材料与器件

• 甚长波红外焦平面超大电荷容量数字读出电路技术

  毛文彪;陈楠;张济清;钟昇佑;姚立斌;王向前;丛树仁;师奕峰;李正芬;

  甚长波红外探测器在红外成像系统、光谱探测和深空探测等中有着重要应用。相比于中波和长波探测器，甚长波红外探测器的光电流和暗电流明显增加，探测器的偏置电压更加离散和敏感，本文采用数字积分技术和多电源域技术，解决了甚长波探测器的温度灵敏度受到积分时间限制和宽偏置电压范围要求等问题。采用0.13μm的CMOS工艺，设计并流片加工了面阵规格分别为320×256（像元中心间距为30μm）和640×512（像元中心间距为25μm）的两款数字读出电路，ADC位数为16bit，电荷容量达到11.8 Ge~-，探测器偏置电压范围扩展到2.2 V，经测试，两款电路的功耗分别为53.1m W和149.6 m W(@100 Hz帧频)。耦合了320×256和640×512甚长波碲镉汞红外探测器，半阱条件下，NETD分别达到8.01 mK和9.29 mK，积分时间10 ms时，动态范围达到90 dB以上。本文的数字积分读出电路与传统模拟积分读出电路相比，显著地扩展了电荷容量，延长了甚长波探测器的积分时间，有效提升了温度灵敏度和动态范围。

  2025年08期 v.47;No.392 929-936页 [查看摘要][在线阅读][下载 802K]
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• 衬底热处理对氧化钒薄膜热稳定性的影响

  王金华;朱林光;程龙;李静;董珊;赵福;陈文礼;

  得益于高的电阻温度系数、低的噪声水平以及良好的CMOS工艺兼容性，氧化钒薄膜是目前非制冷红外探测器领域应用最广泛的热敏材料。为改善非制冷红外探测器在高温视场中的“太阳灼伤”效应，我们优化了探测器的制作流程，增加了衬底热处理工艺，同时研究了衬底热处理对氧化钒材料热稳定性的影响。研究表明，衬底热处理可以明显减少杂质类化学键的种类和数量，改善氮化硅表面的粗糙度，抑制耐温性实验后氧化钒薄膜结晶水平、应力及电阻率的恶化水平。通过对比工艺改善前后两种探测器在高温黑体辐照后输出差值随时间的变化，我们认为衬底热处理有助于提高氧化钒的热稳定性，改善非制冷红外探测器的“太阳灼伤”效应。本文为非制冷红外探测器的可靠性研究提供了新的方向和思路。

  2025年08期 v.47;No.392 937-943页 [查看摘要][在线阅读][下载 901K]
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综述与评论

• 飞行器目标红外辐射特性测量研究进展

  席有猷;宋博文;姜祚鹏;

  本文系统综述了飞行器目标红外辐射特性测量领域的研究进展，聚焦红外辐射特性测量标定技术、飞行器目标红外辐射源及仿真建模、实际测量实例三大方向。研究目的在于梳理该技术在国内外的发展脉络，揭示关键技术瓶颈与未来趋势。通过文献分析与案例研究，总结了标定技术从传统黑体依赖型向无源化、宽谱段方向的演进，提出高精度智能在线标定技术为突破重点；针对飞行器红外辐射源，阐明了喷气式与旋翼式无人机的辐射差异，并指出多尺度建模与多物理场耦合仿真是提升仿真精度的关键路径；结合典型测量实例，揭示了多波段数据融合与非合作目标发射率反演等技术对实际测量精度提升的促进作用。研究结果表明，当前技术仍面临复杂环境适应性不足、建模标准化缺失等挑战，未来需重点突破极端天气下大气传输修正模型、智能化标定算法及高保真多光谱仿真体系。本文通过整合理论与应用成果，为飞行器红外隐身设计、反隐身探测及航空航天安全等领域提供了技术参考与研究方向支撑。

  2025年08期 v.47;No.392 944-954页 [查看摘要][在线阅读][下载 952K]
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• 太赫兹技术在爆炸物检测中的研究现状

  张淑敏;李欣宇;王拓;孟坤;李文凭;唐德东;朱新勇;

  随着太赫兹技术的不断发展，在安检领域中，利用太赫兹光谱及成像技术对爆炸物进行检测有着独特的优势，是一种非接触性无损检测手段，能够与传统探测技术互补，具有极大的发展潜力。本文主要总结了国内外不同机构研究的爆炸物指纹谱数据，探究影响爆炸物光谱测量的因素，并阐述了太赫兹光谱技术对于痕量爆炸物和隐藏爆炸物探测方面的应用，以及太赫兹成像技术对人体和爆炸物等不同介质的检测，为爆炸物的太赫兹无损检测研究提供参考。

  2025年08期 v.47;No.392 955-962页 [查看摘要][在线阅读][下载 881K]
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微光技术

• 宽光谱吸收增强的透射式GaAs光电阴极亚波长结构设计

  高毅;过般响;徐卓;李诗曼;石峰;张益军;

