短波红外高光谱成像仪背景辐射特征研究
短波红外InGaAs探测器功能简析
红外线是波长介于微波与可见光之间的电磁波，波长在0.75～1000μm之间，其在军事、通讯、探测、医疗等方面有广泛的应用。
目前对红外线的分类还没有统一的标准，各个专业根据应用的需要，有着自己的一套分类体系。
一般使用者对红外线的分类为（1）近红外(NIR, IR-A DIN)：波长在0.75～1.4μm；（2）短波红外(SWIR, IR-B DIN)：波长在1.4～3μm；（3）中波红外(MWIR, IR-C DIN)：波长在3～8μm；（4）长波红外(LWIR, IR-C DIN)：波长在8～15μm；（5）远红外(FIR)：波长在15～1000μm。
根据Maxwell电磁方程，红外线在空气等物质内部和界面传播会发生吸收、反射和透射等，其中吸收是影响传播的最主要因素。
空气中的一些气体分子如CO2、H2O等有着与其物质分子结构相对应的特征吸收谱线，对某些波长的红外线产生强烈地吸收，而对另外一些红外线则不产生吸收，从而表现出很高的透射率。
大气中对红外辐射吸收比较少的波段称为“大气窗口”，主要包括三个：1～3μm，3～5μm，8～14μm，图1描述了红外线在大气中传播的透射曲线。
红外探测器从1800年英国W. Herschel发现红外线到现在已有二百多年历史。
人们通过不断地技术开发和创新，使红外应用从军事国防迅速朝着资源勘探、气象预报、环境监测、医学诊治、海洋研究等关系到国计民生的各个领域扩展。
在这些应用中红外探测又显得特别重要，因为要更好地研究红外线必须先对其进行探测。
理论上任何形态的物质只要在红外辐射作用下发生某种性质或物理量的变化，都可以被用来进行红外探测。
目前来说按照工作机理不同, 红外探测器常被分为热探测器和光子型探测器。
热探测器利用红外光的热效应及材料对温度的敏感性来测量红外辐射，其原理是热敏材料吸收红外光后温度升高，利用材料的温度敏感特性将温度的变化转变为电信号。
目前主要利用温差电效应、热释电效应、金属、气体等热胀冷缩现象、超导体在Tc附近升高温度电阻急剧变化等等。
成像光谱仪特点
成像光谱仪特点
成像光谱仪的主要特点如下：
1、高光谱分辨率：成像光谱仪能够获取地表物体的高光谱分辨率数据，这意味着它能够提供比传统遥感器更详细的地物光谱信息。
这使得成像光谱仪在识别和分析地表物质方面具有更高的精度和灵敏度。
2、多光谱成像：成像光谱仪通常具有多个光谱通道，每个通道覆盖不同的光谱范围。
这使得它能够同时获取地表物体的多个光谱信息，从而提供更全面的地物特征。
3、高空间分辨率：成像光谱仪通常具有较高的空间分辨率，这意味着它能够获取地表物体的详细形状和结构信息。
这使得成像光谱仪在地质调查、环境监测、城市规划等领域具有广泛的应用前景。
4、实时数据处理：成像光谱仪通常配备有实时数据处理系统，能够实时处理和分析获取的光谱数据。
这使得成像光谱仪在实时监测和预警方面具有较高的应用价值。
短波红外成像原理
短波红外成像原理一、红外线红外线（Infrared，简称IR）是波长介乎微波与可见光之间的电磁波，其波长在760nm至1mm之间，是波长比红光长的非可见光，对应频率约是在430 THz到300 GHz的范围内。
室温下物体所发出的热辐射多都在此波段。
01一般使用者分类近红外线（NIR, IR-A DIN）：波长在 0.75 － 1.4 微米，以水的吸收来定义，由于在二氧化硅玻璃中的低衰减率，通常使用在光纤通信中。
在这个区域的波长对影像的增强非常敏锐。
例如，包括夜视设备，像是夜视镜。
短波长红外线（SWIR, IR-B DIN）：1.4 － 3 微米，水的吸收在 1,450 nm显著的增加。
1,530 至 1,560 nm是主导远距离通信的主要光谱区域。
