量子阱红外探测器光谱响应测试系统研究

论文摘要

量子阱红外探测器（Quantum Well Infrared Photodetector, QWIP）是薄膜生长技术和微电子学相结合的一种新型红外探测器件,在国防、工业、医疗等领域具有非常广阔的应用前景。在红外测试中,光谱响应特性是选择一个红外探测器的重要依据,它决定着光电探测器的应用范围和灵敏度。本文结合国家重点科研项目,研制了一种新的测量红外探测器光谱响应度的装置,它在实验室原有的傅里叶变换红外光谱仪的基础上,结合计算机硬件技术和LabVIEW软件平台,实现了对QWIP性能参数的测量。论文主要完成如下工作：首先,在分析QWIP工作机理及其性能参数的基础上,研究了红外探测器积分响应度和光谱响应度的测试方法,结合黑体辐射测量原理与傅里叶变换红外光谱法,提出了红外探测器性能参数测试方案,可以实现对QWIP重要性能参数的测试。其次,确立了测试系统的整体思路,完成了测试系统的硬件设计和调试。设计了配套的测试软件,通过网口实现数字示波器与计算机之间的同步采集,利用RS232串口完成了傅里叶变换红外光谱仪与计算机的通信,以LABVIEW8.0为软件开发平台,遥控测量仪器,实现红外探测器性能参数的自动测试。然后,在室温制冷条件下,对两种QWIP不同偏压下的暗电流特性、伏安特性以及积分响应度进行了测试,给出了不同偏压下的QWIP器件输出阻抗与工作温度之间的关系曲线。利用改进的红外光谱响应测试系统,通过对热释电红外探测器的光谱响应进行测试,得到了光源的光谱特性,并验证了整个测试系统方案的可行性。最终对QWIP的光谱响应度进行了测试,获得了被测器件的光谱响应曲线。测量结果表明：测试系统的光谱范围为2.5-18μm,被测器件的峰值波长在8.5μm附近,峰值探测率达到0.046A/W。最后,对全文的工作进行总结,并对整个测试方案进行了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 量子阱红外探测器的研究背景
• 1.1.2 量子阱红外探测器的优缺点
• 1.1.3 量子阱红外探测器的应用
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国内发展状况
• 1.3.2 国外发展状况
• 1.4 课题研究的主要内容
• 2 量子阱红外探测器
• 2.1 QWIP的原理
• 2.1.1 QWIP的工作原理
• 2.1.2 QWIP光耦合方式
• 2.1.3 QWIP前级放大设计原理
• 2.2 QWIP的特性参数
• 2.2.1 暗电流特性
• 2.2.2 伏安特性
• 2.2.3 积分响应特性
• 2.2.4 光谱响应特性
• 2.3 小结
• 3 QWIP测试系统原理及设计
• 3.1 光谱响应度测试原理
• 3.1.1 傅里叶变换红外光谱仪原理
• 3.1.2 光源标定原理
• 3.2 光谱响应度测试系统设计
• 3.3 积分响应度测试系统设计
• 3.4 测试硬件的选择
• 3.4.1 制冷系统
• 3.4.2 光源
• 3.4.3 傅里叶变换红外光谱仪
• 3.4.4 微弱信号处理
• 3.4.5 数据采集
• 3.5 通信接口介绍
• 3.5.1 GPIB接口
• 3.5.2 RS232接口
• 3.5.3 双绞线结构的以太网通信
• 3.6 小结
• 4 QWIP测试系统软件设计
• 4.1 软件平台简介
• 4.2 软件设计思路
• 4.2.1 功能需求
• 4.2.2 软件的总体设计
• 4.3 软件模块设计
• 4.3.1 电源供电模块
• 4.3.2 温度控制模块
• 4.3.3 前级放大模块
• 4.3.4 触发模块
• 4.3.5 同步采集模块
• 4.3.6 数据处理模块
• 4.4 小结
• 5 光源的标定及测试系统的验证
• 5.1 热释电探测器的原理
• 5.2 光谱响应度测试
• 5.3 光源的标定
• 5.4 积分响应度测试
• 5.4.1 测试原理
• 5.4.2 测试系统验证
• 5.4.3 实验及结果分析
• 5.5 频率响应度测试
• 5.5.1 频率响应度测试原理
• 5.5.2 测试结果及分析
• 5.6 小结
• 6 QWIP性能测试及结果分析
• 6.1 QWIP器件结构
• 6.2 暗电流测试
• 6.3 伏安特性测试
• 6.4 积分响应度测试
• 6.5 光谱响应度测试
• 6.6 小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 创新
• 7.3 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