【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應用的關鍵參數(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。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的結構等進行了深入研究,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)進行判別,將高頻小波系數(shù)按照條紋噪聲相關性賦予不同權值再分別進行單支重構去除條紋噪聲。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行盲元檢測,使用全局3σ準則對面陣像元進行盲元檢測。由于全局檢測方法存在較大誤差,對全局3σ準則法進行改進,利用帶有滑動窗口的局部3σ準則進行盲元檢測。實驗證明該方法檢測出的盲元精度比全局檢測法更為準確。在刀口靶標成像采集時由于電路系統(tǒng)的影響,輸出圖像存在隨機噪聲。傳統(tǒng)的中值濾波算法在去除隨機噪聲的同時會將刀口刃邊細節(jié)模糊,改為采用帶有自適應的中值濾波法進行去噪。其對每個像素是否為噪聲點進行判斷,對是隨機噪聲的點進行濾波而非噪聲點進行保留。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確使得刀口靶標像的刃邊位置剛好橫跨過線列器件,從而輸出計算MTF所需的邊緣擴散函數(shù)(Edge Spread Function,ESF)。將靶標改造為‘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)進行有效輸出像元判斷后再計算線列MTF值。并將改進傾斜刀口法與狹縫掃描法進行對比。4.測試不同結構探測器對MTF影響。串音是造成探測器MTF數(shù)值降低的主要因素之一。針對串音的抑制設計有金屬框結構和離子注入框結構的線列HgCdTe紅外探測器。兩種框結構可以對橫向擴散的載流子有效吸收以減小電學串音。利用改進的傾斜刀口法分別對無框結構、金屬框結構、離子注入框結構的線列探測器進行了MTF測試,并對測試結果進行分析對比。
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院上海技術物理研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：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)已廣泛的應用于熱成像技術領) 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，從而該材料的電學參量也發(fā)生改變，這種電學性質(zhì)的效應。利用光電效應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)，具有反應快、適用場合范圍廣分為以下兩種類型： 光電導探測器光電導型紅外探測器簡稱為光電導紅外探測器，當半導體器件接時，會使內(nèi)部一些電子和空穴從原來不導電的束縛狀態(tài)轉(zhuǎn)變到能導，從而使半導體的電導率增加。這種現(xiàn)象稱之為光電導效應。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體的p-n結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 型半導體的交界處形成一個 p-n 結。由于 n 區(qū)的電子和 p 區(qū)的空穴的動，在 p-n 結邊界附近形成一個空間電荷區(qū)。空間電荷區(qū)產(chǎn)生的內(nèi)建載流子繼續(xù)擴散，稱為耗盡層。測器受到輻照后，入射光子在 p-n 結處或 p-n 結附近被吸收，產(chǎn)生的被結電場所分開。在結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)象稱為光生伏效應應制成的紅外探測器稱之為光伏探測器。

gCdTe 的外延材料技術、光伏列陣芯片及碲化鎘鈍化等技術展開研大的特征是其帶隙可以通過鎘的組份進行調(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準，在近幾十年得到。鎘汞(HgCdTe)是由正禁帶寬度的碲化鎘(CdTe)和負禁帶寬度的e）混合而成的二元化合物材料，這兩種材料都是閃鋅礦結構，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、探測響應速度快、電子遷移率高、少子壽命長等特點。鎘汞探測器技術發(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用，尤其是在軍事領域的應用。其主要的發(fā)展歷程如下圖(1.4

【參考文獻】

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1 李進;邢飛;王

本文編號：2799276