中波长红外线（MWIR, IR-C DIN）：也称为中红外线：波长在 3 － 8 微米。
被动式的红外线追热导向导弹技术在设计上就是使用 3 － 5 微米波段的大气窗口来工作，对飞机红外线标识的归航，通常是针对飞机引擎排放的羽流。
长波长红外线（LWIR, IR-C DIN）：8 － 15 微米。
这是”热成像”的区域，在这个波段的感测器不需要其他的光或外部热源，例如太阳、月球或红外灯，就可以获得完整的热排放量的被动影像。
前视性红外线（FLIR）系统使用这个区域的频谱。
，有时也会被归类为”远红外线”远红外线（FIR）：50 － 1,000 微米（参见远红外线激光）。
PS：NIR和SWIR有时被称为“反射红外线”，而MWIR 和LWIR有时被称为”热红外线”，这是基于黑体辐射曲线的特性，典型的’热’物体，像是排气管，同样的物体通常在MW的波段会比在LW波段下来得更为明亮。
02感测器回应分类可以依不同感测器可侦测的范围来分类：近红外线：波长范围为 0.7 至 1.0 µm（由人眼无法侦测的范围到硅可响应的范围）短波红外线：波长范围为 1.0 至 3.0 µm（由硅的截止频率到大气红外线窗口的截止频率），InGaAs范围可以到1.8 µm，一些较不灵敏的铅盐也可侦测到此范围。
成像光谱仪光谱与辐射定标
成像光谱仪光谱与辐射定标成像光谱仪是一种光学仪器，可以同时获取被观测物体在不同波长范围内的光谱信息，并通过对光谱进行处理和分析来获取被观测物体的信息。
光谱是根据不同波长的光分量组成的，通过光谱分析，可以得到被观测物体的化学成分、温度、密度等信息。
成像光谱仪的光谱定标是指对光谱仪进行标定，建立光谱与辐射之间的关系。
光谱与辐射的关系可以描述为辐射强度随波长的变化。
通常，光谱定标需要先收集一系列已知辐射强度的光源，然后通过测量这些光源的光谱，建立光谱与辐射强度之间的定标曲线或关系模型。
光谱定标的目的之一是确保成像光谱仪的测量结果准确可靠。
光谱仪的测量结果会受到仪器本身的光学性能、检测器的响应特性等因素的影响。
通过光谱定标，可以排除这些因素的影响，使测量结果更加准确。
光谱定标还可以提供光谱校准的功能。
光谱仪的光谱范围通常是通过光栅或棱镜进行波长分离的，而光栅或棱镜的波长划分是有限的，存在一定的误差。
通过光谱定标，可以准确地知道每个波长点的对应辐射强度，从而校准光谱仪的波长分辨率。
光谱定标的方法有多种，常见的方法包括使用标准光源、黑体辐射源、大气窗口等。
标准光源是一种已知辐射强度和波长的光源，通过测量标准光源的光谱，可以建立光谱与辐射强度之间的定标关系。
黑体辐射源是一种热辐射源，通过测量黑体辐射源的辐射光谱，可以建立光谱与辐射强度之间的关系。
大气窗口是指大气层中透过的波长范围，通过测量大气窗口内的光谱，可以进行大气校正，提高光谱测量的准确性。
光谱定标的过程中还需要考虑一些因素。
例如，光谱仪的响应特性和漂移情况。
光谱仪的响应特性是指光谱仪对不同波长光的检测效率，测量时需要对不同波长的光谱进行响应修正。
漂移是指光谱仪在使用过程中可能出现的性能变化，需要定期进行校正和维护。
光谱与辐射定标是成像光谱仪中非常重要的一环。
准确的光谱定标可以提高光谱测量的准确性和可靠性，进而对被观测物体进行准确的分析和识别。
在实际应用中，不同的光谱定标方法和策略可以根据具体的测量需求进行选择和优化，以得到最佳的测量结果。
短波红外光谱成像在医学上的应用研究
短波红外光谱成像在医学上的应用研究短波红外光谱成像（shortwave infrared (SWIR) imaging）的发展已经吸引了越来越多的人的关注，尤其在医学领域。
SWIR光谱成像技术可用于无创检测、肿瘤诊断和治疗，这为医学研究和治疗带来了新的进展。
