摘要：为了适应未来红外焦平面探测器系统小型化、集成化和高精度的发展要求,采用了热蒸发方法分别在InP衬底和InGaAs探测器上实现了中心波长为1.38μm滤光膜的片上集成。利用偏光显微镜、原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)以及红外傅里叶光谱(FTIR)等实验手段研究了滤光膜的表面界面形貌和光学性能,结果显示,滤光膜为法布里-珀罗三谐振腔结构,与膜系设计一致;滤光膜中心波长为1.38μm,透射率在60%左右。对集成滤光膜InGaAs器件的电学和光学性能测试分析表明,滤光膜制备工艺对器件的电流电压特性和噪声基本没有影响;而集成滤光膜器件的响应要优于滤光膜分离器件的性能。

摘要：目前红外探测器采用传统读出方法很难通过一次积分实现其本身的动态范围。为实现红外探测器的大动态范围不换档读出,引入脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation,PFM)结构,同时为保证弱信号时的注入效率,结合CTIA输入级,对红外探测器不换档大动态范围读出方法进行研究。提出一种CTIA输入级脉冲频率调制(PFM)读出方法,在系统级层面搭建实验系统并结合短波红外InGaAs单元探测器进行数字量化实验。详细分析了强信号时由系统结构延迟时间引起的转换线性度问题,并建立非理想条件下的数字量化转换模型。实验结果显示,提出的CTIA输入级PFM红外探测器读出方法动态范围达到97 dB,为红外探测器不换档大动态范围读出提供了一种可行方案,并为数字化读出电路设计奠定理论基础。

摘要：为提高动态范围,提出一种针对InGaAs焦平面电容负反馈放大型输入级的残差时间计数型两步式脉冲频率调制数字读出电路。建立了电容负反馈放大型输入级的脉冲频率调制数字化理论转换模型,分析了积分电容残余电荷和复位遗失电荷引起的转换误差和线性度问题。基于0.18μm CMOS工艺设计了线列光谱组件用双积分电容残差时间计数型两步式脉冲频率调制数字化结构,改善了转换误差和线性度,实现了16位粗略转换与最大16位精细转换的融合,为短波红外光谱组件的野外复杂场景应用提供了一种大动态范围的数字读出方案。

摘要：单光子探测在量子信息、生物医学、激光雷达成像等领域具有重要应用前景,InGaAs盖革雪崩焦平面具有单光子探测灵敏度,通过计量光子飞行时间实现距离探测,时间数字转换精度决定整个探测系统的测距精度,是近年来单光子探测领域的研究热点。设计了一款64×64面阵型像素级高分辨低误码时间数字转换阵列电路(Time to Digital Converter,TDC),采用局部共享型高中低三段式异步周期TDC结构。低段位TDC全阵列共享,基于压控延迟链(Voltage Control Delay Line,VCDL)分相时钟实现亚纳秒计时;中高段位每个像素独享,中段位采用分频计数器降低时钟频率,降低阵列整体功耗,高段位采用线性反馈移位寄存器实扩展计时量程并实现计时、数据存储、输出一体化。采用延迟采样方案显著降低了因段间计数时钟不匹配导致的数据锁存误码问题。采用0.18μm CMOS工艺流片,实测250 MHz参考时钟频率下分辨率0.5 ns,积分非线性-0.4~0.6 LSB,微分非线性-0.4~0.4 LSB,TDC转换单调,有效量程位数13位,20 kHz帧频功耗380.5 mW。

摘要：提出了一种适用于短波红外铟镓砷线性焦平面的数字化输出研究.针对实验室自主研制出的短波红外256×1铟镓砷焦平面,结合SAR ADC的基本原理,以高分辨率、低功耗、小面积为设计原则,设计一款逐次逼近(SAR)模数转换器.ADC采用0.18μm CMOS工艺流片,采用3.3 V电压供电,采样率235 KS/s,功耗460μW,信噪比66.6 dB.将ADC芯片与256×1铟镓砷焦平面在变积分时间条件下进行耦合测试.结果表明ADC芯片可以满足短波红外线列256×1铟镓砷焦平面的应用需求.

