В работе предложено решение задачи оптимизации частотной характеристики входных ячеек большой интегральной схемы (БИС) считывания инфракрасных (ИК) многорядных фотоприемных устройств (ФПУ), осуществляющих регистрацию малоразмерных объектов на пространственно-однородном фоне. В качестве критерия выбрано значение отношения сигнал/шум на выходе ячейки. Предложено расположить дополнительные (отключаемые) дискретно-аналоговые фильтры нижних частот (ФНЧ) первого порядка в ячейках БИС после интеграторов. Подключение дополнительных ФНЧ позволит обеспечить высокую чувствительность к излучению малоразмерного объекта, а отключение ФНЧ – высокое пространственное разрешение. В работе определены оптимальные параметры дополнительных ФНЧ, проведено сравнение эффективности работы предложенных ФНЧ с эффективностью согласованного суммирования сигналов от малоразмерного объекта.
Представлены результаты расчетов фотоэлектрических характеристик многоэлементных ИК ФПУ с «сотовой» топологией фоточувствительных элементов при регистрации точечных источников излучения. При расчетах учтены основные фотоэлектрические и конструктивные параметры фотоприемников и оптической системы. Показано, что предлагаемая топология фоточувствительной матрицы позволяет увеличить пороговую чувствительность и, следовательно, вероятность обнаружения точечных источников.
Рассмотрены параметры средневолнового инфракрасного фотоприемного устройства, изготовленного в виде гибридной микросхемы на основе фокальной матрицы планарных n+–pпереходов HgCdTe с числом 20482048 элементов и кремниевого мультиплексора. Температурная зависимость обратного тока элементов в диапазоне 125–300 К имела характерную зависимость Аррениуса с энергией активации близкой к ширине запрещенной зоны полупроводника и лимитировалась диффузионной компонентой тока. При более низкой температуре ток лимитировался генерацией носителей с участием глубокого уровня локализованного вблизи середины запрещенной зоны. Гистограмма обнаружительной способности элементов матрицы имела вид симметричной кривой с максимумом и средним значением 1,31012 см Гц1/2/Вт.
Разработана математическая модель, позволяющая экспериментально реализовать метод измерения спектральной чувствительности ИК ФЧЭ, использующий модель черного тела (МЧТ) и систему регистрации сигналов ИК МФПУ. Построена теоретическая модель расчета спектральной чувствительности и проведено исследование корректности метода.
Представлены результаты расчетов фотоэлектрических характеристик многоэлементных ИК ФПУ для точечных источников изображения. Анализ основан на моделировании диффузии фотогенерированных носителей заряда в фотодиодных матрицах на эпитаксиальных слоях кадмий-ртуть-теллур методом Монте-Карло. При расчетах учтены основные фотоэлектрические и конструктивные параметры фоточувствительных элементов и оптической системы. Полученные результаты позволяют сформулировать требования к конструктивным и фотоэлектрическим параметрам фоточувствительных элементов ФПУ, обеспечивающих достижение оптимальной величин чувствительности и пространственного разрешения в условиях однородной освещенности матрицы и ее засветки оптическим пятном от точечного источника излучения.
Представлен прогноз возможных путей развития ИК ФПУ. Подчеркивается возрастающая роль кремниевых устройств считывания на характеристики и функциональные возможности многоэлементных ИК ФПУ следующих поколений.
В работе ставится задача получения критерия качества фотоприемника, определяющего его способность формировать качественное тепловизионное изображение. Рассматривается прямая задача получения тепловизионного изображения при выполнении коррекции сигнала фотоприёмника по одной точке. Критерий качества найден как функционал невязки обратной оптимизационной задачи, а его минимизация является оптимизацией технологии изготовления матрицы фоточувствительных элементов (ФЧЭ). Критерием является величина Ск, равная отношению пространственного шума к временному шуму: если величина Ск стационарна во времени, а ее значение 0 ≤ Ск ≤ 1, то фотоприемное устройство способно формировать качественное тепловизионное изображение и технология изготовления матрицы ФЧЭ является оптимальной по критерию минимизации величины пространственного шума. Показано, что для матричных (Ск ≈ 0,9–1,0) и линейчатого (Ск ≈ 0,9) фотоприемников «Софрадир» величина Ск ≤ 1, для линейчатых фотоприемников НПО «ОРИОН» и ИФП СО РАН величина Ск > 1 (Ск ≈ 1,1–1,2). Отечественные матричные фотоприёмники ИФП СО РАН показали перспективу на достижение показателя Ск ≤ 1 при использовании технологии получения матриц ФЧЭ на подложках из кремния.
24–26 мая 2018 года состоялась Юбилейная XXV Международная научно-техническая конференция по фотоэлектронике и приборам ночного видения. Приведен краткий обзор представленных докладов.
В работе предложен метод цифровой коррекции выходных сигналов многорядных инфракрасных (ИК) фотоприемных устройств (ФПУ), осуществляющих регистрацию малоразмерных объектов. Метод позволяет скорректировать форму импульсного отклика, искаженного в результате высокочастотной фильтрации внутри ФПУ, и повысить отношение сигнал/шум. Проведено сравнение метода, представленного в данной работе с методом согласованной фильтрации, и показана эффективность предложенного метода для уменьшения числа дефектных «аномально шумящих» каналов ФПУ. Исходными данными для расчетов служат изображения, полученные в результате стендовых испытаний ФПУ в режиме регистрации малоразмерного объекта при сканировании.
Предложен и реализован в эксперименте метод измерения профилей концентрации активных ионов в поликристаллическом Cr2+: ZnSe, с использованием пироэлектрической камеры и непрерывного волоконного тулиевого лазера в качестве источника монохроматического излучения на 1,9 мкм. В результате сравнения с методом сканирования остросфокусированным пучком Tm3+: YLF лазера было показано, что оба метода дают близкие результаты при измерении концентрационного профиля в поверочном образце Cr2+: ZnSe, однако предложенный метод обладает большей универсальностью и значительно сокращает время на проведение исследований.