Научный архив: статьи

При измерении фотоприемных устройств (ФПУ) на практике используется не сама относительная спектральная характеристика (ОСХ), а параметры, которые получаются при ее обработке: коэффициент использования излучения источника приемным устройством, граничные длины волн по уровню сигнала 0,1 (или 0,5) и длина волны, соответствующая максимуму спектральной чувствительности. При этом вопрос ошибки измерения этих параметров в литературе слабо освещен, а за ошибку измерения принималась точность измерения ОСХ. Целью данной работы являлось определение точности измерения основных параметров ОСХ, используемых на практике, путем моделирования процесса измерения ОСХ и ее последующей обработки. Особое внимание было уделено коэффициенту использования, который применяется в расчетах основных фотоэлектрических параметров ФП и ФПУ (вольтовая чувствительность, удельная обнаружительная способность, пороговый поток). В результате проведенных исследований был сделан вывод о том, что ошибка определения коэффициента использования при согласовании диапазонов спектральной чувствительности источника излучения и приемного устройства и ОСШ не менее 100 составляет не более 10 %. Ошибка измерения граничных длин волн составляет примерно 2 %. Ошибка определения длины волны соответствующей максимуму чувствительности составляет 3 % при явно выраженном максимуме и при невыраженном – 30 %.

Фотоприемные устройства (ФПУ) второго поколения – это твердотельные многоэлементные фотоприемные устройства с большой интегральной схемой считывания (БИС считывания) с топологией в виде линеек (в том числе «многоцветных» и/или с режимом ВЗН) или одноцветных матриц – находят все большее применение в оптико-электронных приборах. Однако вопросы измерения ФПУ второго поколения в литературе освещены сравнительно мало. Данная статья является обзорной и одержит данные о применяемых методиках измерения фотонных ФПУ второго поколения УФ- и ИК-диапазонов спектра, изготовленных на основе специализированных полупроводниковых материалов. В статье рассмотрены вопросы измерения относительной спектральной характеристики чувствительности, размера фоточувствительной площадки, вольтовой чувствительности, удельной обнаружительной способности и эквивалентной шуму разности температур (ЭШРТ). Все приведенные методики измерения используются при измерениях ФПУ второго поколения на ведущих предприятиях в России и мире.

Исследованы параметры многорядных фотоприемных устройств (ФПУ) на основе гетероэпитаксиальных структур HgCdTe различного формата 288×4; 480×6; 576×4; 576×6 и др. с шагом от 28 до 14 мкм. Благодаря выбору N+/P-/р-архитектуры, ФПУ функционируют при повышенных температурах в режиме временной задержки и накопления, с реализацией аналогового режима ВЗН и замещением дефектных элементов непосредственно в БИС считывания. ФПУ обладают возможностью формирования изображения высокой четкости формата 768×576 пикселей при кадровой частоте 50 Гц в режиме реального времени. Для многорядных ФПУ получены высокие фотоэлектрические параметры: обнаружительная способность в максимуме спектральной чувствительности D*  5×1012 см Вт-1 Гц1/2 при температурах Т ~170-200 К, количество годных каналов не менее 99,0 %.

Рассмотрены основные методы измерения распределения энергии в пятне рассеяния для объективов среднего и дальнего ИК-диапазонов. Предложена структурная схема установки на основе матричного фотоприемного устройства для измерения пятен рассеяния ИКобъективов. В соответствии с результатами математического моделирования работы установки даны рекомендации по выбору параметров её основных узлов. Показано, что для восстановления исходного пятна рассеяния с высокой точностью необходимо использовать 14-битный АЦП или методы расширения динамического диапазона оптоэлектронного тракта. При этом оптимальным алгоритмом восстановления сигнала является кубическая интерполяция. Проведено исследование влияния относительного размера тест-объекта на точность восстановления исходного пятна рассеяния. Рекомендуемое соотношение диаметров тест-объекта и пятна рассеяния исследуемого объектива 1:6. Проведено исследование влияния увеличения проекционной системы на точность измерения пятна рассения ИКобъектива, даны рекомендации по выбору увеличений проекционных систем. Предложены оптические схемы проекционных объективов для контроля качества ИК оптических трактов в диапазонах 3,5…5 мкм и 8…12 мкм. Представлены результаты экспериментов, подтверждающих теоретические расчеты в части определения зависимости полной энергии пятна рассеяния от глубины оцифровки сигнала.

