Infrared

Based on the demand of working environments below liquid nitrogen temperature for very long wave infrared detectors,a kind of packaging technology for very long wave infrared detectors working at deep low temperature is proposed.Through innovative optimization design of the heat leakage and the chip electrical lead structure of the dewar,the static thermal load of the entire dewar can be controlled to be 0.65 W when the chip operates at a low temperature of 30 K,and the static thermal load at the coldest end position is 0.3 W.The cooling capacity of the two-stage pulse tube refrigerator that is compatible with the dewar can meet the a-bove thermal load requirements.The packaging test of the detector component is completed.The results show that under the air cooling test condition of the refrigerator expanders hot end,the detector chip can reach the temperature of 35 K,and the outer contour of the dewar is smaller than Φ130 mm× 180 mm.This technologi-cal achievement has promoted the progress of packaging technology for very long wave array infrared detectors operating at deep low temperature.

10 月 22 日,在安徽合肥召开的第二十五届中国科协年会主论坛上,中国科协发布了 2023 重大科学问题、工程技术难题和产业技术问题.人工智能、新能源、高性能材料、生命科学等领域的重大问题受到关注.

金丝楔形键合是一种通过超声振动和键合力协同作用来实现芯片与电路引出互连的技术.现今,此引线键合技术是微电子封装领域最重要、应用最广泛的技术之一.引线键合互连的质量是影响红外探测器组件可靠性和可信性的重要因素.基于红外探测器组件,对金丝楔形键合强度的多维影响因素进行探究.从键合焊盘质量和金丝楔焊焊点形貌对键合强度的影响入手,开展了超声功率、键合压力及键合时间对金丝楔形键合强度的影响研究.根据金丝楔焊原理及工艺过程,选取红外探测器组件进行强度影响规律试验及分析,指导实际金丝楔焊工艺,并对最佳工艺参数下的金丝键合拉力均匀性进行探究,验证了金丝楔形键合强度工艺一致性.

针对裸光栅温度灵敏度较低的问题,设计了一种封装方式并进行结构制作.所设计的封装方式是将光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)置入毛细玻璃管中,并填充353ND环氧树脂胶,最后固定在铜片基底上.首先对FBG温度传感及增敏机理进行了理论分析,然后进行结构的设计及制作,最后进行温度传感测试.聚合物353ND和铜片的热膨胀系数显著高于裸光栅,在外界温度发生变化时会对光纤光栅施加附加应力,从而提高其温度灵敏度,并保护FBG传感器的结构.实验结果表明:在40℃至140℃的温度传感测试中,FBG的反射波长保持着不错的线性;温度灵敏度由增敏前的10 pm/℃提升到了21 pm/℃左右,且温度传感特性拟合曲线线性度达到0.996以上.

长波碲镉汞材料受结构、组分等因素影响.在制备器件过程中,刻蚀电极接触孔易发生材料损伤,影响芯片的成像性能.利用现有电感耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma,ICP)设备刻蚀长波碲镉汞芯片电极接触孔,采用分步刻蚀以避免损伤.该方法虽可提高芯片的成像质量,但效率低,难以应用于大规模生产.为了提高刻蚀效率和实现器件大规模制备,通过对ICP刻蚀机上下电极射频功率的协同优化,开发出长波碲镉汞芯片电极接触孔一次成型工艺.经中测验证,探测器(长波320×256,像元中心间距为30μm)的盲元率仅为0.26％.该工艺能够实现低损伤电极孔刻蚀,可推广到大批量长波红外芯片制备.

由于上海市河湖水网密布,科学有效地监测河湖水质,有利于巩固河湖治理成果,为新形势下水资源的保护和管理服务.研究目的是实现卫星遥感技术在城市水体水质监测中的有效应用.基于Sentinel-2多光谱影像,采用机器学习技术建立了城市河流水质参数反演模型,对2019～2021年上海市103条河流的溶解氧(Dissolved Oxygen,DO)、高锰酸盐指数(Permanganate index,CODMn)、氨氮(Ammonia Nitrogen,NH3-N)和总磷(Total Phosphorus,TP)4 种水质参数进行了遥感反演.分析了上海市主要河流水质参数的时空变化特征,并对上海市水环境进行了评价.结果表明,DO、CODMn和TP三个水质指标的反演精度优于80％,NH3-N的反演精度优于70％;4种水质参数所属水体类别均优于V类;第一、第四季度水质优于第二、第三季度.

