共享源跟随管,增大了源跟随管的尺寸和面积,从而降低了热噪声、闪烁噪声以及工艺偏差带来的非均匀性。采用该结构并基于0.35μm 2P3M CMOS工艺设计和制造了一款640×512规格读出电路,像素中心距为15μm。测试结果表明:功耗仅30 mW,动态范围81 dB,非线性度0.11%,非均匀性小于1%。与中波红外探测器阵列互连后进行了组件测试和成像实验,组件非均匀性小于5%,NETD为18 mK,获得了高质量红外图像。

关键词：红外焦平面读出电路源跟随管共享双列线

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智能化红外焦平面应用前景与发展现状

激光与红外 2024年第1期54卷 3-9页

作者：袁媛于艳李敬国中电科光电科技有限公司北京100015

智能化红外焦平面探测器的出现,依赖于先进的红外材料、器件技术和工艺水平以及集成电路技术和工艺的飞速发展;其能够针对不同的场景对探测器的工作状态进行自适应调整,而且在探测器上能够实现部分信号处理功能。智能化红外探测器的出现... 详细信息

智能化红外焦平面探测器的出现,依赖于先进的红外材料、器件技术和工艺水平以及集成电路技术和工艺的飞速发展;其能够针对不同的场景对探测器的工作状态进行自适应调整,而且在探测器上能够实现部分信号处理功能。智能化红外探测器的出现,大大提高了红外系统的灵活性,同时为日益复杂的探测场景提供了更加精准的探测能力。本文从智能化红外探测器应用的背景需求作为切入点,阐明发展智能化探测器的必要性;最后介绍了智能化红外探测器发展状况及未来发展趋势。

关键词：红外焦平面数字化智能化

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红外焦平面探测器测试数据的校正

红外与激光工程 2011年第2期40卷 195-198页

作者：庄继胜王忆锋范乃华毛京湘昆明物理研究所云南昆明650223

针对红外焦平面探测器现有测试方法的不足,讨论了像元辐射通量的校正方法,推导的校正公式具有相当高的精度,适用于不同规格的圆形冷屏探测器。介绍了凝视红外焦平面探测器测试数据的校正研究,对Sofradir中波320×256探测器的输出信号数... 详细信息

针对红外焦平面探测器现有测试方法的不足,讨论了像元辐射通量的校正方法,推导的校正公式具有相当高的精度,适用于不同规格的圆形冷屏探测器。介绍了凝视红外焦平面探测器测试数据的校正研究,对Sofradir中波320×256探测器的输出信号数据进行了校正,并对校正结果进行了讨论。校正因子与真实解(数值解)十分接近,66个数据的平均相对误差为0.04%。校正后的曲线十分平直,信号的非均匀性有较大改善,由校正前的3.27%下降到1.33%,响应信号的平均值有所提高。为了真实地反映探测器的性能参数,特别是非均匀性,需要对像元辐射通量进行校正。

关键词：辐射通量校正非均匀性红外焦平面

InAs/GaAsSb带间级联中波红外焦平面研究

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红外与毫米波学报 2019年第6期38卷 745-750页

作者：周易柴旭良田源徐志成黄敏许佳佳黄爱波白治中陈红雷丁瑞军陈建新何力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 中国科学院大学北京100049

针对高工作温度红外探测器的迫切需求,设计并利用分子束外延技术制备了高晶格质量的2级带间级联中波红外探测材料,带间级联单元器件在最高323 K下可以测试到清晰的响应光谱,140 K下暗电流密度达到4×10^-5A/cm^-2.并在此基础上利用干法... 详细信息

针对高工作温度红外探测器的迫切需求,设计并利用分子束外延技术制备了高晶格质量的2级带间级联中波红外探测材料,带间级联单元器件在最高323 K下可以测试到清晰的响应光谱,140 K下暗电流密度达到4×10^-5A/cm^-2.并在此基础上利用干法刻蚀技术实现了320×256规模的台面型带间级联红外焦平面原型器件.焦平面测试结果表明其在80-120K范围内量子效率达到30%,127 K下噪声等效温差为55.1 mK,盲元率为2.3%.采用该焦平面器件在127 K下获得了较为清晰的演示性室温目标红外热成像.

关键词：光电探测器红外焦平面带间级联结构高工作温度