發(fā)布時間：2018-07-05 07:04

  本文選題：紅外探測器組件 + 雜光抑制��； 參考：《中國科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所)》2016年博士論文

【摘要】：紅外探測器組件的性能很容易受測試或工作環(huán)境中各種雜散光的影響,進(jìn)一步影響到紅外探測系統(tǒng)的成像質(zhì)量。在紅外探測系統(tǒng)中,紅外探測器組件是目標(biāo)探測和成像系統(tǒng)的核心器件,因此其雜散光的抑制相當(dāng)重要。本文針對多波段紅外探測器組件光學(xué)串音和焦平面杜瓦探測器組件的雜散光抑制,完善了一套紅外小光點測試系統(tǒng),并建立一套異形冷屏點源透過率(PST)測試系統(tǒng)。利用這兩套測試系統(tǒng),我們測試和分析了紅外探測器組件的雜散光抑制效果,并針對性地提出了一些改進(jìn)措施,研究結(jié)果對工程應(yīng)用具有一定意義。本文首先對雜散光傳播的基礎(chǔ)理論和國內(nèi)外研究動態(tài)進(jìn)行簡單介紹,雜散光在紅外探測系統(tǒng)中的傳播主要依賴三個因素:雙向反射分布函數(shù)(BRDF)、幾何構(gòu)成因子(GCF)和入射輻射通量,因此對其抑制主要考慮從輻射背景抑制、結(jié)構(gòu)設(shè)計改進(jìn),表面發(fā)黑處理三方面進(jìn)行。目前探測器組件雜散光抑制效果評價的方式有雜散光軟件建模模擬和雜散光參數(shù)實測兩種。本文主要從搭建的雜散光測試系統(tǒng)中提取PST和光學(xué)串音等指標(biāo)來評價紅外探測器組件的雜散光抑制效果。接著對不同結(jié)構(gòu)多波段紅外探測器組件的光學(xué)串音進(jìn)行測試和評價,并據(jù)此分析雜散光來源及改進(jìn)措施。采用傅立葉響應(yīng)光譜測試系統(tǒng)的測試了多波段紅外探測器組件,根據(jù)測試結(jié)果對帶外雜散光抑制進(jìn)行了評價。為進(jìn)一步研究雜散光在探測器組件內(nèi)的空間分布,完善了紅外小光點測試系統(tǒng),主要解決了微弱信號采集、30μm細(xì)亮條的高精度對準(zhǔn)和數(shù)據(jù)自動采集三個關(guān)鍵技術(shù)問題,實驗驗證表明系統(tǒng)的重復(fù)性優(yōu)于96%和狹縫聚焦寬度約30μm。采用該套系統(tǒng)測試中短波、水汽和長波三種多波段探測器組件,獲得了相應(yīng)的光學(xué)串音評價結(jié)果,研究了不同結(jié)構(gòu)長波探測器組件光學(xué)串音,明確疊層電極結(jié)構(gòu)側(cè)面的光吸收區(qū)是引起組件MTF偏小的原因,濾光片和光敏元間距越小越有利于探測器組件雜散光抑制。最后,研究了紅外焦平面探測器組件雜散光抑制的測試和評價方法。采用光線追跡法替代復(fù)雜的公式計算異形冷屏效率,獲得冷屏對焦平面探測器均勻性的影響。為了測試和評價異形冷屏結(jié)構(gòu)對雜散光抑制效果,設(shè)計和搭建杜瓦冷屏PST測試系統(tǒng),解決杜瓦冷屏PST測試系統(tǒng)光源在像面處輻射均勻性的問題,并采用該套系統(tǒng)測試不同結(jié)構(gòu)冷屏的PST與視場角的關(guān)系曲線,與軟件仿真結(jié)果能很好地符合,同時對冷屏結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了一些建設(shè)性意見。
[Abstract]:The performance of the infrared detector module is easily affected by the stray light in the test or working environment, which further affects the imaging quality of the infrared detection system. In infrared detection system, infrared detector module is the core device of target detection and imaging system, so the suppression of stray light is very important. Aiming at the stray light suppression of multi-band infrared detector module optical crosstalk and focal plane Dewar detector module, a set of infrared small light spot measurement system and a special cold screen point source transmittance (PST) measurement system are developed in this paper. Using these two test systems, we have tested and analyzed the stray light suppression effect of infrared detector module, and put forward some improvement measures. The research results have some significance for engineering application. In this paper, the basic theory of stray light propagation and the research trends at home and abroad are briefly introduced. The propagation of stray light in infrared detection system mainly depends on three factors: bidirectional reflectance distribution function (BRDF), geometric composition factor (GCF) and incident radiation flux. Therefore, the suppression is mainly considered from three aspects: radiation background suppression, structural improvement and surface blackening. At present, there are two methods to evaluate the effect of stray light suppression in detector modules: modeling and simulation of stray light software and measurement of stray light parameters. In this paper, PST and optical crosstalk were extracted from the stray light measurement system to evaluate the suppression effect of stray light of infrared detector module. Then the optical crosstalk of multi-band infrared detector modules with different structures is tested and evaluated, and the source of stray light and improvement measures are analyzed accordingly. The multi-band infrared detector module was tested by Fourier response spectroscopy. The suppression of out-of-band stray light was evaluated according to the test results. In order to further study the spatial distribution of stray light in the detector module, the infrared small spot measurement system is perfected, and three key technical problems of high precision alignment and automatic data acquisition of 30 渭 m thin bright strip for weak signal acquisition are mainly solved. The experimental results show that the repeatability of the system is better than 96% and the slit focusing width is about 30 渭 m. In this system, three kinds of multiband detector assemblies, short wave, water vapor and long wave, are tested. The corresponding optical crosstalk evaluation results are obtained, and the optical crosstalk of long wave detector modules with different structures is studied. It is clear that the light absorption region on the side of the laminated electrode structure is the cause of the smaller MTF, and the smaller the distance between the filter and the Guang Min element is, the better the stray light suppression of the detector module is. Finally, the test and evaluation method of stray light suppression for infrared focal plane detector module is studied. The light tracing method is used instead of the complicated formula to calculate the efficiency of the special cold screen and the effect of the cold screen on the uniformity of the focal plane detector is obtained. In order to test and evaluate the effect of abnormal cold screen structure on the suppression of stray light, the PST test system of Dewar cold screen is designed and built to solve the problem of radiation uniformity of the light source in the image plane of the Dewar cold screen PST test system. The curve of the relationship between PST and field of view angle of cold screen with different structures is tested by this system, which is in good agreement with the simulation results of software. Some constructive suggestions on the structure design of cold screen are put forward at the same time.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN215

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本文編號：2099401