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1、西安工业大学 硕士学位论文 量子阱红外探测器性能参数测试技术研究 姓名：周佳伟 申请学位级别：硕士 专业：精密仪器及机械 指导教师：高爱华 20090428 量子阱红外探测器性能参数测试技术研究 学科：精密仪器及机械 研究生签字：l 霭彳彦i 移 指导教师签字：南覆缉 摘要 量子阱红外探测器( Q W I P , Q u a n t u mW e l lI n f r a r e dP h o t o d e t e c t o r ) 在响应速度、均匀 性、抗辐照、多色集成和加工成本等方面的明显优势，成为近年来红外探测技术领域关注 的热点，其测试技术也得到了飞速发展。 本文主要研究了Q w
2、I P 性能参数测试技术及测量方法。首先简要地介绍了量子阱材料 的发展历史和基本工作原理，分析了表征Q W I P 的性能参数。在此基础上提出了测试系 统设计方案，运用基于相关检测技术原理使用锁相放大器测量了黑体电压响应率和光谱响 应率，提高了从背景噪声中提取有用信号的能力。并提出了光谱响应率测量方案的改进方 法，前置放大电路的设计思想以及电路的低噪声处理方法。 Q W I P 参数测量程序采用L a b V I E W 编写。程序由初始化、黑体电压响应率、光谱响 应率以及退出四个模块组成。在程序设计中，实现了对锁相放大器( L o c ki nA m p l i f i e r ) S R
3、8 3 0 的控制，使得测试过程更加简洁、便利。测试系统需要测量的参数较多，而且某一 测试结果又被运用于其他参数的测试中，即完成黑体电压响应率测量后把结果处理、保存 并关联到光谱响应率的测试程序中。整个测试系统程序采用模块化结构，具有良好的人机 界面，操作方便。 在此基础上本文还进行了Q W I P 性能参数的模拟测量实验。并对测量结果进行了分 析，对测试方法进行了探讨，提出了改进方案。 关键字：Q W I P ；性能参数；测试技术；软件设计 R e s e a r c ho nT e s t i n gT e c h n o l o g yf o rQ W I PP a r a m e t
4、e r s D i s c i p l i n e ：P r e c i s i o nI n s t r u m e n ta n dM a c h i n e r y S t u d e n tS i g n a t u r e ：2 kj 池蝴 S u p e r v i s o rS i g n a t u r e ：例M A b s t r a c t ( Q u a n t u mW e l lI n f r a r e dP h o t o d e t e c t o r ) Q W l Ph a so b v i o u sa d v a n t a g e si nr e s
5、 p o n s es p e e d ， u n i f o r m i t y , a n t i i r r a d i a t i o n ，m u l t i c o l o ri n t e g r a t i o n ，c o s t s ，a n dS Oo n ，a n db e c o m e s t h ef o c u si n t h ef i e l do fi n f r a r e dd e t e c t i o nt e c h n o l o g yi nr e c e n ty e a r s ，a n di t st e s t i n gt e c
6、h n o l o g yW a sa l s o r a p i d l yd e v e l o p i n g I nt h i st h e s i s ，t h et e s t i n gt e c h n o l o g ya n dm e a s u r i n gm e t h o do fQ w I Ph a v eb e e nr e s e a r c h e d F i r s t l y , t h eh i s t o r ya n dt h eb a s i cw o r k i n gp r i n c i p l e so fq u a n t u mw e
7、 l lh a v eb e e ni n t r o d u c e d b r i e f l y T h ep e r f o r m a n c ep a r a m e t e r so fQ W I Pa r ea n a l y z e d O nt h i sb a s i s ，r e l m e dt e c h n i c a l p r i n c i p l ea n dl o c k i na m p l i f i e ra r eu s e dt ot e s tt h ep a r a m e t e r so fv o l t a g er e s p o
8、n s er a t e a n d s p e c t r a lr e s p o n s er a t e S ot h ea b i l i t yo fe x t r a c t i n gs i g n a l sf r o mt h eb a c k g r o u n dn o i s e i s i m p r o v e d T h ei m p r o v e dm e t h o do nt h es p e c t r a lr e s p o n s em e a s u r e m e n tp r o g r a m sa n dt h e d e s i g
