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基于光子晶体滤波和量子点光谱转换的日盲紫外成像装置研究

基于光子晶体滤波和量子点光谱转换的日盲紫外成像装置研究

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作者：邹泽华太原理工大学

学位级别：硕士

太阳光经过大气层后日盲段紫外光几乎被完全吸收，应用日盲段紫外光成像可避免太阳光干扰，已普遍应用于紫外导弹预警、公安刑侦检测、高压放电检测等领域。光子晶体是介电材料在空间周期排布的人工材料，利用其光子局域和光子禁带特性... 详细信息

太阳光经过大气层后日盲段紫外光几乎被完全吸收，应用日盲段紫外光成像可避免太阳光干扰，已普遍应用于紫外导弹预警、公安刑侦检测、高压放电检测等领域。光子晶体是介电材料在空间周期排布的人工材料，利用其光子局域和光子禁带特性可实现光波选择性高透射;量子点是三围尺寸都很小的纳米材料，具有独特的光电性质。利用光子晶体滤波和量子点光谱转换特性设计的日盲紫外成像装置不仅装置体积减小，成像分辨率还可进一步提高，同时解决了现有装置中滤光片成品率低且容易老化的问题，对未来解决光电检测和高分辨率日盲紫外成像提供了新的思路。目前可实现日盲紫外成像的装置主要存在以下问题：（1）通过光-电-光转换实现紫外成像设备，其中像增强器尺寸达10cm，限制了装置集成度;分辨率受光锥根数限制;电子倍增时需附加1000伏左右瞬时高压。（2）现有装置滤波片主要采用基于膜系设计的日盲紫外滤波器或黑色透紫外玻璃滤光片，成品率低且容易老化。针对上述问题，本文提出基于光子晶体滤波和量子点光谱转换的日盲紫外成像装置，研究内容和结果可概括为：（1）结合一维光子晶体滤波和量子点光致发光特性，利用传输矩阵法设计量子点光谱转换器，可将日盲段紫外光转换为610nm附近的可见光。该结构厚度仅为1mm左右，面积与CMOS面积相匹配，可大大缩小装置体积;无需附加高压电源即可实现光谱转换;量子点稳定性好且可高效瞬时发光，满足成像要求。（2）以量子点光谱转换器为基础设计日盲紫外成像装置，主要由：紫外成像镜头、量子点光谱转换器、CMOS、图像采集器、数据处理器和显示屏构成。装置体积缩小;单个像元尺寸内可容纳104量级量子点且单个量子点发光可被CCD感知到，装置分辨率可随像元尺寸的缩小而进一步提高;在光谱转换前无需单独安装滤波片。（3）分析入射光角度和温度变化对装置成像分辨率影响，得到：温度在25-50℃范围内变化及入射光角度在0-30°范围内变化时，所设计日盲紫外成像装置均可实现高分辨率成像。

关键词：日盲紫外成像量子点光谱转换光子晶体滤波高分辨图像

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