在本文中，我们将探讨SWIR 成像技术的原理、发展历程和在医学领域中的应用。
一、SWIR光谱成像技术的原理和发展SWIR光谱成像技术的原理是利用物质在不同波段的吸收、反射和散射等性质来获取图像信息。
SWIR波段范围为1-2.5微米，这些波段被称为“眼睛不可见”的区域，因此，这种技术不同于人眼对光的感知。
在这个波段中，可检测到物质分子的振动、拉伸和弯曲等特征，因此SWIR光谱成像技术可用于检测物质的组成和结构。
随着科技的发展，SWIR光谱成像技术也不断取得进步。
目前，该技术已经发展出多种成像技术，例如：全光谱成像、双波段成像、超分辨成像等。
二、SWIR光谱成像技术在医学领域的应用SWIR光谱成像技术的应用正在医学领域蓬勃发展。
它提供了一种采用无创手段检测生物组织的新方法，为实现肿瘤诊断和治疗提供了一定的帮助。
1、肿瘤诊断SWIR光谱成像技术被广泛应用于肿瘤诊断中。
该技术能够读取肿瘤处的光谱特征，并识别不同类型的肿瘤。
SWIR波段的成像能够突破磷酸盐的无法穿透的界限，并进入组织深处，达到更好的成像效果。
通过成像前和成像后的对比，可以非常明确、准确地看到肿瘤的增大或减小情况，进而评估肿瘤的治疗效果。
2、无创检测SWIR光谱成像技术可用于进行无创检测。
该技术可以通过人体皮肤和组织透过SWIR波来获取组织的信息。
因此，如果没有物理破坏组织，就可以进行组织检测。
通过这种全新的探测方式，SWIR光谱成像技术可以用于皮肤或腹部检测，并提供更为准确的成像结果。
3、治疗SWIR光谱成像技术还可以用于肿瘤治疗。
在治疗过程中，SWIR光谱成像技术提供了一种更好的监测手段。
短波红外成像光谱仪性能检测与定标装置
第37卷，增刊红外与激光工程2008年6月V ol.37SupplementInfrared and Laser EngineeringJun.2008收稿日期：2008-06-06作者简介：何志平（），男，江西新余人,助理研究员，主要从事光学系统设计、光电系统检测等方面的研究。
z @短波红外成像光谱仪性能检测与定标装置何志平，刘强，徐卫明，谢锋，舒嵘，王建宇(中国科学院上海技术物理研究所，上海200083)摘要：描述了短波红外成像光谱仪研制中所涉及的系统总体性能检测与定标装置。
短波红外成像光谱仪是一台基于棱镜-光栅-棱镜（PGP ）组合分光的、推帚式成像的航空成像光谱仪，其探测波段为1000～2500nm ，视场角为24°。
短波红外成像光谱仪的系统总体性能检测贯穿于仪器研制的全过程中，包括对仪器关键器件的测试，仪器的空间分辨率、视场角及内方位元素等总体指标的测试；短波红外成像光谱仪的定标包括实验室及外场的光谱及辐射定标，它们是仪器研制成功及深入应用的重要保证。
最后，介绍了仪器在实验室成像及航空实验成像状况。
关键词：短波红外；成像光谱仪；检测；定标中图分类号：TN21文献标识码：A文章编号：1007-2276(2008)增(红外)-0531-05Equipment of per for mance testing and calibration of shor twaveinfrared hyperspectral imagerHE Zhi-ping,LIU Qiang ，XU Wei-m ing,XIE Feng,SHU Rong,WANG Jian-yu（Shanghai Institute of Technical Physics ,Chines e Academy of Sciences ,Shanghai 200083,China ）Abstr act:The equipment and technique of performance testing and calibration