InGaAs短波红外探测器应用
InGaAs(P)InP近红外单光子探测器暗计数特性研究.doc
InGaAs(P)/InP近红外单光子探测器暗计数特性研究基于InGaAs(P)/InP 雪崩光电二极管(Single Photon Avalanche Diodes,SPADs)的近红外单光子探测器具有功耗低、不需超低温制冷、可靠性高、使用简单、易集成、近红外探测效率高等优点,在光通讯波段(1310 nm、1550 nm)量子密钥分发(QKD)、激光测距(1064nm、1550nm)等前沿领域有着迫切的应用需求,但其暗计数特性对应用有诸多限制。
InGaAs(P)/InPSPAD基近红外单光子探测器主要包括InGaAs(P)/InP SPAD及其驱动电路,二者的性能均可影响探测器性能。
本论文主要针对InGaAs(P)/InP SPAD基近红外单光子探测器的暗计数特性及其影响因素、InGaAs(P)/InPSPAD暗电流特性及其影响因素进行深入研究,探索二者关联特性,为SPAD器件及单光子探测器的性能优化提供指导。
搭建SPAD 器件变温测试平台对SPAD暗电流特性进行了研究;搭建激光束诱导电流(LBIC)测试系统对SPAD器件的响应均匀性及其边缘击穿特性进行了研究;研制SPAD器件单光子探测性能测试装置对不同SPAD器件对应单光子探测器的暗计数特性进行了研究。
对SPAD器件暗电流特性及其对应单光子探测器的暗计数关联性进行探索,研究发现SPAD雪崩击穿偏压处的暗电流斜率与相应单光子探测器的暗计数相关,斜率较小时相应的暗计数较小;暗电流与暗计数存在抖动情况,此抖动均与温度呈负相关,与过偏压无关。
目前对暗计数特性的研究主要集中于影响机制,并未发现对上述结果的报导。
ingaas吸收光谱 -回复
ingaas吸收光谱-回复什么是InGaAs吸收光谱？InGaAs即为Indium Gallium Arsenide的简称，是一种宽带隙半导体材料，在红外光谱范围内具有较高的吸收系数和灵敏度。
由于其独特的电子结构和光学性质，InGaAs已被广泛应用于红外探测器、光电二极管、激光二极管等光学器件中，因此了解InGaAs的吸收光谱对于研究和应用该材料至关重要。
InGaAs的吸收光谱主要由其能带结构决定。
InGaAs是一种能带隙为0.74~1.35 eV的直接带隙半导体，其能带结构决定了在不同波长光照射下的吸收特性。
在研究InGaAs的吸收光谱之前，我们首先需要了解吸收度和吸收系数两个概念。
吸收度表示材料吸收光线的能力，是一个无量纲量；而吸收系数则是表示单位长度内材料吸收光线的能力，其单位为1/米。
对于InGaAs而言，其吸收光谱通常在800 nm到2600 nm（或更长）的波长范围内进行研究。
在这个范围内，InGaAs的吸收系数随着波长的增加而增加。
在800 nm到1100 nm范围内，InGaAs的吸收系数通常较小，且随着波长的增加而缓慢增加。
在1100 nm到1700 nm的范围内，InGaAs的吸收系数开始快速增加，这个范围也是其应用较广泛的波长范围。
在1700 nm到2600 nm的波长范围内，InGaAs的吸收系数则开始趋于稳定，但仍然相对较高。
此外，InGaAs的吸收光谱还受到多种因素的影响，如结构缺陷、杂质、表面态和温度等。
这些因素的存在会导致吸收谱的变化，影响材料的光吸收性能。
总的来说，InGaAs的吸收光谱表现出在可见光范围内较小的吸收系数，而在红外光谱范围内表现出较高的吸收系数。
这使得InGaAs在红外光学器件和探测器中具有广泛应用的潜力。
在利用InGaAs进行光学器件设计和优化时，研究其吸收光谱是十分重要的。
了解材料在不同波长光照射下的吸收特性，可以为器件的光学性能优化提供指导，并有助于最大限度地利用这种材料的特性。
铟镓砷相机的原理
铟镓砷（InGaAs）相机是一种红外相机，适用于探测和拍摄近红外和短波红外光谱范围内的图像。
它的工作原理基于铟镓砷半导体的特性以及红外辐射的探测和转换。
铟镓砷半导体具有较高的红外灵敏度，其能带结构使其在近红外和短波红外波段（0.9微米至1.7微米）具有较高的响应度。
在铟镓砷相机中，通常使用PN结或PN垒结来实现红外光的探测。
工作时，铟镓砷相机通过透镜将红外辐射聚焦在铟镓砷探测器上。
当红外光照射到探测器的PN结或PN垒结处时，光子的能量会激发电子从价带跃迁到导带，产生电荷载流子。
这些电荷载流子被探测器中的电场分离，形成由电压或电流表示的信号。
接下来，铟镓砷相机通常使用信号放大器和模数转换器（ADC）来处理和转换来自探测器的电信号。
这样，红外图像的亮度和对比度等信息就能以数字形式输出，并可通过显示器或其他设备进行显示和分析。
铟镓砷相机由于其在近红外和短波红外波段的敏感性，常被用于军事、安防、医疗和科学研究等领域，例如红外光谱分析、红外成像和热成像等应用。
InGaAs短波红外探测器应用
2、基于可见光的景物短波红外仿真研究
Evr vr (v) E0vr
Enir nir (v) E0nir
DN 'vr k Evr vr (v) Eovr DN 'nir k Enir nir (v) E0 nir
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(c)实拍近红外图像
