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毛京湘;舒服;王晓娟;谢刚;黄俊博;周嘉鼎
【摘 要】红外焦平面探测器的暗电流一般是在零视场(即盲冷屏)条件下进展测试, 但这种测试方法必需转变组件构造,, 320×256 长波探测器组件的试验结果说明,用该方法得到的暗电流结果与用盲冷屏得到的暗电流结果格外接近,可作为红外焦平面探测器暗电流评估的快捷方法.%The dark current of infrared FPA detectors is usually measured in the zero field of view (. the blind cold shield), but this method can be only used in laboratory because the assembly structure must be changed. A method that the dark current of infrared FPA detectors can be analyzed and computed in theory through basic parameters measurement is presented, which need not change the assembly structure. Experiment for a 320×256 LW infrared detector shows that this method gets a similar dark current result compared with the blind shield method, so it can be applied to evaluate the dark current of infrared FPA detectors as a shortcut method.
【期刊名称】《红外技术》
【年(卷),期】2025(038)003
【总页数】3 页(P236-238)
【关键词】红外探测器;焦平面;暗电流
【作 者】毛京湘;舒服;王晓娟;谢刚;黄俊博;周嘉鼎
【作者单位】昆明物理争论所,云南昆明 650223;昆明物理争论所,云南昆明650223;昆明物理争论所,云南昆明 650223;昆明物理争论所,云南昆明 650223;昆明物理争论所,云南昆明 650223;昆明物理争论所,云南昆明 650223
【正文语种】中 文
【中图分类】TN305
对于红外焦平面探测器，暗电流是制约探测器性能到达较好指标的一个重要因素[1-5]。由于红外焦平面探测器产生的光电流信号都是通过读出电路转化成电压信号输出，直接测量器件每个探测元的暗电流比较简单。国外一般是在零视场
〔0FOV，即盲冷屏〕条件下测试焦平面探测器的暗电流输出电压得到[6-9]，但这种测试方法仍受到肯定的限制，即必需转变组件的构造，将正常冷屏换成盲冷屏才能得到，而对于一般已封装好又期望了解其暗电流大小的组件，这种方法就不行能实现。本文介绍了一种通过根本的性能测试就可以从理论上分析计算得到焦平面器件暗电流的方法。
红外焦平面探测器 p-n 结的伏-安特性可表示为[10]：
式中：Isc 为入射的背景光电流，A；Isa 为反向饱和电流，A；VB 为 p-n 结上所加的偏置电压，V；Gs 为 p-n 结的分路电导，W－1；q 为电子电荷，×10－ 19 C；T 为探测器的工作温度，K；k 为玻耳兹曼常数，×10－23 J/K；b 为常数，对于抱负 p-n 结，b＝1。
焦平面探测器所获得的背景光电流由下式表示[10]：
式中：h 为探测器的量子效率，%；Ad 为探测器光敏面积，cm2；Ep 为探测器的光子辐照度。
在肯定的黑体温度 T 下，当红外焦平面探测器的视场角为 FOV 时，探测器在其光
谱响应范围为 l1～l2 范围内的光子辐照度 Ep〔单位时间单位面积上的光子数〕可以由普朗克公式算出[10]：
式中：h 为普朗克常数，×10－34 J×s；c 为光速，3×108 m/s。
正常状况下，在规定的线性动态范围内，探测器的 p-n 结注入电流 I 通过读出电路转化电压信号 V，这是一个线性的关系，满足下式：
式中：C 为读出电路的积分电容，C；tint 为读出电路的积分时间，s。
当其他条件不变，探测器在面源黑体辐照下，背景温度从 T1 升至 T2 时，探测器输出信号电压分别为 V(T1)和 V(T2)，假设读出电路给探测器所加的偏置电压 VB
不变，则式(1)等式右端后两项不产生变化或变化很小，这两项我们称之为暗电流。本文假定从 T1 升至 T2 时暗电流产生的微小变化无视不计，由暗电流产生的输出信号电压记为 Vdark。在 T1 时，由背景光电流产生的输出信号电压为 Vph(T1)， 在 T2 时，由背景光电流产生的输出信号电压为 Vph〔T2〕，由式(1)、(4)可得： 假设探测器的量子效率不变，由式(2) 、(4)可得：
在 T1、T2 不变时，式(3)代入式〔7〕可算出 kE 是常数。由式(5)～(7)可得 T1 时由于光电流所产生的信号电压为： 由于暗电流所产生的信号电压为：
暗电流由下式计算：
从式(9)、(10)可以看出，只要能得到在背景温度 T1 和 T2 时探测器输出信号电压V(T1)和 V(T2)即可计算出探测器的暗电流。准确实现两个背景温度下输出信号电压的测试是影响到计算结果的关键因素，首先必需保证在两个背景温度条件下输出信号电压都在其线性动态范围内，其次要选择两个适宜的背景温度，两个背景温度差越小，虽然产生的误差越小，但也需综合考虑黑体的控温精度及测试系统的采集精度，具体测试方法通常按国家标准 GB/T 17444-2025 进展[11]。
选取一只进口的长波 320×256 LW 焦平面探测器组件进展根本的性能测试，测试
黑体温度：T1 为 293K，T2 为 308K，积分时间为 300ms，组件的光谱响应范围为 ～，读出电路的积分电容为 ，通过式(7)计算得到 kE 为 ， 通过测试系统采样得到组件在两个黑体温度下的输出信号电压后，由公式 (9)、(10) 可计算得到该组件的平均暗电流约为 ，整个面阵的暗电流图见图 1。
为了验证上述计算结果，翻开组件，将组件冷屏换成盲冷屏后进展测试，测试得到的暗电流平均值为 ，整个面阵的暗电流图见图 2。
从试验结果看出，通过根本的性能测试计算得到的暗电流与通过盲冷屏测试得到的暗电流结果很接近，平均暗电流相差仅为 ，暗电流图的相像度也格外高。图 1 中局部区域的暗电流结果偏低，估量与冷屏的杂散光有关。
介绍了一种通过根本的测试就可以计算焦平面器件暗电流的方法，并与通过盲冷屏暗电流测试方法进展了比照试验验证，二者得到的结果格外接近，虽然冷屏的杂散光等对结果有肯定的影响，但计算方法便利和快捷，不需要特地转变器件的构造进展测试，作为一般状况下器件的暗电流评估仍具有较高的参考价值。
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