【摘要】：紅外探測器調(diào)制傳遞函數(shù)(Modulation Transfer Function,MTF)是連接器件制備與整機(jī)應(yīng)用的關(guān)鍵參數(shù)。其本質(zhì)是信號頻率分量經(jīng)過光電成像系統(tǒng)后在截止空間頻率范圍內(nèi)的衰減程度,能夠真實的反映出紅外探測器空間分辨率和成像質(zhì)量。MTF已經(jīng)逐漸成為衡量紅外探測器成像性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)。本文針對自制的HgCdTe紅外焦平面探測器MTF的測試要求,分別對面陣和線列器件的MTF測試方法以及影響器件MTF的結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了深入研究,搭建并實現(xiàn)了利用傾斜刀口法測試面陣/線列HgCdTe紅外焦平面探測器MTF的測試系統(tǒng),主要研究內(nèi)容如下所示:1.面陣HgCdTe紅外探測器成像條紋噪聲的去除。面陣器件因材料生長、器件制備工藝水平及讀出電路等原因,生成圖像存在條紋噪聲,其對面陣器件的盲元檢測精度和后續(xù)面陣MTF計算造成干擾。利用雙密度雙樹復(fù)數(shù)小波將黑體均勻輻射圖像由時域空間轉(zhuǎn)換到頻域空間,經(jīng)過小波分解后的高頻系數(shù)服從高斯分布從而對高頻小波系數(shù)進(jìn)行判別,將高頻小波系數(shù)按照條紋噪聲相關(guān)性賦予不同權(quán)值再分別進(jìn)行單支重構(gòu)去除條紋噪聲。實驗證明了該方法的有效性。2.面陣HgCdTe紅外探測器MTF計算。對去除了條紋噪聲干擾的黑體輻射圖像進(jìn)行盲元檢測,使用全局3σ準(zhǔn)則對面陣像元進(jìn)行盲元檢測。由于全局檢測方法存在較大誤差,對全局3σ準(zhǔn)則法進(jìn)行改進(jìn),利用帶有滑動窗口的局部3σ準(zhǔn)則進(jìn)行盲元檢測。實驗證明該方法檢測出的盲元精度比全局檢測法更為準(zhǔn)確。在刀口靶標(biāo)成像采集時由于電路系統(tǒng)的影響,輸出圖像存在隨機(jī)噪聲。傳統(tǒng)的中值濾波算法在去除隨機(jī)噪聲的同時會將刀口刃邊細(xì)節(jié)模糊,改為采用帶有自適應(yīng)的中值濾波法進(jìn)行去噪。其對每個像素是否為噪聲點進(jìn)行判斷,對是隨機(jī)噪聲的點進(jìn)行濾波而非噪聲點進(jìn)行保留。該方法能夠在去除噪聲的同時很好的保留刀口刃邊像的細(xì)節(jié)。最后利用Canny算子和Hough變換分別檢測出刀口刃邊位置和刃邊傾斜角度,再將刃邊進(jìn)行投影并計算出面陣器件的MTF值。3.線列HgCdTe紅外探測器MTF計算。使用傾斜刀口法測試線列紅外探測器MTF時,首先需要解決如何準(zhǔn)確使得刀口靶標(biāo)像的刃邊位置剛好橫跨過線列器件,從而輸出計算MTF所需的邊緣擴(kuò)散函數(shù)(Edge Spread Function,ESF)。將靶標(biāo)改造為‘K’字型,移動探測器并通過數(shù)據(jù)采集軟件觀察像元輸出值,當(dāng)線列像元輸出形狀為階躍狀時則刃邊像正好跨過整個線列像元。此時對線列器件的輸出值進(jìn)行采集得到ESF曲線,并用投影法計算MTF。但由于串音的存在不能將所有像元輸出作為有效計算像元,對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行有效輸出像元判斷后再計算線列MTF值。并將改進(jìn)傾斜刀口法與狹縫掃描法進(jìn)行對比。4.測試不同結(jié)構(gòu)探測器對MTF影響。串音是造成探測器MTF數(shù)值降低的主要因素之一。針對串音的抑制設(shè)計有金屬框結(jié)構(gòu)和離子注入框結(jié)構(gòu)的線列HgCdTe紅外探測器。兩種框結(jié)構(gòu)可以對橫向擴(kuò)散的載流子有效吸收以減小電學(xué)串音。利用改進(jìn)的傾斜刀口法分別對無框結(jié)構(gòu)、金屬框結(jié)構(gòu)、離子注入框結(jié)構(gòu)的線列探測器進(jìn)行了MTF測試,并對測試結(jié)果進(jìn)行分析對比。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN215
【圖文】：