that had involved in the development of Shortwave Infrared Hyperspectral Im ager (SWHI)was presented.The SWHI was an airborne pushbroom hyperspectral im ager based on Prism-Grating-Prism(PGP)taken as dispersing element,and its wavelength range was 1000～2500nm ，field of view is 24°，spectral channels is 128channels.The dispersing element is tested during the development of the SWHI,and the system performance was tested and calibrated,include spectral overlapping from different order,spatial resolution,spectral and radiation calibration,etc.Key wor ds:Shortwave ；Hyperspectral im ager ；Testing ；Calibration0引言光学成像技术和光谱技术是历史悠久而又应用广泛的两种光电技术，它们通过接收来自目标的光辐射，对目标进行分析和识别。
高性能的短波红外半导体光电探测器研究共3篇
高性能的短波红外半导体光电探测器研究共3篇高性能的短波红外半导体光电探测器研究1短波红外半导体光电探测器是一种能够检测0.9-2.5微米范围内的红外辐射的探测器。
该探测器具有响应速度快、信噪比高、灵敏度高等优点，广泛应用于安防监控、无人机导航、夜视设备等领域。
而如何提高短波红外半导体光电探测器的性能一直是研究领域关注的问题。
本文将重点探讨提高短波红外半导体光电探测器性能的关键技术。
1. 半导体材料半导体材料是短波红外半导体光电探测器中最重要的组成部分。
当前广泛使用的半导体材料有InGaAs、HgCdTe、InAs/GaSb等。
其中，HgCdTe是应用最广泛的材料之一，但是其制备成本较高，且需要满足高纯度要求，生长技术限制研究。
因此，研究人员也提出了其他材料的选择。
例如，InAs/GaSb由于其独特的能带结构，具有更好的性能。
通过合适的掺杂可以调节半导体材料的带隙，以得到不同响应波段的光电探测器。
2. 硅基短波红外探测器通常情况下，短波红外光电探测器使用的材料是HgCdTe和InGaAs。
但是，硅基短波红外探测器也被广泛研究。
硅基短波红外探测器使用先进的微电子工艺制造，可以实现光电探测器的微缩尺寸和集成化设计。
此外，硅基材料的价格相对较低，具有较高的生产工艺稳定性，克服了HgCdTe和InGaAs等材料的缺点。
虽然硅基材料光子能量低，但是它可以通过红外吸收增强层实现波长转换。
因此，硅基短波红外探测器在未来有望成为光电探测器中的新宠。
3. 外加电场和极化层在短波红外半导体光电探测器中，外加电场和极化层是提高光电转换效率和响应速度的最佳选择之一。
外加电场可以提高载流子产生和收集的速度，进而提高探测器的响应速度。
极化层则可以帮助将光子能量转移到载流子。
通过掺杂极化层，可以在探测器中形成更多的电荷的势能梯度，提高载流子的产生效率。
4. 低噪声前置放大器在实际的应用中，环境噪声对光电探测器的影响较大。
为了减少噪声影响，通常会采用低噪声前置放大器，以获得更高的信噪比。
短波红外、中波红外和长波红外探测系统的波段选择分析