(a)可见光图像
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短波红外 假草灰度: 32 真草灰度: 69 对 比 度: 0.53623
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1、基于短波红外光谱的隐身特性研究
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金属在短波红外下的图像
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水在短波红外下的图像
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1、基于短波红外光谱的隐身特性研究
0.9-1.7 1-2.5 m
1、基于短波红外光谱的隐身特性研究
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一组植物与伪装的光谱曲线 6
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1、基于短波红外光谱的隐身特性研究
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可见光
假草灰度: 107 真草灰度: 112 对 比 度: 0.04464
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两种典型的可见光伪装
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用于建筑的伪装网
InGaAs短波红外探测器的光电机理
InGaAs短波红外探测器的光电机理邵海洋;邢怀中【摘要】利用ISE TCAD仿真软件,建立了铟镓砷(InGaAs)短波红外探测器表面漏电的二维模型.在背面照射方式下,模拟研究了InGaAs短波红外探测器的表面漏电对器件暗电流、总电流、量子效率和响应率的影响.研究结果表明,表面漏电会导致器件的暗电流和总电流增大,但响应率和量子效率会降低.由此可知,表面漏电是制约InGaAs短波红外探测器性能的重要影响因素,该研究结果为器件的设计与优化提供了理论依据.【期刊名称】《东华大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(045)001【总页数】5页(P158-162)【关键词】表面漏电;InGaAs短波红外探测器;暗电流;响应率;量子效率【作者】邵海洋;邢怀中【作者单位】东华大学理学院,上海201620;东华大学理学院,上海201620【正文语种】中文【中图分类】O4741～3 μm短波红外波段的探测器在空间遥感、夜视、温度测量等领域具有重要的应用价值和前景[1]。
目前，该波段范围的探测器除了使用传统的碲镉汞和锑化物红外材料以外，铟镓砷(InGaAs)材料由于具有高吸收系数、高迁移率和高探测率，被认为是制作短波红外探测器的优良材料[2]。
InGaAs是由III-V族的材料磷化铟(InP)和砷化镓(GaAs)以任意配比形成的三元化合物，由于In0.53 Ga0.47As材料的禁带宽度(Eg)为0.75 eV，采用它制作的短波红外探测器截止波长约为1.7 μm，可以完全覆盖光纤通信常用的1.30和1.55 μm波长。
此外，InGaAs和InP可以做到完全晶格匹配，可以在InP的衬底上生长出质量很高的外延层，研制出高性能的器件。
国内外针对InGaAs短波红外探测器性能的研究已有不少报道。
国内研究主要分析了不同掺杂浓度[3]、不同吸收层厚度[4]以及缓冲层的改变[5]对InGaAs短波红外探测器的影响。
国外的研究报道中，文献[6]研究了不同入射方向的InGaAs短波红外探测器的电学特性，文献[7]研究了场效应对InGaAs基太赫兹辐射探测器的影响,文献[8]研究了不同的表面处理与钝化对InGaAs/InP异质结晶体管稳定性的影响。
InGaAs探测器热电制冷方法研究
InGaAs探测器热电制冷方法研究InGaAs探测器热电制冷方法研究摘要：本文通过对InGaAs探测器热电制冷方法的研究分析，对其工作原理、关键技术和发展趋势进行了分析，并举例论述了应用场景和效果。
结果表明，InGaAs探测器热电制冷技术可以显著提高探测器的性能和精度，具有广泛应用前景。
关键词：InGaAs探测器、热电制冷、性能、精度、应用1.引言InGaAs探测器作为一种具有广泛应用前景的光电器件，被广泛应用于红外检测、通信、太赫兹光学等领域。
然而，由于环境温度和其它因素的影响，InGaAs探测器的性能和精度存在较大的波动和偏差。
热电制冷技术可以通过降低探测器温度，提高器件的性能和精度，进而提高其应用价值。
因此，研究InGaAs探测器热电制冷方法具有重要的理论和应用价值。
2. InGaAs探测器热电制冷技术的工作原理和关键技术热电制冷技术主要通过特殊的材料电性热效应，将能量从低温区域转移到高温区域，实现探测器温度降低。
