红外焦平面的光谱响应测试技术研究

发布时间：2020-09-28 12:56

　　随着红外探测技术和半导体工艺的发展,红外焦平面探测器广泛地应用于各个领域。对于红外探测器而言,光谱响应是探测器的重要性能参数之一,反映了探测器在不同波长下的响应。由于国内对于红外焦平面探测器的光谱测试技术相对落后,大多数依赖于进口的测试系统。因此对红外焦平面光谱测试技术的研究具有重要意义。首先,本文通过对红外焦平面探测器的光谱测试技术的研究,介绍傅里叶红外光谱仪的核心器件——迈克尔逊干涉仪的工作原理,以及红外傅里叶光谱仪应用于光谱测试的原理。然后,分析单色仪的工作原理,解决单色仪在分光过程中产生的二值衍射问题。针对测试环境中存在杂散光的问题,利用斩波法将有效的直流光信号调制成交流信号,通过离散傅里叶变换后去除杂散光对光谱测试结果的影响。斩波法能够提高信噪比,有利于长波段的光谱测试。在此基础上,本文设计出基于单色仪的红外光谱测试系统,其中,该系统硬件部分的设计主要涉及辐射源的选择、微弱光信号的检测和单色仪的分光等。而软件部分则根据系统的需要,设计并编写出不同的模块,主要包括功能控制模块、图像显示及数据采集模块、数据分析及处理模块、数据库模块。使用不同的模块能够实现对不同仪器的控制、数据的分析和计算结果的保存。相比于传统的测试系统,基于单色仪的红外光谱系统能够大幅度缩短测试时间,提高测试效率。本文使用该光谱测试系统能够测量探测器在3?m~15?m波段下的相对光谱响应,并且光谱的分辨率最小能够达到1 nm。最后,分析感兴趣区域中不同种类的盲元对于光谱测试结果的影响。讨论由于斩波频率和采样频率不稳定而导致的频谱泄露问题,并对探测器输出信号进行加窗处理,从而缓解频谱泄露问题。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN215
【部分图文】：

测量方法,红外焦平面探测器,探测器,相对光谱响应

现在国内外使用的光谱测试系统大部分设计较为复杂，成本高昂国内对于探测器的相对光谱响应的测试方法及测试系统的研究较少，一般设产红外焦平面探测器的公司均使用国外进口光谱测试系统，而一些测试系统国内部分科研机构或红外探测器产商是禁运的。因此有必要设计出使用方便、测试效率高的红外焦平面光谱测试系统。红外焦平面探测器光谱测量原理红外焦平面探测器的光谱响应可分为相对光谱响应和绝对光谱响应[10]。.1 相对光谱测量原理红外探测器的相对光谱表示的是红外探测器的相对响应与入射辐射波长的函系。对于光子探测器而言，在入射光功率相同的条件下，探测器的相对响应是入射波长的增加而线性上升，当入射光子能量小于探测器半导体材料的禁带时，探测器的相对响应下降为零。而热探测器对于红外光波不具有选择性，所探测器的相对响应不会随着入射波长的增加而增加。红外探测器的相对光谱的测量方法如下图所示：

迈克尔逊干涉仪,结构示意图,连续光源

里叶变换法[28-30]。而标准替代法和傅里叶变换法是光谱测试中常里叶红外光谱仪探测器光谱测试系统主要分为两种，一种是利用红外傅里叶光谱一种是基于单色仪的光谱测试系统。其中傅里叶红外光谱仪利用傅探测器的光谱响应。迈克尔逊干涉仪作为傅里叶红外光谱仪的核色光干涉原理工作的。色光干涉及其基本方程红外光谱仪的光源是连续光源，即红外光谱仪的入射光是多色光的单色光组成。当连续光源发出的光入射到迈克尔逊干涉仪时，每生干涉，最后所有单色光的干涉图相加便得到连续光源的干涉图地了解多色光的干涉，首先应讨论单色光的干涉。叶红外光谱仪的干涉结构是迈克尔逊干涉仪[31]，其示意图如下：

系统原理图,傅里叶光谱,干涉光

电子科技大学硕士学位论文通过上述方法采集到的数据不再是连续的，动镜会移动一定的光程差间数据采集，所以探测到的干涉光信号应该是分立的。那么对式（2-5）使逆变换是无法得到结果的，式（2-5）适用于干涉光信号的连续函数的情上述方法进行数据采集，得到的干涉光强可以由下式表示：12'( ) ( )cosnI B （由时域采样定理分析可知，使用上述采集到的干涉光数据实际上是式（系列离散值，其采集间隔最大为2x 。对采集到的干涉光信号进行离散叶变换（DTFT），所得到结果就是探测器测量到的光谱[35]。.3 FTIR 测量光谱响应的原理傅里叶红外光谱仪测量红外焦平面的光谱响应采用的是傅里叶变换法。理图如下：

【参考文献】