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冷光学用大口径2 k×2 k红外探测器组件封装技术

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红外与激光工程 2024年第5期53卷 73-82页

作者：朱海勇曾智江孙闻赵振力范广宇季鹏张启庄馥隆李雪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 中国科学院大学北京100049

大面阵和长线列红外探测器已成为下一代红外探测器的发展方向之一,针对于大面阵探测器低温封装的难点,提出了一种大面阵探测器组件封装结构。对组件低形变窗口支撑结构、低噪声冷平台结构以及低漏热兼高可靠性的引线键合工艺等方面进行... 详细信息

大面阵和长线列红外探测器已成为下一代红外探测器的发展方向之一,针对于大面阵探测器低温封装的难点,提出了一种大面阵探测器组件封装结构。对组件低形变窗口支撑结构、低噪声冷平台结构以及低漏热兼高可靠性的引线键合工艺等方面进行了研究,以中波红外2 k×2 k探测器组件为研究对象,通过200 K窗口低温光学设计和低形变窗口帽支撑方式实现组件低背景杂散光抑制设计和窗口形变控制。采用SiC基板实现探测器工作温度波动控制和噪声抑制,5 min内探测器温度波动小于0.1 K,噪声等效温差(NETD)小于20 mK。为了降低引线漏热和增强引线可靠性,采用铂铱丝键合工艺,引线漏热相较于金丝和硅铝丝下降至1/10,制冷机功率由72 W降至39 W。引线随组件通过随机和正弦力学试验考核。解决了大面阵探测器封装中杂散光、大口径窗口形变、探测器噪声、引线漏热和强度等一系列问题,该组件已成功运用于某项目2 k×2 k探测器封装中。

关键词：红外探测器 2 k×2 k 铂铱丝杜瓦组件

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神经电调控-双模信号检测系统与活体大鼠脑深部核团实验验证

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分析化学 2019年第10期47卷 1703-1709页

作者：张禹徐声伟何恩慧肖桂花宋轶琳高飞王蜜霞蔡新霞中国科学院电子学研究所传感技术联合国家重点实验室中国科学院大学

深脑核团电刺激(DBS)已成为改善帕金森病人运动障碍的有效治疗手段,然而其确切的治疗机制仍然不明。目前, DBS机制探究系统多由电刺激仪器和信号检测仪器两部分构成,多台实验设备的长期开启易产生操作程序复杂、环境噪声增多和资源浪费... 详细信息

深脑核团电刺激(DBS)已成为改善帕金森病人运动障碍的有效治疗手段,然而其确切的治疗机制仍然不明。目前, DBS机制探究系统多由电刺激仪器和信号检测仪器两部分构成,多台实验设备的长期开启易产生操作程序复杂、环境噪声增多和资源浪费等问题。本研究建立了一套综合性实验系统,包括将电刺激功能与神经双模信号检测功能集成的神经电调控-双模信号检测仪器和基于微机电加工技术制备的微电极阵列(MEA)。在体实验前,对经纳米铂黑和Nafion膜修饰的MEA进行体外标定。实验结果表明,1～50μmol/L多巴胺(DA)溶液与修饰后的电极表面氧化电流值呈良好的线性关系,线性相关系数为0.998。随后,设计并进行了以前脑内侧束为电刺激靶点,纹状体为神经信息检测核团的活体大鼠实验。实验结果表明,纹状体内DA浓度在刺激后迅速上升,最高达2.06μmol/L,约为刺激前水平的1.57倍;神经元动作电位发放率增加,由刺激前的1.17 Hz上升至6.77 Hz;场电位活动增强,功率由刺激前的0.19 mW上升至0.64 mW。本研究设计并制备的神经电调控-双模信号检测系统实现了电刺激与双模信号检测的功能集成,有望为DBS治疗机制的探究提供有效实验工具。

