碲镉汞红外焦平面调制传递函数表征方法研究
发布时间：2020-08-21 10:39
【摘要】：红外探测器调制传递函数(Modulation Transfer Function,MTF)是连接器件制备与整机应用的关键参数。其本质是信号频率分量经过光电成像系统后在截止空间频率范围内的衰减程度,能够真实的反映出红外探测器空间分辨率和成像质量。MTF已经逐渐成为衡量红外探测器成像性能优劣的重要指标。本文针对自制的HgCdTe红外焦平面探测器MTF的测试要求,分别对面阵和线列器件的MTF测试方法以及影响器件MTF的结构等进行了深入研究,搭建并实现了利用倾斜刀口法测试面阵/线列HgCdTe红外焦平面探测器MTF的测试系统,主要研究内容如下所示:1.面阵HgCdTe红外探测器成像条纹噪声的去除。面阵器件因材料生长、器件制备工艺水平及读出电路等原因,生成图像存在条纹噪声,其对面阵器件的盲元检测精度和后续面阵MTF计算造成干扰。利用双密度双树复数小波将黑体均匀辐射图像由时域空间转换到频域空间,经过小波分解后的高频系数服从高斯分布从而对高频小波系数进行判别,将高频小波系数按照条纹噪声相关性赋予不同权值再分别进行单支重构去除条纹噪声。实验证明了该方法的有效性。2.面阵HgCdTe红外探测器MTF计算。对去除了条纹噪声干扰的黑体辐射图像进行盲元检测,使用全局3σ准则对面阵像元进行盲元检测。由于全局检测方法存在较大误差,对全局3σ准则法进行改进,利用带有滑动窗口的局部3σ准则进行盲元检测。实验证明该方法检测出的盲元精度比全局检测法更为准确。在刀口靶标成像采集时由于电路系统的影响,输出图像存在随机噪声。传统的中值滤波算法在去除随机噪声的同时会将刀口刃边细节模糊,改为采用带有自适应的中值滤波法进行去噪。其对每个像素是否为噪声点进行判断,对是随机噪声的点进行滤波而非噪声点进行保留。该方法能够在去除噪声的同时很好的保留刀口刃边像的细节。最后利用Canny算子和Hough变换分别检测出刀口刃边位置和刃边倾斜角度,再将刃边进行投影并计算出面阵器件的MTF值。3.线列HgCdTe红外探测器MTF计算。使用倾斜刀口法测试线列红外探测器MTF时,首先需要解决如何准确使得刀口靶标像的刃边位置刚好横跨过线列器件,从而输出计算MTF所需的边缘扩散函数(Edge Spread Function,ESF)。将靶标改造为‘K’字型,移动探测器并通过数据采集软件观察像元输出值,当线列像元输出形状为阶跃状时则刃边像正好跨过整个线列像元。此时对线列器件的输出值进行采集得到ESF曲线,并用投影法计算MTF。但由于串音的存在不能将所有像元输出作为有效计算像元,对采集数据进行有效输出像元判断后再计算线列MTF值。并将改进倾斜刀口法与狭缝扫描法进行对比。4.测试不同结构探测器对MTF影响。串音是造成探测器MTF数值降低的主要因素之一。针对串音的抑制设计有金属框结构和离子注入框结构的线列HgCdTe红外探测器。两种框结构可以对横向扩散的载流子有效吸收以减小电学串音。利用改进的倾斜刀口法分别对无框结构、金属框结构、离子注入框结构的线列探测器进行了MTF测试,并对测试结果进行分析对比。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN215
【图文】：
以得到待测辐射的能量或功率大小。热电堆通常为薄膜状，其优点为响应率高、性能稳定、均匀性高围广等，且工作条件不需要制冷，现已广泛的应用于热成像技术领) 光电探测器某些材料在受到红外辐射后，红外辐射能量会被其中的电子直接动状态改变，从而该材料的电学参量也发生改变，这种电学性质的效应。利用光电效应制成的红外探测器也称为光电探测器[17-21]。该用内部电子吸收红外辐射改变状态，具有反应快、适用场合范围广分为以下两种类型： 光电导探测器光电导型红外探测器简称为光电导红外探测器，当半导体器件接时，会使内部一些电子和空穴从原来不导电的束缚状态转变到能导，从而使半导体的电导率增加。这种现象称之为光电导效应。如图
