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XenICs 近红外 InGaAs 相机的性能测试

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 近红外 InGaAs 相机的性能测试

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Presentation Transcript

  1. 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

  2. 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：

  3. 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 2014/9/24 3

  4. 近红外段，天文上常用的主要有InSb, HgCdTe, PtSi 等3 种 2014/9/24 4

  5. 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。 2014/9/24 5

  6. 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。 2014/9/24 6

  7. 不同组分的InGaAs和Si探测器的量子效率

  8. Sensor Unit (SU) contains the InGaAs PDA 2014/9/24 8

  9. 近红外探测器 厂家：比利时XenICs公司型号：XEVA-1.7-640

  10. 2014/9/24 • 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 10

  11. 近红外焦平面阵列相机检测平台示意图 2014/9/24 11

  12. 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 2014/9/24 12

  13. 结 果 • 增益(Gain)、读出噪声（Readout Noise）、线性(Linearity) • Least • Lower than average

  14. Higher than average • Most

  15. 量子效率（QE） 量子效率曲线 光谱响应曲线

  16. 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% )

  17. 暗流(Dark Current) • -40oC/233K 暗流平均值:30.31±0.50e-/pixel/ms

  18. -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

  19. -45oC/228K 暗流平均值: 23.78±0.24e-/pixel/ms • -40oC/233K、-43oC/230K、44oC/229K、-45oC/228K

  20. 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。

  21. 谢 谢！

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