摘要：采用标准CMOS工艺制备的n^+-p-π-p^+结构的线性APD,其倍增区p层的掺杂分布极大地影响着器件的性能.采用Silvaco仿真软件对倍增区p层进行了设计仿真,研究了p层的注入剂量和注入峰值浓度深度对器件特性的影响.仿真结果表明,设定器件增益为50,在p层的最佳注入剂量为1.82×10^(12)/cm^2,峰值浓度深度为2.1μm左右的最佳工艺条件下,器件的工作电压为73.1 V,过剩噪声因子为4.59,过剩噪声指数在0.34~0.45之间(波长λ=800 nm),优于目前已报道的结果.通过工艺的优化,器件的性能可以得到进一步提高.

摘要：红外焦平面器件的可靠性是目前制约焦平面工程化应用的主要因素,而器件在温度循环条件下导致的衬底断裂、In柱脱开等问题又是影响器件可靠性的主要因素。温度循环下的可靠性问题是由器件组成材料的热膨胀系数不同而产生的热应力造成的,为保证器件在温度循环或温度冲击条件下的可靠性,就必须使器件衬底内部和互联In柱所承受的应力在其断裂强度之内,对器件结构进行优化设计是适用于中等规模器件提高温度循环可靠性的主要方法,本文针对这一问题提出了结构设计优化的主要思路,结合某红外焦平面器件,采用有限元软件仿真方法进行了结构优化设计,并通过实验证明了结构设计的正确性和可行性。

摘要：超构表面阵列分光具有高透射、低损耗、高集成度的特点,是当前微纳结构领域的研究热点。本文提出了一种由Si和SiO2组成的超构表面红外分光阵列。以不同波长的红外光入射单元,仅改变圆柱半径,分别计算不同波长的透射率和出射相位随半径的变化。根据广义斯涅尔定律,选择具有不同圆柱半径的若干单元组成超构表面分光周期。该周期对不同波长的入射光具有对应的透射相位梯度,验证了超构表面阵列具有分光功能。对超构表面红外分光阵列可能的应用提出了展望。结果表明:以半径为150,250,300 nm的3个Si纳米柱组成的超构表面周期可以将波长2.7μm和2.9μm的混合入射红外光分离,并且透射率达到70%以上。

摘要：太赫兹量子级联激光器作为目前产生太赫兹激光的最有效手段之一,如何提升其性能表现一直是科学界所关注的重点。本篇综述将从光电调控的角度,阐述目前太赫兹量子级联激光器的性能进展。从激光器有源区设计原理开始,介绍几种新的有源区设计,再从谐振腔的角度介绍一系列新的结构,并展示他们对于功率和光束质量的提升。最后,阐述了太赫兹量子级联激光器在偏振调控和频率调谐的最新进展。

摘要：本文对基于带间级联结构和谐振腔结构的中红外发光二极管进行了仿真和设计。在传统带间级联发光二极管的基础上,从器件外部引入分布布拉格反射镜(DBR)谐振腔结构,形成谐振腔带间级联发光二极管。对谐振腔参数进行仿真优化,包括DBR周期数、谐振腔的腔长、有源区在谐振腔中的位置等。结果表明,使用单周期ZnS/Ge DBR作为谐振腔上反射镜的器件输出功率最大,有源区置于谐振腔内部电场强度波峰处时,器件的输出功率最大,三级谐振腔带间级联LED器件的输出功率与55级无谐振腔器件输出功率相当,其光束发散角的半峰全宽可以从92度减小到52度。结合已生长的5级带间级联LED器件的测试结果,增加谐振腔结构后的仿真结果表明,峰值波长的辐射强度增强11.7倍,积分辐射强度增强5.43倍,光谱的半峰宽变窄6.45倍。