第 1 章 引言8~15μm 大气窗口中探测器可工作在液氮温度。光伏探测器型探测器是利用半导体的p-n结受到红外辐射在其两端产生电压的光测红外辐射的器件，也称为光伏二极管。光伏探测器的特征是在 P 型N 型半导体的交界处形成一个 p-n 结。由于 n 区的电子和 p 区的空穴的动，在 p-n 结边界附近形成一个空间电荷区。空间电荷区产生的内建载流子继续扩散，称为耗尽层。测器受到辐照后，入射光子在 p-n 结处或 p-n 结附近被吸收，产生的被结电场所分开。在结电场的作用下空穴向 p 侧迁移，电子向 n 侧迁移输出开路的情况下，可形成正向的光电压，这种现象称为光生伏效应应制成的红外探测器称之为光伏探测器。
gCdTe 的外延材料技术、光伏列阵芯片及碲化镉钝化等技术展开研大的特征是其带隙可以通过镉的组份进行调节，其探测范围能够很红外波段。碲镉汞已经成为红外成像的一个标准，在近几十年得到。镉汞(HgCdTe)是由正禁带宽度的碲化镉(CdTe)和负禁带宽度的e）混合而成的二元化合物材料，这两种材料都是闪锌矿结构，因为接近，能形成任意配比的连续固溶体，也就是 Hg1-xCdxTe。调节，可以实现碲镉汞器件的不同波段长度对红外波段的全覆盖，同时高、探测响应速度快、电子迁移率高、少子寿命长等特点。镉汞探测器技术发展也经历了由最初的单元探测到现在的超大规。从上个世纪碲镉汞材料被发现，各个国家都投入到了碲镉汞红外及应用，尤其是在军事领域的应用。其主要的发展历程如下图(1.4
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN215
【图文】：
以得到待测辐射的能量或功率大小。热电堆通常为薄膜状，其优点为响应率高、性能稳定、均匀性高围广等，且工作条件不需要制冷，现已广泛的应用于热成像技术领) 光电探测器某些材料在受到红外辐射后，红外辐射能量会被其中的电子直接动状态改变，从而该材料的电学参量也发生改变，这种电学性质的效应。利用光电效应制成的红外探测器也称为光电探测器[17-21]。该用内部电子吸收红外辐射改变状态，具有反应快、适用场合范围广分为以下两种类型： 光电导探测器光电导型红外探测器简称为光电导红外探测器，当半导体器件接时，会使内部一些电子和空穴从原来不导电的束缚状态转变到能导，从而使半导体的电导率增加。这种现象称之为光电导效应。如图
第 1 章 引言8~15μm 大气窗口中探测器可工作在液氮温度。光伏探测器型探测器是利用半导体的p-n结受到红外辐射在其两端产生电压的光测红外辐射的器件，也称为光伏二极管。光伏探测器的特征是在 P 型N 型半导体的交界处形成一个 p-n 结。由于 n 区的电子和 p 区的空穴的动，在 p-n 结边界附近形成一个空间电荷区。空间电荷区产生的内建载流子继续扩散，称为耗尽层。测器受到辐照后，入射光子在 p-n 结处或 p-n 结附近被吸收，产生的被结电场所分开。在结电场的作用下空穴向 p 侧迁移，电子向 n 侧迁移输出开路的情况下，可形成正向的光电压，这种现象称为光生伏效应应制成的红外探测器称之为光伏探测器。
gCdTe 的外延材料技术、光伏列阵芯片及碲化镉钝化等技术展开研大的特征是其带隙可以通过镉的组份进行调节，其探测范围能够很红外波段。碲镉汞已经成为红外成像的一个标准，在近几十年得到。镉汞(HgCdTe)是由正禁带宽度的碲化镉(CdTe)和负禁带宽度的e）混合而成的二元化合物材料，这两种材料都是闪锌矿结构，因为接近，能形成任意配比的连续固溶体，也就是 Hg1-xCdxTe。调节，可以实现碲镉汞器件的不同波段长度对红外波段的全覆盖，同时高、探测响应速度快、电子迁移率高、少子寿命长等特点。镉汞探测器技术发展也经历了由最初的单元探测到现在的超大规。从上个世纪碲镉汞材料被发现，各个国家都投入到了碲镉汞红外及应用，尤其是在军事领域的应用。其主要的发展历程如下图(1.4
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 李进;邢飞;王
本文编号：2799276
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