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XenICs 近红外 InGaAs 相机的性能测试

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XenICs 近红外 InGaAs 相机的性能测试 - PowerPoint PPT Presentation


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XenICs 近红外 InGaAs 相机的性能测试. 冯志伟 邓建 宋谦 中国科学院国家天文台. 红外波段位于可见光和亚毫米波,射电波段之间 红外辐射的波长范围为: 770nm ~ (200-350)μm, 亚毫米波: (200-350)μm ~ 1mm 。 红外波段又可分为:. 天文用近红外焦平面阵列探测器. 从探测机制上主要分为二类: 热探测器(对波长无选择性,在红外可做到全波响应) 光子探测器(光电效应) 目前天文观测常用的是光子探测器,它又分为三类: 光导( pc )探测器(内光电效应) 光伏( pv )探测器(阻挡层光电效应)

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xenics ingaas

XenICs近红外InGaAs相机的性能测试

冯志伟邓建宋谦

中国科学院国家天文台

slide2
红外波段位于可见光和亚毫米波,射电波段之间红外波段位于可见光和亚毫米波,射电波段之间
  • 红外辐射的波长范围为:770nm~(200-350)μm,
  • 亚毫米波:(200-350)μm ~1mm。
  • 红外波段又可分为:
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天文用近红外焦平面阵列探测器

从探测机制上主要分为二类:

热探测器(对波长无选择性,在红外可做到全波响应)

光子探测器(光电效应)

目前天文观测常用的是光子探测器,它又分为三类:

光导(pc)探测器(内光电效应)

光伏(pv)探测器(阻挡层光电效应)

金属-绝缘体-半导体(MIS)探测器

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Cut-off Wavelength:

Eg与温度有关,将探测器制冷,可降低Eg, 增加λC

同时,温度降低,从而降低暗电流,提高了灵敏度。

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ingaas
InGaAs焦平面阵列

In1-xGaxAs材料的特性

闪锌矿立方晶体结构。晶格常数随组分变化关系遵循Vegard定律,近似为线性:

a(x)=xaGaAs+(1-x)aInAs

由GaAs的0.56533nm 变化到InAs 的0.60583nm。当其组分x=0.53时,In0.47Ga0.53As晶格常数与磷化铟(InP)的晶格常数完全匹配。因此,可以在InP衬底上外延生长高质量的In1-xGaxAs薄膜。

其次,In1-xGaxAs为直接带隙材料,其禁带宽度Eg随组分由InAs 的0.35eV 变化到GaAs 的1.43eV 与之相对应的截止波长分别为3.5µm和0.87µm。由于石英介质光纤的低损耗带通在1.2~1.7µm之间。当时x=0.53时In1-xGaxAs对应的截止波长为1.7µm正好覆盖了光纤通讯的常用波长范围1310nm 和1550nm。

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近红外探测器

厂家:比利时XenICs公司型号:XEVA-1.7-640

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  • 性能研究
  • 增益
  • 读出噪声
  • 线性
  • 暗流
  • 量子效率和光谱响应曲线
  • 比探测率D* (max)
  • 噪声等效功率 NEP (min)
  • 缺陷像元

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检测平台

  • 用于测量量子效率、增益、读出噪声及线性等指标,主要组成为:
    • 单色仪
    • 光源及其电源
    • 积分球
    • 光电探头和微电流计
    • 挡光设备
    • 精密万向平台
    • 精密测距显微镜

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结 果
  • 增益(Gain)、读出噪声(Readout Noise)、线性(Linearity)
  • Least
  • Lower than average
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量子效率(QE)

量子效率曲线

光谱响应曲线

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比探测率 D* (max)

1.368E+011 Jones (cm*Hz1/2/W)

  • 噪声等效功率 NEP (min)

7.154E-014 W

  • 缺陷像元
  • 暗场信号平均值:1302.2242ADU
  • 曝光图像信号平均值:6637.9556ADU
  • 热像元(暗场中大于平均值5倍的像素)数量:40 (0.04884% )
  • 死像元(曝光图像中小于平均值10%的像素)数量:0 (0% )
  • 坏像元(曝光图像中偏离平均值大于+/-12%的像素)数量:136 (0.16606% )
  • 总缺陷像元(热像元、死像元和坏像元)数量:136 (0.16606% )
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暗流(Dark Current)

  • -40oC/233K

暗流平均值:30.31±0.50e-/pixel/ms

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-43oC/230K

暗流平均值: 25.81±1.06e-/pixel/ms

  • -44oC/229K

暗流平均值: 20.56±0.32e-/pixel/ms

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-45oC/228K

暗流平均值: 23.78±0.24e-/pixel/ms

  • -40oC/233K、-43oC/230K、44oC/229K、-45oC/228K
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结 果
  • 暗流
  • 从上述两个温度设置时的暗流作图中我们可以看到,在积分时间≥500ms时,暗流才具有线性,故建议在实际观测中,在积分时间<500ms时,要对每个积分时间分别采集暗流图像,以用于对观测结果进行修正。
  • 暗流随制冷温度降低而下降,但在-45oC/228K时又升高,说明该相机的制冷不稳定,即不能在标称最低温度下工作,这是因为半导体制冷能力与环境温度有关,因此在实际观测时,要根据环境温度设定可靠工作温度。
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