量子级联红外探测器

美国伦斯勒理工学院的研究人员开发出了一种基于纳米技术的新型量子点红外探测器(qdip)。这种以金为主要材料的新型元件可大幅提高现有红外设备的成像素质,将为下一代高清卫星相机和夜视设备的研发提供可能。

美国专利us7312450(2007年12月25日授权)本发明提供一种可在保持性能的同时降低功耗的红外探测器件。该器件由一个热释电元件、一个i/v转换电路、一个电压放大电路、一个探测电路、一个输出

红外探测器是一门新兴技术,其应用包括温度测量、匪警/火警、机器人/工业设备、热弹性应力分析、医疗诊断以及包括气体分析在内的化学分析.主要介绍红外探测器发展的三大趋势:热成像、数据传输和激光测距.回顾这些技术可使人们了解目前的工艺水平及其发展趋势.

optek技术公司研制出op570系列的硅npn光电晶体管红外探测器。这种探测器被封装在0.10×0.08in的表面安装型管壳内,并配有高性能的红外透镜。作为

法国ulissas公司向市场投放了一系列像元间距为25μm的硅红外探测器。ul02152型探测器是一个160×120元的列阵,其热时间常数<ms,占空因数

美国专利us7485870(2009年2月3日授权)本发明提供一种气动型红外探测器,它包括一个敏感腔和一个参考腔,它是通过测量其敏感腔的气动膨胀来探测红外辐射的。其原理是,敏感腔吸收红外辐射能量后,其温度上升,从而发生气动膨胀。参考腔通过机械方法与敏感腔相连,它是用来控制敏感腔的气动膨胀的。这种膨胀或者用电学方法探测,或者用光学方法探测。本专利说明书共33页,其中有23张插图。

采用n型掺杂的algaas/gaas和algaas/ingaa多量子阱材料,基于mocvd外延生长技术,利用成熟的gaas集成电路加工工艺,设计并制作了不同结构的中波-长波双色量子阱红外探测器(qwip)器件,器件采用正面入射二维光栅耦合,光栅周期设计为4μm,宽度2μm;对制作的500μm×500μm大面积双色qwip单元器件暗电流、响应光谱、探测率进行了测试和分析。在-3v偏压、77k温度和300k背景温度下长波(lwir)和中波(mwir)qwip的暗电流密度分别为0.6、0.02ma/cm2;-3v偏压、80k温度下mwir和lwirqwip的响应光谱峰值波长分别为5.2、7.8μm;在2v偏压、65k温度下,lwir和mwirqwip的峰值探测率分别为1.4×1011、6×1010cm.hz1/2/w。

军用红外探测器需要使用工作在各种红外波段的大规格、高均匀性多色焦平面阵列器件。满足这些要求的一个候选者就是量子阱红外(光电)探测器(quantumwellinfraredphotodetector,qwip)。作为新一代红外探测器,qwip基于极薄半导体异质结构中的载流子束缚效应。gaas/algaas/qwip的主要优点包括标准的ⅲ-ⅴ族衬底材料和技术、良好的热稳定性、大面积、低研发成本以及抗辐射性。qwip的另一个重要优点是具有带隙工程能力。可以通过调节量子阱宽度和势垒组分设计出满足特殊要求(例如多色焦平面列阵应用)的器件结构。介绍了对qwip探测物理机制的理解以及近年来多色qwip技术的发展状况。

回顾了近10年基于半导体中量子限制效应红外探测器的进展.主要关注的是二维限制结构,即量子阱结构,形成的区别与传统红外光子探测的子带跃迁机理.在红外光电子领域作为新族的量子阱红外探测器(quantumwellinfraredphoto-detector,qwip)与最典型的红外探测器代表碲镉汞红外探测器进行了各自特色的分析,包括基本工作机理和材料与器件的制备技术等方面.对于qwip发展的回顾提升了与碲镉汞红外探测器之间的互补关系.也给出了对于qwip在未来发展方面的基本趋势.

红外探测器安装图： 门磁安装图： 使用方法： ●首先把红外探测器安装在高约1.5~2.5米的地方，打开电源开关。安装时， 应调整探测器的倾斜角度，以使其探测距离最远。 ●按遥控器布防键，主机发出“嘀”声，约延时20秒后探测器进入布防状态， 有人进入监控区，主机即刻报警（人体横切探测器走动时，灵敏度较高）。每 次触发报警时间约为60秒，再次进入监控区，再次报警。 ●遇到紧急情况，按遥控器求救键，这时，探测器无论是处于布防或撤防状态， 即刻紧急报警求救。 ●探测器处于报警状态或紧急报警状态时，按遥控器上的撤防键，则立即停止 报警，并且有人在监控区活动也不报警。 安装指南： 1。探头应避免直对门窗口，以免误报； 2。应调整探测器的倾斜角度，以使其探测距离最远； 3。探头的菲妮尔透镜应保持干净，不能有遮挡物体； 4。探头应远离冷热源，例如空调出风口、暖气、冷气机等 5

0引言在法国,碲镉汞的研究与发展已经有25年多的历史了,这项工作是该国sofradir工业集团公司和cea-leti公共实验室之间通过大力协作进行的。为了缩短该技术推向市场的时间,sofradir工业集团公司和cea-leti在grenoble地区成立了一个联合实验室(defir)。目前在该地区大约有600人在从事红外探测器的研制工作。碲镉汞红外探测器技术获得良好评价已经