通常情况下，热电制冷部件由热电材料、电极和冷却板组成，其中热电材料是实现热电效应的核心组件。
在热电材料中，自由电子随着热量的传递而发生热电效应，产生热电势，从而产生了冷却效应。
而冷却板则将探测器本身产生的热量均匀地散布到周围环境中，以保持温度在一定范围内。
因此，热电制冷技术可以通过控制热电材料的特性和调节制冷板的表面积和厚度等关键参数，实现探测器的快速降温和精确稳定温度控制，提高了其性能和精度。
3. InGaAs探测器热电制冷技术应用举例（1）红外成像在红外成像系统中，InGaAs探测器可以通过探测不同波段的红外辐射，实现对目标物体的高精度成像。
然而，在工作温度过高的情况下，探测器的性能和分辨率明显下降，无法满足高精度需求。
而采用热电制冷技术，可以将探测器的温度控制在较低的温度范围内，从而显著提高探测器的性能和分辨率，满足高精度红外成像需求。
（2）太赫兹成像太赫兹波段的光学成像在医学、生物、安全检查等领域应用广泛。
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。
铟镓砷光电管
铟镓砷光电管
铟镓砷（InGaAs）光电管是一种特殊类型的光电探测器，广泛应用于光电子学领域。
InGaAs光电管通常用于探测红外光谱范围的光，其波长范围一般在800nm至1700nm之间，但也有一些特殊设计的产品可以覆盖更宽或更窄的光谱范围。
InGaAs光电管的工作原理基于光电效应，即当光照射在半导体材料上时，能够激发出电子-空穴对，从而产生光电流。
这种光电效应使得InGaAs光电管能够将光信号转换为电信号，从而实现对光的探测和测量。
InGaAs光电管具有许多优点，如高灵敏度、快速响应、低暗电流和低噪声等。
这使得它在许多领域都有广泛的应用，如光通信、光谱分析、红外成像和光探测等。
请注意，虽然InGaAs光电管在许多应用中表现出色，但它也有一些限制和缺点。
例如，它对某些特定波长的光可能不够敏感，或者在高温环境下性能可能会下降。
因此，在选择和使用InGaAs光电管时，需要根据具体的应用需求和条件进行综合考虑。
此外，InGaAs光电管还可以分为不同类型，如PIN光电二极管、
雪崩光电二极管（APD）等。
每种类型的光电管都有其独特的特点和适用场景，因此在选择时需要根据具体需求进行选择。
总的来说，铟镓砷光电管是一种重要的光电探测器件，具有广泛的应用前景和市场需求。
随着光电子学技术的不断发展，InGaAs光电管的性能和应用范围也将不断得到提升和拓展。
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外波段，在目标探测时利用短红外波段可实现全天候的探测。
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2、基于可见光的景物短波红外仿真研究
反演反射率 反演模型建立 校正后的 可见光图像 可见光图像 灰度校正
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姬亚玲
短波红外国内外应用情况及趋势
凌云光技术集团科学图像业务部副总监
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InGaAs短波红外探测器的应用
白廷柱
tzhbai@
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引言：短波红外的光学性质与特点
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可见光
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(a)可见光图像
Evr vr (v) E0vr
Enir nir (v) E0nir
DN 'vr k Evr vr (v) Eovr DN 'nir k Enir nir (v) E0 nir
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(c)实拍近红外图像
(a)可见光图像
(b)仿真近红外图像
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USB2.0
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电源 致冷方式 采集接口 工作温度
12V-5A 非制冷
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重量 像素 帧速(fps) 外形尺寸
225g 320×256 60 50×50×50 m m3
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数据格式
14 bit
-40-70℃
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T 2898m K
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夜视短波红外图像