Рассмотрены основные фундаментальные и нефундаментальные механизмы ограничения температурного разрешения тепловизионных систем (ТПС) на основе фотоприемных устройств (ФПУ) из CdHgTe (в русскоязычном варианте – КРТ). Проведены расчеты температурного разрешения ТПС при диффузионном ограничении параметров ФПУ из КРТ. Показано, что для структуры КРТ P+/n-типа проводимости при температуре Т = 77 К значение эквивалентной шуму разности температур (ЭШРТ) составляет ~ 18 мК, в то время как для вакансионно-легированного материала N+/р-типа оно составляет ~ 30 мК. Проанализированы способы увеличения температурного разрешения в ТПС на основе ФПУ из КРТ.

Данная статья посвящена проблемам измерения энергетической характеристики чувствительности фотоприемных устройств в широком диапазоне входных воздействий (оптических потоков). В статье приведены методики измерения энергетической характеристики фотоприемных устройств ультрафиолетового и инфракрасных диапазонов спектра. Проведен сравнительный анализ методик по точности измерения и динамическому диапазону при текущем уровне развития средств измерения. Результаты анализа показали, что не существует единой методики, обладающей наибольшей функциональностью во всех спектральных диапазонах.

24–26 мая 2018 года состоялась Юбилейная XXV Международная научно-техническая конференция по фотоэлектронике и приборам ночного видения. Приведен краткий обзор представленных докладов.

Данная статья является обзорной и содержит данные о методиках измерения фотоэлектрических характеристик ФПУ первого и второго поколений, таких как размер фоточувствительной площадки, неравномерность чувствительности и коэффициент фотоэлектрической связи. Все приведенные методики измерения используются при измерениях ФПУ первого и второго поколения на ведущих предприятиях в России и мире. Одновременно в статье рассмотрены зарубежные установки для проведения измерений фотоэлектрических характеристик ФПУ второго поколения и принципы их работы.

Приведены результаты разработки установки, предназначенной для межоперационного контроля фотоприемников и фотоприемных устройств на основе Si, Ge, InGaAs I-го поколения, предназначенных для приема лазерного излучения, на стадиях производства до резки пластины на отдельные фоточувствительные элементы. Установка позволяет проводить измерения темнового тока, токовой чувствительности, разброса чувствительности, коэффициента фотоэлектрической связи в нормальных климатических условиях.

Разработана микрокриогенная система (МКС) Стирлинга для криостатирования матричного фотоприёмного устройства (МФПУ) с классическим термодинамическим регенеративным циклом Стирлинга в первой ступени и дополнительным магнитокалорическим охлаждением во второй ступени. Микрокриогенная система предназначена для охлаждения «высокотемпературных» фотодетекторов на основе теллуридов кадмия-ртути, сверхрешёток 2-го типа, XBn-структур, работающих в температурном диапазоне 110–150 К. Микрокриогенная система разработана для повышения эффективности процесса охлаждения при пониженных массе и габаритах.

В статье рассматривается влияние конструктивных элементов оправ ИК объектива, предназначенного для работы в диапазоне 8,5–12 мкм, на величину дополнительной (паразитной) облученности фоточувствительных элементов. Дополнительная облученность матричного фотоприёмного устройства (МФПУ) складывается из изучения от внешних источников, рассеянных на элементах объектива и собственного излучения оптической системы. Вклад каждой из составляющих зависит от внешних условий и характеристик оптической системы. Оптимизация оптических характеристик и формы оправ позволяет влиять на обе величины, что ведёт к возможности создания системы, обладающей минимальным паразитным потоком в требуемых условиях эксплуатации. Рассмотрена минимизация дополнительной (паразитной) облученности на примере систем двух типов: предназначенных для наблюдения удалённых объектов на фоне неба и на поверхности Земли.

Статья является развитием градиентного подхода с нейронной схемой в качестве формирователя изображения для ФПУ с микросканированием. В рассматриваемой модели широко используется метод наименьших квадратов (МНК). Данная МНК-модель обеспечивает оценку вариантов обработки на основе сопоставления градиентов сигналов и матриц неизвестных, соответствующих формируемым изображениям. Модель включает сопоставление градиентов сигналов и неизвестных, систему линейных уравнений относительно неизвестных, соответствующую системе нейронную схему; традиционное решение системы используется для формирования критерия остановки нейронной схемы.