留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

低温背景应用长波红外焦平面探测器性能参数的计算

毛京湘 郭建华 李立华 孔令磊 王正凯

毛京湘, 郭建华, 李立华, 孔令磊, 王正凯. 低温背景应用长波红外焦平面探测器性能参数的计算[J]. 红外技术, 2023, 45(5): 553-559.
引用本文: 毛京湘, 郭建华, 李立华, 孔令磊, 王正凯. 低温背景应用长波红外焦平面探测器性能参数的计算[J]. 红外技术, 2023, 45(5): 553-559.
MAO Jingxiang, GUO Jianhua, LI Lihua, KONG Linglei, WANG Zhengkai. Calculation of Parameters for Long Wave Infrared FPA Detectors Applied in Low-temperature Background[J]. Infrared Technology , 2023, 45(5): 553-559.
Citation: MAO Jingxiang, GUO Jianhua, LI Lihua, KONG Linglei, WANG Zhengkai. Calculation of Parameters for Long Wave Infrared FPA Detectors Applied in Low-temperature Background[J]. Infrared Technology , 2023, 45(5): 553-559.

低温背景应用长波红外焦平面探测器性能参数的计算

详细信息
    作者简介:

    毛京湘(1968-),女,汉,正高级工程师,主要从事红外焦平面探测器性能参数的测试评价技术研究。E-mail:maojingxiang@hotmail.com

  • 中图分类号: TN215

Calculation of Parameters for Long Wave Infrared FPA Detectors Applied in Low-temperature Background

  • 摘要: 对于在低温背景条件下应用的红外焦平面探测器,在其设计阶段首先需要确认的是探测器在低温背景下的主要性能参数是否满足应用需求。通过单元探测器的基本理论公式,从性能测试的角度,推导出了焦平面探测器主要性能指标的理论计算公式,包括峰值响应率、噪声、峰值探测率、动态范围等。提出了红外焦平面探测器主要性能参数计算的设计流程,并通过实例对长波红外焦平面探测器在低温背景下的性能参数进行了计算、设计及验证,实测结果与理论计算符合较好。表明了理论公式及设计流程具有较好的实用性,可为红外焦平面探测器的应用设计提供参考。
  • 图  1  探测器主要参数计算的设计流程

    Figure  1.  Design flow for calculating main parameters of the detector

    图  2  焦平面探测器低温背景性能参数测试系统

    Figure  2.  Paramters test system in low temperature background for FPA detectors

    表  1  长波红外探测器低温背景下主要性能参数计算结果

    Table  1.   Calculation results of main parameters of long wave infrared FPA detector in low temperature background

    Capacitance/pF Dark
    current/nA
    Half well integration time/ms Response signal/V Background noise of T0 /mV Dark current noise /mV Total noise/mV Peak responsivity/(V·W-1) Peak detectivity/
    (cmHz1/2/W)
    Dynamic range/dB
    1.0 0.5 0.57 0.919 0.441 0.213 0.538 2.73E+09 4.53E+11 74.9
    1.5 0.5 0.85 0.919 0.360 0.174 0.458 2.74E+09 4.34E+11 76.3
    2.0 0.5 1.13 0.919 0.312 0.151 0.412 2.74E+09 4.18E+11 77.2
    2.5 0.5 1.42 0.919 0.279 0.135 0.382 2.74E+09 4.03E+11 77.9
    3.0 0.5 1.70 0.919 0.255 0.123 0.361 2.74E+09 3.90E+11 78.4
    3.5 0.5 1.98 0.919 0.236 0.114 0.344 2.74E+09 3.78E+11 78.8
    4.0 0.5 2.27 0.919 0.221 0.106 0.332 2.74E+09 3.67E+11 79.1
    1.0 2 0.36 0.587 0.353 0.340 0.539 1.75E+09 3.62E+11 74.9
    1.5 2 0.54 0.587 0.288 0.278 0.458 1.75E+09 3.47E+11 76.3
    2.0 2 0.72 0.587 0.249 0.241 0.412 1.75E+09 3.34E+11 77.2
    2.5 2 0.90 0.587 0.223 0.215 0.382 1.75E+09 3.22E+11 77.9
    3.0 2 1.09 0.587 0.203 0.196 0.361 1.75E+09 3.12E+11 78.4
    3.5 2 1.27 0.587 0.188 0.182 0.344 1.75E+09 3.02E+11 78.8
    4.0 2 1.45 0.587 0.176 0.170 0.332 1.75E+09 2.94E+11 79.1
    下载: 导出CSV

    表  2  典型长波红外探测器主要性能参数测试结果

    Table  2.   Main test results of typical long wave infrared FPA detector

    Blackbody temperature/K Half well
    integration time/ms
    Peak responsivity/(V·W-1) Peak detectivity/(cmHz1/2/W) Dynamic range/dB
    200-215 1.5 2.30E+09 3.21E+11 78.2
    293-308 0.17 2.73E+08 1.24E+11 79.0
    下载: 导出CSV
  • [1] 丁瑞军, 梁平治, 唐红兰, 等. 红外焦平面阵列参数测试方法GB/T 17444-2013[S]. 北京: 中国标准出版社, 2014.