以得到待測輻射的能量或功率大小。熱電堆通常為薄膜狀，其優(yōu)點為響應(yīng)率高、性能穩(wěn)定、均勻性高圍廣等，且工作條件不需要制冷，現(xiàn)已廣泛的應(yīng)用于熱成像技術(shù)領(lǐng)) 光電探測器某些材料在受到紅外輻射后，紅外輻射能量會被其中的電子直接動狀態(tài)改變，從而該材料的電學(xué)參量也發(fā)生改變，這種電學(xué)性質(zhì)的效應(yīng)。利用光電效應(yīng)制成的紅外探測器也稱為光電探測器[17-21]。該用內(nèi)部電子吸收紅外輻射改變狀態(tài)，具有反應(yīng)快、適用場合范圍廣分為以下兩種類型： 光電導(dǎo)探測器光電導(dǎo)型紅外探測器簡稱為光電導(dǎo)紅外探測器，當(dāng)半導(dǎo)體器件接時，會使內(nèi)部一些電子和空穴從原來不導(dǎo)電的束縛狀態(tài)轉(zhuǎn)變到能導(dǎo)，從而使半導(dǎo)體的電導(dǎo)率增加。這種現(xiàn)象稱之為光電導(dǎo)效應(yīng)。如圖

第 1 章 引言8~15μm 大氣窗口中探測器可工作在液氮溫度。光伏探測器型探測器是利用半導(dǎo)體的p-n結(jié)受到紅外輻射在其兩端產(chǎn)生電壓的光測紅外輻射的器件，也稱為光伏二極管。光伏探測器的特征是在 P 型N 型半導(dǎo)體的交界處形成一個 p-n 結(jié)。由于 n 區(qū)的電子和 p 區(qū)的空穴的動，在 p-n 結(jié)邊界附近形成一個空間電荷區(qū)�？臻g電荷區(qū)產(chǎn)生的內(nèi)建載流子繼續(xù)擴(kuò)散，稱為耗盡層。測器受到輻照后，入射光子在 p-n 結(jié)處或 p-n 結(jié)附近被吸收，產(chǎn)生的被結(jié)電場所分開。在結(jié)電場的作用下空穴向 p 側(cè)遷移，電子向 n 側(cè)遷移輸出開路的情況下，可形成正向的光電壓，這種現(xiàn)象稱為光生伏效應(yīng)應(yīng)制成的紅外探測器稱之為光伏探測器。

gCdTe 的外延材料技術(shù)、光伏列陣芯片及碲化鎘鈍化等技術(shù)展開研大的特征是其帶隙可以通過鎘的組份進(jìn)行調(diào)節(jié)，其探測范圍能夠很紅外波段。碲鎘汞已經(jīng)成為紅外成像的一個標(biāo)準(zhǔn)，在近幾十年得到。鎘汞(HgCdTe)是由正禁帶寬度的碲化鎘(CdTe)和負(fù)禁帶寬度的e）混合而成的二元化合物材料，這兩種材料都是閃鋅礦結(jié)構(gòu)，因為接近，能形成任意配比的連續(xù)固溶體，也就是 Hg1-xCdxTe。調(diào)節(jié)，可以實現(xiàn)碲鎘汞器件的不同波段長度對紅外波段的全覆蓋，同時高、探測響應(yīng)速度快、電子遷移率高、少子壽命長等特點。鎘汞探測器技術(shù)發(fā)展也經(jīng)歷了由最初的單元探測到現(xiàn)在的超大規(guī)。從上個世紀(jì)碲鎘汞材料被發(fā)現(xiàn)，各個國家都投入到了碲鎘汞紅外及應(yīng)用，尤其是在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用。其主要的發(fā)展歷程如下圖(1.4

【參考文獻(xiàn)】

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1 李進(jìn);邢飛;王

本文編號：2799276