关键词：深脑核团电刺激微电极阵列多巴胺神经电生理信号神经递质

铌酸锂波导电光重叠积分因子的波长依赖特性分析

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物理学报 2014年第7期63卷 313-319页

作者：李金洋逯丹凤祁志美中国科学院电子学研究所传感技术联合国家重点实验室北京100190

通过测量铌酸锂(LN)单模波导在不同波长下的半波电压,结合半波电压与电光重叠积分因子的依赖关系,实验发现了LN单模波导电光重叠积分因子随波长增大而迅速减小.另一方面,通过数值求解法分别得出了LN单模波导在不同波长的导模场分布和调... 详细信息

通过测量铌酸锂(LN)单模波导在不同波长下的半波电压,结合半波电压与电光重叠积分因子的依赖关系,实验发现了LN单模波导电光重叠积分因子随波长增大而迅速减小.另一方面,通过数值求解法分别得出了LN单模波导在不同波长的导模场分布和调制电场分布以及二者的重叠积分因子,在理论上获得了与实验数据十分近似的结果.进一步的仿真分析指出LN单模波导电光重叠积分因子随波长增大而减小的规律主要来自于导模的光场中心随波长增大逐渐远离波导表面,向低电场强度区域靠近.这种电光重叠积分因子的波长依赖特性是导致LN波导半波电压随波长增大而非线性上升的原因之一,它将为基于LN波导的器件的设计和优化提供重要参考.

关键词：铌酸锂波导电光重叠积分因子半波电压波长依赖关系

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脑死亡过程中谷氨酸与场电位的同步检测微电极阵列研究

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分析化学 2015年第7期43卷 983-988页

作者：蔚文婧宋轶琳范心怡张松王力徐声伟蔡新霞中国科学院电子学研究所传感技术联合国家重点实验室中国科学院大学

高浓度胞外K+会引起神经元的去极化、谷氨酸释放、甚至细胞死亡。为研究高浓度K+对在体神经元的影响,采用微机电系统(MEMS)方法制作了一种植入式微电极阵列(MEA),其上包含形状、位置固定的电化学(50×150μm)和电生理(直径为15μm)检测... 详细信息

高浓度胞外K+会引起神经元的去极化、谷氨酸释放、甚至细胞死亡。为研究高浓度K+对在体神经元的影响,采用微机电系统(MEMS)方法制作了一种植入式微电极阵列(MEA),其上包含形状、位置固定的电化学(50×150μm)和电生理(直径为15μm)检测位点,可同时进行脑内神经递质谷氨酸、局部场电位信号(LFP)双模检测。将这种MEA植入到大鼠纹状体后,给大鼠皮层施加高浓度K+刺激,结果表明,高钾刺激增加了纹状体内谷氨酸浓度,同时抑制了神经电生理活动。这是首次采用双模MEA研究神经元在体死亡过程,结果验证了双模微电极阵列在体检测的可行性,可用于研究脑内神经电化学、电生理的时空关系。

关键词：微机电系统植入式微电极阵列脑死亡高钾谷氨酸局部场电位

微纳电极阵列检测丘脑底核电刺激引起的纹状体神经元活动变化

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分析化学 2017年第7期45卷 1088-1095页

作者：杨丽丽宋轶琳徐声伟张禹肖桂花张松高飞李子岳蔡新霞中国科学院电子学研究所传感技术联合国家重点实验室中国科学院大学

丘脑底核(STN)深部脑刺激(DBS)已成为帕金森病的重要外科治疗手段,然而其确切的作用机理尚不明确。本研究采用微机电系统(MEMS)技术制备了一种16通道植入式微电极阵列(MEA),在MEA表面修饰了铂黑-还原氧化石墨烯-Nafion膜(Pt/RGO/Nafion... 详细信息