    DING Ruijun, LIANG Pingzhi, TANG Honglan, et al. Measuring methods for parameters of infrared focal plane arrays GB/T 17444-2013[S]. Beijing: China Standard Press, 2014.
    [2] Campos T. Test Bench for Infrared Detectors[C]//Proc. of SPIE, 2005, 5640: 183-192.
    [3] 王群, 朱牡丹, 赵亮. 红外探测器参数测试研究[J]. 红外技术, 2006, 28(10): 599-601. doi:  10.3969/j.issn.1001-8891.2006.10.010

    WANG Qun, ZHU Mudan, ZHAO Liang. Parameter test of infrared detectors[J]. Infrared Technology, 2006, 28(10): 599-601. doi:  10.3969/j.issn.1001-8891.2006.10.010
    [4] 白丕绩, 姚立斌. 第三代红外焦平面探测器读出电路[J]. 红外技术, 2015, 37(2): 89-96. doi:  10.11846/j.issn.1001_8891.201502001

    BAI Piji, YAO Libin. Read out integrated circuit for third-generation infrared focal plane detector[J]. Infrared Technology, 2015, 37(2): 89-96. doi:  10.11846/j.issn.1001_8891.201502001
    [5] 翟永成, 丁瑞军. 320×256大电荷容量的长波红外读出电路结构设计[J]. 红外与激光工程, 2016, 45(9): 0904003-1-6. doi:  10.3788/IRLA201645.0904003

    ZHAI Yongcheng, DING Ruijun. 320×256 LW IRFPA ROIC with large charge capacity[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(9): 0904003-1-6. doi:  10.3788/IRLA201645.0904003
    [6] 景松, 杨波, 黄张成, 等. 超高增益低噪声红外焦平面读出电路研究[J]. 红外技术, 2019, 41(12): 1117-1123. http://hwjs.nvir.cn/article/id/hwjs201912005

    JING Song, YANG Bo, HUANG Zhangcheng, et al. Study on high-gain and low noise infrared focal plane readout circuit[J]. Infrared Technology, 2019, 41(12): 1117-1123. http://hwjs.nvir.cn/article/id/hwjs201912005
    [7] Bertrand Terrier, Anne Delannoy, Philippe Chorier. LWIR and VLWIR detectors development at SOFRADIR[C]// Proc. of SPIE, 2010, 7826: 78261J-1-12.
    [8] Willardson R K, Albert C Beer. Semiconductors and Semimetals, V18 Mercury Cadmium Telluride[M]. New York: ACADEMIC PRESS, A Subsidiary of Harcourt Brace Jovanovich, Publishers, 1981.
    [9] Vincent J D. Fundamentals of Infrared Detector Operation and Testing[M]. New York: A Wiley-Interscience Publication, John Wiley & Sons, 1990.
    [10] 吴宗凡, 柳美琳, 张绍举, 等. 红外与微光技术[M]. 北京: 国防工业出版社, 1998.

    WU Zongfan, LIU Meilin, ZHAO Shaoju, et al. Infrared and Night Vision Technology[M]. Beijing: National Defence of Industry Press, 1998.
    [11] 褚君浩. 窄禁带半导体物理学[M]. 北京: 科学出版社, 2005.

    CHU Junhao. Physics of Narrow Bandgap Semiconductor[M]. Beijing: Science Press, 2005.
    [12] 吴东生. 光子探测器的光子噪声[J]. 长春光学精密机械学院学报, 1983(3): 42-46. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CGJM198303005.htm

    WU Dongshen. Photon noise of photon detector[J]. Journal of Changchun Institute of Optics and Precision Mechanics, 1983(3): 42-46. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CGJM198303005.htm
    [13] 徐丽娜, 董杰, 戴立群, 等. 红外探测器探测率的研究与分析[J]. 激光与红外, 2018, 48(4): 497-502. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JGHW201804016.htm

    XU Lina, DONG Jie, DAI Liqun, et al. Study and analysis of the detectivity of infrared detector[J]. Laser & Infrared, 2018, 48(4): 497-502. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JGHW201804016.htm
    [14] Antoni Rogalski. Infrared Detectors[M]. Second Edition, Boca Raton: CRC Press, 2011.
    [15] Shkedy L, Armon E, Avnon E, et al. Hot MWIR detector with 5 μm pitch[C]//Proc. of SPIE, 2021, 11741: 117410W1-11.
    [16] 毛京湘, 庄继胜, 陈国华. 红外焦平面探测器性能测量中g因子的计算[J]. 红外, 2008, 29(4): 9-11. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HWAI200804004.htm

    MAO Jingxiang, ZHUANG Jisheng, CHENG Guohua. Calculation of factor g in measurement of parameters of IRFPA detectors[J]. Infrared, 2008, 29(4): 9-11. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HWAI200804004.htm
  • 加载中
图(2) / 表(2)
计量
  • 文章访问数:  231
  • HTML全文浏览量:  38
  • PDF下载量:  115
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2022-03-01
  • 修回日期:  2022-05-11
  • 刊出日期:  2023-05-20

目录

    /

    返回文章
    返回