该 词可 以理解 为红外 波段 的热 辐射 成 像 。
不 同波段 的红外 成像 在成 像 机理 方面 存在 肴 筹异 。在 夜 视条件 Ｆ，中波 红外ＭｗＩＲ（Ｍｅｄｉｕｍ
Ｗａｖｅ Ｉｎｆｒａｒｅｄ）和长 波￣ ｂＬＷＩＲ （Ｌｏｎｇ Ｗａｖｅ Ｉｎｆｒａｒｅｄ） 要 靠 目标 ｎ身辐 射成 像 ，而短 波红 外
像 。其 成像 过 程如 图 ２所示 。这 种成 像机 理上 的差 异必 然带 来 红外 图像上 的差 异 ，同 时也会造 成
应 用 上 的差异 ，进而 造成 红外 成像 技 术 ，特 别 是 红外焦 平面 探测 器 技术发 展 的多样 性 引。
近 年 来 ， 国 内外 针 对 多波 段 红外 成 像 差 异 做 了大 量 的研 究 ，尤其 是ＬＷｌＲ和ＭＷ ＩＲ的成 像 差异 ，例 如 Ｌｗ 光 谱 的大气 透 过率 Ｌ￣，ＭＷ ｍ 的 高 ；在设 计 红外双 折 射／衍 射反 远距 光 学系统 中， ＬＷＩＲ和Ｍｗ 两 个波 段 的衍 射效 率 明显 不 同 。 另 外 ，ＬＷＩＲ和 ＭＷＩＲ在 红外 探测 器 焦平 面器 件 的光谱 响应特 性 不 同 ；ＳＷｌＲ和ＭＷＩＲ两 个波 段 在 探测 器 响应 方 面存 在差 异 ；Ｓｗ 、ＭｗＩＲ和 ＬＷＩＲ＿￣ －个波 段 的探 测器 响应 特性 也 不 同【４ ］。尽
到 能 发射足 够 强 的短波 红外 辐射 时 ，短波 红外 成像 又变 成 既接 收 目标 ｒ］身发射 ，义 接收 景物 反射
的短 波 红外辐 射 。而 有人 红 外 光源照 明、依靠 接 收景 物反射 来 的红外辐 射信 号 成像 的技 术是
主动 红 外成 像 技术，包 括一 动长 波红 外成 像 、主 动 巾波 红 外成 像和 主动 短波 红外 成像 。
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短波红外高光谱成像仪背景辐射特征研究
作者：王跃明， 祝倩， 王建宇， 庄晓琼， WANG Yue-Ming， ZHU Qian， WANG Jian-Yu，
ZHUANG Xiao-Qiong
作者单位：王跃明,王建宇,WANG Yue-Ming,ZHU Qian,WANG Jian-Yu,ZHUANG Xiao-Qiong(中国科学院上海技术物理研究所,空间主动光电技术与系统实验室,上海200083)， 祝倩,庄晓琼(中国科学
院研究生院,北京,100049)
刊名：
红外与毫米波学报
英文刊名：JOURNAL OF INFRARED AND MILLIMETER WAVES
年，卷(期)：2011,30(3)
1.孙德勇;李云梅;王桥基于实测高光谱的太湖水体悬浮物浓度遥感估算研究[期刊论文]-红外与毫米波学报
2009(02)
2.沈渊婷;倪国强;徐大琦利用Hyperion短波红外高光谱数据勘探天然气的研究[期刊论文]-红外与毫米波学报2008(03)
3.谭克龙;周日平;万余庆地下煤层燃烧的高光谱及高分辨率遥感监测方法[期刊论文]-红外与毫米波学报
2007(05)
4.马艳华;敬忠良;王建宇基于视场分割方式的宽视场高光谱成像系统的辐射匹配技术[期刊论文]-红外与毫米波学报 2008(06)
5.Hugh H Kieffer;Thomas C Stone On-orbit radiometric calibration over time and between spacecraft using the Moon 2003
6.Livermore T R;Crisp D The NASA Orbiting Carbon Observatory Mission 2008
本文链接：/Periodical_hwyhmb201103021.aspx。