丘脑底核(STN)深部脑刺激(DBS)已成为帕金森病的重要外科治疗手段,然而其确切的作用机理尚不明确。本研究采用微机电系统(MEMS)技术制备了一种16通道植入式微电极阵列(MEA),在MEA表面修饰了铂黑-还原氧化石墨烯-Nafion膜(Pt/RGO/Nafion)纳米材料,用于同步检测麻醉大鼠脑内纹状体神经元在STN电刺激前后多巴胺(DA)含量和动作电位(Spike)发放变化。STN-DBS结果表明,电刺激20 s后,DA含量开始升高,最高达1.72μmol/L,较高浓度状态保持约50 s后回落至正常水平。与此同时,检测到在DA上升阶段中间神经元Spike发放活动增强,在保持高于DA正常浓度水平阶段,中等多棘神经元(MSNs)放电频率增加。本研究制备的微电极阵列传感器能够实现脑内多巴胺和电生理的原位实时检测,有望成为神经信息检测的有力工具。

关键词：微机电系统微纳电极阵列丘脑底核电刺激多巴胺动作电位

用于在体神经递质检测的可佩戴式无线电化学检测仪

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分析化学 2015年第1期43卷 93-97页

作者：林楠森王力王蜜霞徐声伟禹卫东蔡新霞中国科学院电子学研究所传感技术联合国家重点实验室中国科学院大学

为了实现对微弱神经递质信号的在体实时检测,设计并实现了一种无线电化学检测仪器。系统硬件以低功耗微控制器MSP430为主控制器,包括了微弱电流检测模块、波形产生模块以及数据收发模块,具有尺寸小（2.3 cm×1.8 cm×0.6 cm）,功耗低的... 详细信息

为了实现对微弱神经递质信号的在体实时检测,设计并实现了一种无线电化学检测仪器。系统硬件以低功耗微控制器MSP430为主控制器,包括了微弱电流检测模块、波形产生模块以及数据收发模块,具有尺寸小（2.3 cm×1.8 cm×0.6 cm）,功耗低的特点。基于u C/OS操作系统设计了系统的下位机程序,结合上位机软件实现了检测数据的实时显示与分析。针对神经递质的实际检测需求,系统集成了计时电流法与快速循环伏安法两种电化学检测分析方法。利用快速循环伏安法对不同浓度的多巴胺标准溶液进行了测试,在浓度范围5.0×10#7;.0×10#5mol/L内,系统检测的响应电流与多巴胺浓度之间线性相关系数R=0.99。在此基础上,开展了大鼠在体多巴胺检测的实验,并成功检测到大鼠尾状壳核脑区的电诱发多巴胺释放信号。实验结果表明,此仪器具有检测灵敏度高的优点,能够实现对大脑内神经递质信号的定性及定量分析,在神经科学研究领域具有广阔的应用前景。

关键词：电化学神经递质多巴胺快速循环伏安

纳米TiN修饰平面微电极阵列在神经信息双模检测中的应用

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分析化学 2014年第8期42卷 1071-1076页

作者：蒋庭君刘春秀宋轶琳徐声伟蔚文婧蔡新霞中国科学院电子学研究所传感技术联合国家重点实验室中国科学院大学

采用氮化钛（TiN）修饰平面微电极阵列（pMEA）,对其性能进行改进,开展了离体神经电生理和神经递质电化学的检测研究。采用磁控溅射法在实验室自制微电极阵列上修饰具有纳米结构的TiN材料,修饰后的微电极阻抗降低近一个数量级,背景噪声... 详细信息

采用氮化钛（TiN）修饰平面微电极阵列（pMEA）,对其性能进行改进,开展了离体神经电生理和神经递质电化学的检测研究。采用磁控溅射法在实验室自制微电极阵列上修饰具有纳米结构的TiN材料,修饰后的微电极阻抗降低近一个数量级,背景噪声基线降至±6μV,信噪比是修饰前的1.7倍。在SD大鼠离体脑片神经电生理信号检测中,信噪比可达10∶1,能分离提取±12μV的微弱信号。神经递质多巴胺电化学信号检测下限达50 nmol/L（信噪比2∶1）,浓度在0.05;00μmol/L内与电流响应的线性相关系数为0.998。实验结果表明,在微电极表面修饰纳米TiN,降低了微电极阻抗,提高了信噪比,实现了对神经信息微弱信号的检测。