复 现 可 见 光 图 像 细 节
夜视可见光图像
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1、基于短波红外光谱的隐身特性研究
Xenics公司的XS-FPA-1.7-320
传感器 工作波段 相机接口 InGaAs 0.9-1.7μm
仿真需求
目前实验室内的微光、中长波红外仿真研究已经开展了很多的研 究，形成了多种仿真设备和场景生成仿真软件，相关的工作在短波红 外波段则很少。随着短波红外探测器的发展及相关应用，针对短波红 外的研究将会越来越多，有关短波红外场景的实验室仿真需求已经开 始提出。
这种研究可以填补可见光和中长波红外探测的光谱空缺，实现在
(b)仿真近红外图像
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2、基于可见光的景物短波红外仿真研究
(a)地砖
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(b)杨树
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(c)草地
(d)背景墙
(a)复杂场景仿真结果
(b)拍摄近红外图像
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短波红外探测器应用前景分析
1、短波红外成像光谱技术应用； 2、资源遥感、环保、农作物生长情况监测； 2、与短波红外激光匹配的短波红外成像制导； 3、人体血液的非接触测试分析。
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绿色草木
透 80 射 60 比 (%) 40
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02 H20
C02 H20 C02 03
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混凝土
波长(μm)
暗绿色漆
C02
H20
吸收分子
C02 03
H20 C02
短红外波段最主要的辐射吸收来自于大气中的H2O，主要吸收带位于： 0.94μm、1.1μm、1.38μm和1.87μm。因此，可见光波段0.685μm~0.705μm、 0.73μm~0.755μm，短红外波段0.83μm~0.89μm、0.99μm~1.05μm 是比较理想 的大气窗口。此外，夜天光中含有较多的短波红外成分。 2
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短波红外 假草灰度: 32 真草灰度: 69 对 比 度: 0.53623
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1.06382
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伪装的可见光图像 可见光图像中伪装 目标的平均灰度
基于短波红外的伪装识别研究系统
伪装的短波红外图像 短波红外图像中伪 装目标的平均灰度
可见光图像中背 景的平均灰度
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短波红外图像中 背景的平均灰度
可见光图像伪装目标 与背景的对比度
可见光伪装基于短 波红外的识别度
C 2 C1 100% C1
短波红外图像 中伪装目标与 背景的对比度
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草丛中的可见光迷彩服识别：
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绿色植被中的绿色伪装网识别： M=282%
0.44186
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引言：短波红外的光学性质与特点
短波红外波段介于红外与可见光波段之间，具有穿透性好、对温度 不敏感等优点，能够较好的适应各种恶劣的天气条件的影响，广泛应用 于科学研究及军事领域伪装与反伪装侦察等技术研究中。 在短波红外波段，自然景物与人工物的光谱反射特性有相当大的差 异，因此利用短波红外光谱和图像，可为伪装与反伪装侦察技术研究提 供可靠的数据和手段。 短波红外图像在一定程度上可以弥补可见光和长波红外波段无法获 取的信息，对实现全波段无缝隙探测，获取目标全部信息有重要的价值。 目前，许多军用照射、探测设备多采用短波红外激光设备，而短波 红外的反射特性同可见光类似，因此，可通过短波红外波段的成像设备 实现相关激光的探测。 此外，夜天光中包含较多的短波红外成分，且其又存在较多的大气 窗口，故1~3m有望成为新的夜视成像波段。
测量图像 采集试验
地物反射率数据
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不同材质分类 可见光与近红外 光谱转换模型 理想情况下 近红仿真图像 近红外场景图像