9、no ft h ep r e a m p l i f i e rw i t hl o w - n o i s ea r ea l s od i s c u s s e di nt h i st h e s i s T h ep r o g r a mo fm e a s u r e m e n th a sb e e n w r i a e nw i t hL a b V I E Wl a n g u a g e P r o g r a mi s c o m p o s e do fd e s i g n i n g ，b l a c k b o d yv o l t a g er e s p
10、 o n s er a t e ，s p e c t r a lr e s p o n s er a t e ，a n de x i t m o d u l e s A f t e rt h ep r o g r a m ，S R 8 3 0i sc o n t r o l l e db ys o f t w a r e ，w h i c hm a k e st h et e s t i n gp r o c e s s m o r ec o n c i s ea n dc o n v e n i e n c e I nt h i st e s t i n gs y s t e m ，t h
11、e r ea r em a n yp a r a m e t e r st ob et e s t e d ， a n dp a r t so ft h et e s t i n gr e s u l t sw i l lb ea p p l i e dt oo t h e r s ，F o re x a m p l e ，a f t e rt h et e s t i n go fr a t eo f b l a c k b o d yv o l t a g ei t sr e s u l t sw e r es t o r e da n du s e dt ot h et e s t i
12、n gp r o g r a m o fs p e c t r u mr e s p o n s e r a t e I nt h et e s t i n gs o f t w a r e ，t h em o d u l a rs t r u c t u r eW a su s e d ，S Ot h es o f t w a r eh a st h eg o o d m a n - m a c h i n ei n t e r f a c ea n di se a s yt oo p e r a t e O nt h i sb a s i so fa b o v er e s e a r
13、c h i n g ，t h ep e r f o r m a n c ep a r a m e t e r so fQ W I Pw e r et e s t e d ；t h e r e s u l t sa l ea n a l y z e da n dt h et e s t i n gm e t h o d sa r ed i s c u s s e d ；t h em e a s u r e m e n tm e t h o di s i m p r o v e d K e yW o r d s ：Q W I P ；p e r f o r m a n c ep a r a m e
14、t e r ；t e s t i n gt e c h n o l o g y ；s o f t w a r ed e s i g n 学位论文知识产权卢明 学位论文知识产权声明 本人完全了解西安工业大学有关保护知识产权的规定，即l 研究生在校攻读学位期间 学位论文工作的知识产权属于西安工业大学。本人保证毕业离校后，使用学位论文工作成 果或使用学位论文工作成果发表论文时署名单位仍是西安工业大学。学校有权保留送交的 学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 学位论文作者签名： 指导老师签名： 同傀专 南履绪为後坼 日期：刎
15、、j 厂今 5 8 学位论文独创性卢明 学位论文独创性声明 秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师 指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，学位论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，不包含本人已申请学位或他 人已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的老师和同学对本研究所做的贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示了感谢。 学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 学位论文作者签名：问传形 指导老师签名：南覆伤 日期： 汐哆、r 。，； 5 9 1 绪论 l 绪论 量子阱红外探测器( Q W
16、I P , Q u a n t u mW e l lI n f r a r e dP h o t o d e t e c t o r ) 是2 0 世纪9 0 年代 发展起来的高新技术。与其它红外技术相比，Q W I P 具有响应速度快，探测率与H g C d T e 探测器相近和探测波长可通过量子阱参数的调整加以控制等优点。而且利用M B E 和 M O C V D 等先进工艺可生长出高品质、大面积和均匀的量子阱材料，容易做出大面积的探 测器阵列。由于有这样多的优点，量子阱光探测器，特别是红外探测器的研究引起人们广 泛的重视，在长波应用方面得到迅速发展l lJ 。 基于Q W I P 焦平面阵列具有广泛的应用前景，它广泛应用于军事、工业、消防和医 疗等方面，特别是其在军事方面的应用，Q W I P 可用来精确制导，战场监视、军事目标的 侦察、搜索和自动跟踪、探测地雷等。表征Q W I P 特性的参数众多，例如光谱响应率、 比探测率和暗电流噪声等，这些参数的好坏不但影响着Q W I P 的性能，而且会进一步影 响基于Q w I