关键词：微电极阵列氮化钛修饰神经电生理神经电化学多巴胺

多通道红外中长波芯片与双透镜集成组件封装技术

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光学学报 2024年

作者：朱海勇季鹏曾智江徐勤飞陈俊林张晶琳徐琳李雪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中国科学院上海技术物理研究所

多光谱红外探测技术能丰富遥感载荷的图像信息，提高图像的反演精度，而多透镜和多波段探测器集成封装设计能缩小光学载荷体积，同时节约制冷资源。针对于多波段探测器和低温光学透镜集成封装的特点，设计并研制了一种双透镜和多波段探... 详细信息

多光谱红外探测技术能丰富遥感载荷的图像信息，提高图像的反演精度，而多透镜和多波段探测器集成封装设计能缩小光学载荷体积，同时节约制冷资源。针对于多波段探测器和低温光学透镜集成封装的特点，设计并研制了一种双透镜和多波段探测器集成的气密性封装组件结构。以航天某项目用多波段中长波红外组件为研究对象，对多波段中长波红外组件的探测器不同焦平面光学配准、低温滤光片支撑结构、透镜高精度光学配准和低温形变控制、防串扰和背景辐射杂散光抑制等方面进行研究。通过3个红外焦平面拼接并与3波段滤光片和双透镜高精度光学配准、深低温下低形变的滤光片支架结构、透镜低温形变控制和组件低背景的杂散光抑制等关键技术，组件的3波段不同焦平面探测器拼接精度优于±5μm，焦平面探测器与滤光片和透镜的光学配准精度偏差分别优于±8μm和±15μm，滤光片支架和透镜在低温的形变得到改善，多波段间光谱串扰优于6%，串音低于5%，组件研制性能满足系统的光学成像质量和电学性能设计要求。研制后的组件通过1500h老练试验以及鉴定级随机和正弦力学振动，已成功搭载载荷运用于某项目的光谱成像仪中。解决了多波段探测器与多透镜集成化封装中的高精度配准、低形变滤光片支撑、透镜光学配准和低温形变控制、防光学串扰和杂散光抑制等一些列问题。

关键词：多波段杜瓦组件串音光学透镜

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长波红外制冷杜瓦组件杂光分析

中国激光 2024年

作者：朱海勇陈俊林曾智江徐勤飞王小坤李亚冉李雪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中国科学院上海技术物理研究所

杂散光抑制是保证红外遥感数据定量化反演精度和图像质量的前提。为了抑制系统杂散光，利用点源透过率（PST）与杂光系数（VGI）函数关系计算了VGI，并分别用VGI和杂散比（NSR）为指标对系统外部杂散光和系统背景辐射抑制方法进行研究... 详细信息

杂散光抑制是保证红外遥感数据定量化反演精度和图像质量的前提。为了抑制系统杂散光，利用点源透过率（PST）与杂光系数（VGI）函数关系计算了VGI，并分别用VGI和杂散比（NSR）为指标对系统外部杂散光和系统背景辐射抑制方法进行研究。结果表明：采用冷光学设计能有效抑制系统背景辐射，此时系统工作的三个波段NSR从4.5以上降低至0.35以下。制冷机制冷是保证冷光学设计和探测器工作的前提，研究了杜瓦窗口和冷屏设计对VGI、NSR和制冷机功耗的影响，进而优化窗口和冷屏设计参数。通过拟合实验数据明确了杜瓦漏热与制冷机功耗函数关系，提出一种低制冷功耗和高杂散光抑制效果的冷屏设计，此时杜瓦漏热1.7W，制冷机功耗103.72W，系统的VGI从1.95降低至1.92%，窗口的辐射杂散光下降了60%，满足项目要求。解决了低温光学设计、制冷机功耗和杂散光抑制等一些列问题，组件通过力学试验，已成功运用于某项目用光谱成像仪中。

关键词：杂散光杜瓦窗口冷光学设计杂光系数制冷功耗