设计了带有保护环结构的平面型24×1ingaas线列短波红外探测器,利用n-i-n+型inp/in0.53ga0.47as/inp外延材料闭管扩散制备了平面型探测器。lbic测试显示光敏元没有明显扩大,保护环起到了有效的隔离效果;i-v测试表明器件的优值因子r0a约4.2×106.cm2,在-0.1v反向偏压下的暗电流密度约22na/cm2,拟合得到的理想因子接近1,说明正向电流成分主要为扩散电流;在室温20℃,器件的响应光谱在0.9～1.68μm波段范围,其平均峰值电流响应率为1.24a/w,平均峰值探测率为3.0×1012cm.hz1/2/w,量子效率接近95%,响应的不均匀性为2.63%。

本发明提供一种被动红外探测器．该探测器由两个传感器和一个评价电路组成．第一个传感器(1)用于产生代表热源与探测器背景环境之间温差的红外信号；第二个传感器(3)用于敏感探测器的环境温度；评

红外探测器广泛应用于多光谱成像系统中,文章提出并建立了一种红外线阵时间延迟积分探测器的成像实验系统,阐述了成像系统的工作原理,对影响成像质量的两个主要因素电子稳像与自动对焦进行了深入分析。利用高精度直流测速机确定了转台转速与探测器的行转移频率,采用卡尔曼滤波算法滤除了测速机带来的噪声,提高了速度匹配精度。在分析比较红外相机四种检焦方法的基础上采用视频信号幅度法进行检调焦。在国家光学机械产品质量监督检验测试中心实地搭建了成像实验系统,并分别对5.3,6.4和9.2mm宽度靶标成像。实验结果表明,采集到的原始靶标纹理清晰,照相分辨率达到了每毫米11.3对线,达到了实验预期目的。

红外探测器分类及应用 红外探测器是能对外界红外光辐射产生响应的光电传感器，是目前传感器 领域发展的重点之一。利用它制成的探测器是军事、气象、农业、工业、医学 等方面需要的设备，它涉及物理、材料等基础科学和光学、机械、微电子和计 算机等多学科领域的综合科学技术。 按照工作机理分类： 热探测器和光子探测器的分类和特点 ·光子探测器：光子探测器的工作机理是利用入射光辐射的光子流与探测器材料 中的电子互相作用，从而改变电子的能量状态，引起各种电学现象，这种现象 称为光子效应。光子探测器有内光电和外光电探测器两种，后者又分为光电 导，光生伏特，光电发射型，光磁电型等四种。 ·热探测器：红外热探测器的工作原理是利用辐射热效应。探测器件接收辐射能 量后引起温度升高，再由接触型测温元件测量温度改变量，从而输出点型号。 热探测器主要有四类：热电堆，热释电型，和气体型。 光子探测器和热探测器的分类和

主动/被动红外探测器 系统的基本组成红外线报警器是利用红外线的辐射和接收技校构成的报警 装置。根据工作原理，又可分为主动式和被动式两种类型。 （1）主动式红外探测器 主动式红外探测器是由收、发装置两部分组成。发射装置向装在几米甚至于 几百米远的接收装置辐射一束红外线，当被遮断时，接收装置即发出报警信号， 因此，它也是阻挡式报警器，或称对射式探测器。通常，发射装置由多谐振荡器、 波形变换电路、红外发光管及光学透镜等组成。振荡器产生脉冲信号，经波形变 换及放大后控制红外发光管产生红外脉冲光线，通过聚焦透镜将红外光变为较细 的红外光束，射向接收端。 接收装置由光学透镜、红外光电管、放大整形电路、功率驱动器及执行机构 等组成。光电管将接收到的红外光信号转变为电信号，经整形放大后推动执行机 构启动报警设备。主动式红外报警器有较远的传输距离，因红外线属于非可见光 源，入侵

红外探测器是红外成像技术的核心,直接影响着红外成像系统的性能。在分析目标成像尺寸的基础上,详细分析光学弥散、探测器噪声、成像阵列盲元等的形成机理,并进行建模和仿真,最后将这些模型依次叠加。采用此方法得到的仿真图像充分考虑了探测器各种效应的影响,提高了仿真图像的真实性与逼真度,可为红外成像系统的研制及目标检测识别算法提供测试场景与依据。

为了表征噪声对量子点红外探测器性能的影响,本文推导了噪声的理论模型.该模型通过考虑纳米尺度电子传输和微米尺度电子传输对激发能的共同影响,并结合噪声增益,实现了对噪声的估算.得到的结果与实验的数据相比,显示了很好的一致性,从而验证了这个模型的正确性.

本文简要介绍了多量子阱探测器、热电探测器、混合型及单片型图象传感器等红外探测器的研究近况,并对关键技术进行评述。

日本hamamatsu光子学公司生产出各种各样的高性能红外探测器,它们的响应光谱包括20μm以上的长波红外,其截止频率高达2ghz。

红外探测器

针对量子阱红外探测器(qwip)光敏元灵敏度低,参数测试条件苛刻的局限,在充分研究其工作原理的前提下,构建了其工作环境,设计了多个参数的测试方案.在液氮制冷条件下测试了8～9mgaas/algaas量子阱红外探测器的电阻温度特性、电流温度特性,利用电流前放和锁相放大依次对qwip的输出电流信号进行选频放大,测试其光电流,得到了qwip光敏元电阻与温度的对应关系,验证了器件的负电阻温度特性,进而可以快速判断探测器光敏元的有效性.测试采用labview8.0进行数据处理、分析及显示.通过对实验数据的分析,qwip的阻抗随温度的降低呈指数上升,暗电流随着工作温度的降低而减小,光电流随着温度的降低而增大,表明探测器的性能随工作温度的降低而逐步增强.