"月球开拓者"卫星的任务目标如下:(1)对月球表面关键目标区域的水进行探测和绘制,以确定其形态(OH、H2O或冰)、丰度以及随纬度、土壤成熟度、岩性的分布情况;(2)评估阳光照射表面的月球水可能随时间的变化情况;(3)绘制月球永久阴影区域(PSR)内水冰的形态、丰度和分布图,找到任何可实际利用的月球水沉积物及其暴露在地表的采样位置;(4)在所有工作模式下,"月球开拓者"卫星都会同时测量月表温度,以量化局部梯度并搜索小型冷阱.

针对实时高效处理经纬仪交会数据的问题,提出了一种基于改进分布式处理平台的实时测角数据对齐及异步计算方法.分析了交会算法的耗时原理.根据交会数据实时性高、对时间复杂度过高的算法应用困难的特点,利用分布式平台对实时测角数据进行异步处理,并改进了传统同步交会数据处理流程.试验结果表明,改进分布式平台处理数据效率高,性能稳定,能够满足高时间复杂度算法的嵌入和实时处理需求.

无人机技术近年来发展迅速,军事应用日益广泛.传统机载激光目标指示器重量与体积较大,很难集成于无人机来实现军事应用.主要介绍了一种国际主流的激光制导武器系统技术方案及作战应用流程,并研究了一种轻小型化的三光合一的无人机激光光电目标跟踪指示载荷.有别于传统激光指示照射,该无人机激光光电载荷通过与无人机的紧耦合完成小型化集成,并实现了远近距离一体化探测功能:远距离可对打击目标进行定位引导(大地坐标位置信息),近距离可对打击目标进行激光照射指示引导.同时,本文的指示方法利用低成本小型无人机突击作战,避免了人员暴露及伤亡风险,提高了无人化作战效率.

2023年11月16日11时55分,我国在酒泉卫星发射中心成功发射新一代海洋水色观测卫星——海洋三号01星.该卫星指标达到国际水色遥感卫星先进水平,可满足我国海洋环境监测的主体业务需求,并能够服务于生态文明建设、智慧海洋工程建设、"一带一路"倡议等国家重大战略需求.

针对不同类型红外探测器对测试数据分析筛选需求的差异性问题,提出了一种基于QT/C++的红外探测器多区域性能分析系统.该系统以传统红外探测器测试系统为基础,使用QT软件及C++语言扩展开发性能分析软件.所开发的软件嵌入OpenCV插件库,具备区域划分、盲元筛选、指标计算和盲元簇识别等功能.使用640×512甚长波碲镉汞探测器测试数据验证所开发软件的性能分析功能.结果表明,所开发的软件具备高效数据处理及准确性能分析的能力,并能够提供盲元位置及盲元簇图.与现有测试系统相比,所提出的分析系统可提高针对全阵列尺寸和不同材料探测器的性能分析能力及测试效率.

红外刑侦图像目标识别对刑事侦查具有重要意义,但刑事案件的侦破对时间和置信度要求较高.设计一种保持优异识别精度且具备较快识别速度的轻量级红外刑侦图像目标识别算法,具有十分重要的研究价值.因此借鉴生物免疫的优良特性,设计了免疫原性深度神经网络算法.该算法通过构建先天性免疫网络和适应性免疫网络来提取图像特征,然后设置免疫原性网络增强算法在处理图像特征映射时对不同通道之间优先级的调整能力,从而提高算法的精度和速度.实验结果表明,本文算法有效实现了红外刑侦图像的快速精准识别.与 VGG16、VGG19、Resnet34、Resnet50、MobilenetV2 等模型相比,本文算法不仅取得了 99.4％的最高测试准确率,而且还具备最快的识别速度.

锑化铟(InSb)焦平面探测器是中波红外探测领域应用广泛的一种探测器.作为制备探测器的基础,InSb晶体材料的质量和性能显得尤为重要.近年来InSb晶体材料在向高质量大尺寸方向发展.通过多举措坩埚设计和温场条件设计,采用直拉法生长了直径大于135 mm的InSb单晶.测试结果表明,5 in晶片的位错腐蚀坑密度小于50 cm-2,双晶衍射峰的半峰宽为8.32 arcsec,晶体具有相当好的完整性.通过优化生长工艺参数,晶体生长过程中具有较为平坦的固液界面,表现出良好的径向电学均匀性.这为制备低成本和超大规模InSb红外探测器阵列奠定了基础.

随着光纤传感技术的不断发展,光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)振动传感器在实际应用中的复杂振动测量性能愈发优良可靠.基于FBG振动传感器的优势,简略地阐述了 FBG振动传感器的工作原理,并介绍了近5年国内研发的部分悬臂梁型、膜片型、铰链型三种结构的优缺点.最后针对FBG振动传感器提出了 4个方面的建议,并展望了 FBG振动传感器的发展方向.

国家自然科学基金委员会于2023年9月7日发布《关于征集2024年度信息科学领域重大项目立项建议的通告》.为了进一步做好重大项目的立项和资助工作,根据《国家自然科学基金重大项目管理办法》等相关规定,面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康,推动信息科学领域基础理论与关键技术发展,增强自主创新能力,信息科学部面向科技界征集2024年度重大项目立项建议.

针对大面阵碲镉汞芯片热应力仿真分析过程中计算量与准确性不能兼容的问题,通过在芯片互联区的不同位置引入小规模铟柱阵列建立了耦合热应力的优化仿真模型.借助此模型进行热应力分析,发现在铟柱的上下表面附近区域产生了较大的热应力,同时边缘及角落处的阵列单元内部所产生的热应力更大(最高达225.69 MPa).进一步对芯片的结构进行了优化,获得了最优读出电路及碲锌镉衬底厚度.此外,仿真结果表明,单面铟是热应力较低的铟柱结构,减小铟柱的半径可以进一步减小其内部的热应力.所提出的热应力仿真优化模型为大面阵碲镉汞芯片内部的热应力分析提供了更准确有效的分析方法以及器件设计方面的理论指导.

针对InAs/GaSb Ⅱ类超晶格红外探测器开发高质量背减薄工艺,获得了高质量衬底表面,改善了超晶格红外探测器组件的成像品质.采用机械抛光和机械化学抛光相结合的工艺减薄衬底,其中机械抛光削减衬底大部分厚度,然后通过机械化学抛光去除机械损伤.机械化学抛光过程中,在压力、转速等不变的情况下,主要研究机械化学抛光液的pH值对衬底表面质量的影响.实验结果表明,当机械化学抛光液的pH值为9.4时,获得了高质量、低损伤的芯片衬底表面,并实现了最佳的探测器组件成像效果.

据 网站报道,美国国家航空航天局(NASA)的"月球开拓者"卫星(见图1)现已接近完工,其第二台也是最后一台尖端科学仪器——月球热测绘仪(LTM)已经被安装到这颗小型卫星上(见图2).LTM由英国牛津大学研制,将与去年底集成至卫星的高分辨率月球挥发物与矿物质测绘仪(HVM3)一起帮助科学家们确定月球水的丰度、位置和形式.

为实现微小物体的全方位高精度三维测量,构建了一种利用结构光照明的高精度三维测量系统.对系统采用的双远心镜头、相位解算方法、多投影点云融合算法等进行研究.首先利用双远心测量头采集图像数据,然后采用多频相移与互补格雷码相移两种方法进行相位解算,并分析比较两种方法在重建精度和重建效率方面的性能,最后针对特定点云噪声提出相位滤波方法、优化的统计滤波方法以及多投影点云融合匹配校正方法.实验结果表明,系统应针对不同使用场景选用不同的相位解算方法;相较于单投影双目系统,基于多投影的本系统能获取目标全貌,且平面及高度测量精度均在10 μm以下;在GPU加速后,测量速度提升218倍.该系统基本满足高精度工业测量的精度高、效率高等要求.

中波红外焦平面探测器因在红外制导导弹、红外夜视仪等军事领域的重要性而被广泛关注,其中带通滤光膜具有滤除杂散光和保护探测器的作用.本研究的目的是针对中波红外焦平面探测器滤光膜的关键技术问题,通过分析、选材、优化等方法,制备出性能良好的中波红外带通滤光膜.以Ge为高折射率材料和基底,以SiO为低折射率材料,设计了带通膜系结构.不仅实现了在0°入射角下对2.95～5.05μm波段大于92％的高透过率、通带宽度优于3.7～4.8μm的常规应用,而且对2.95～5.05μm之外的其它波段也能达到良好的截止效果.经测试,其光洁度、牢固性等各方面性能良好,可以很好地应用于中波红外焦平面探测器.