  负电子亲和势GaAs光电阴极具备高量子效率、暗电流小、低发射度、长波扩展潜力大等优势，在真空光电器件和真空电子源等领域具有广泛应用。对于透射式GaAs光电阴极，如何在保证较薄发射层厚度的前提下获得高的量子效率是需要攻克的难题。本文提出了采用新型亚波长周期陷光结构的GaAlAs窗口层设计方案，以实现薄发射层透射式GaAs光电阴极宽光谱吸收增强的目的。围绕透射式GaAs光电阴极的光学性能，采用有限时域差分法进行光学仿真，在光电阴极结构设计方面开展了研究。相较传统的平面GaAs光电阴极，具有亚波长陷光结构设计的GaAs光电阴极的光吸收率显著提高。进一步，对周期为600 nm的纳米阵列的线宽、直径、高度、排列等方面进行仿真优化，获得最佳亚波长阵列结构为：线宽为440 nm，高度为490 nm，采用1/4周期交错排列的圆柱阵列，500～930nm波长范围的平均吸收率达到了84.91%，相比传统平面结构在近红外波段提升尤为显著。

  2025年08期 v.47;No.392 963-971页 [查看摘要][在线阅读][下载 2020K]
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系统与设计

• 基于环路热管的某空间望远镜辐射制冷系统试验验证

  杨家良;黄勇;郭亮;

  空间望远镜为实现全方位观测，通常需要变换多个姿态，然而多姿态代表着多变的外热流，这对于舱内仪器的散热是极为不利的。环路热管作为一种具有远距离、大功率传热功能的部件，被广泛利用在航天领域。针对搭载了数台分布式安装的仪器设备且同时工作功耗高达1300 W的某空间望远镜，采用多根长达20 m、单根传热量最大400 W的环路热管进行散热。试验结果证明，环路热管能够实现400 W的传热，且温差为13℃，有效解决航天器内分布式热源的统一热管理。

  2025年08期 v.47;No.392 972-976页 [查看摘要][在线阅读][下载 920K]
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• 采用球面主镜的中波红外消热差折反式光学成像系统

  李剑;沈志学;赵祥杰;

  为适应光电成像系统对低成本、宽温度范围和小型化轻量化低功耗的需求，采用半部结构设计法设计了一个折反式二次成像系统，前组和后组分开设计，热差和像差相互抵消，其中前组为球面主反射镜、高次非球面次反射镜和一次像面前的球面透镜；后组为四片式中继透镜组。采用640×512面阵F#3中波红外制冷探测器，波段3.7～4.8μm，焦距200 mm，遮拦比不大于1/3.33，视场2.2°×2.75°，100%冷光阑匹配，总长不超过120 mm，光学被动消热差可适应-45℃～60℃温度范围，中心视场全温度MTF≥0.4@33 lp/mm，边缘视场全温度MTF≥0.33@33 lp/mm，冷反射等效温差≤0.45℃@20℃环境温度。

  2025年08期 v.47;No.392 977-982页 [查看摘要][在线阅读][下载 898K]
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图像处理与仿真

• 结合相位特征与边缘特征的红外与可见光图像配准算法

  曹钧彦;赵伟;

  红外与可见光图像存在显著的非线性辐射差异，导致传统的配准算法精确度不高、鲁棒性不强。本文结合相位与边缘特征提出了一种精确、鲁棒的配准算法。为提高特征点准确性，通过叠加相位一致性矩特征构建叠加矩图，然后在叠加矩图上均匀提取特征点。由于单一特征来源的描述符描述能力有限，本文结合相位特征与边缘特征构建特征描述符，其中相位特征基于多尺度最大索引图提取，边缘特征基于叠加矩图提取，最后经过特征匹配得到图像之间的变换关系完成配准。实验表明，提出的算法与对比方法相比在正确匹配点数、正确匹配率和精度等方面都有显著提升。

  2025年08期 v.47;No.392 983-989页 [查看摘要][在线阅读][下载 950K]
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• 基于空谱背景字典的低秩稀疏表示高光谱异常检测

  田苗;黄远程;李茗欣;刘数数;

  低秩稀疏表示广泛应用于高光谱异常检测，为了充分利用字典原子的空谱信息，本文提出了基于空谱背景字典的低秩稀疏表示高光谱异常检测方法。为了使空谱背景字典中包含所有的背景类别，本文利用K-means进行聚类，并对每个类别的像元在局部窗口内计算与邻域像元的特征相似度，从而获取每个类别的残差异常矩阵，进而计算像元的异常度。选择每个类中的代表性原子构成空谱背景字典，然后利用低秩稀疏表示分离出异常部分和背景部分，即用空谱背景字典对原始数据进行重构。在5组高光谱数据集上的实验结果表明，该方法具有较好的检测性能，能够有效地提升检测精度。

  2025年08期 v.47;No.392 990-997页 [查看摘要][在线阅读][下载 2406K]
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• 引入Transformer的RGBT自适应融合视觉跟踪

  郭勇;谌海云;陈建宇;肖章勇;

  RGBT目标跟踪利用可见光和热红外两种模态信息的互补性改善了在云雾遮挡、光照变化等场景下的跟踪性能，但由于可见光和热红外图像特征差异较大，导致大多数跟踪算法特征信息提取不充分、特征融合的冗余信息太多。针对以上问题，提出一种引入Transformer的RGBT自适应融合目标跟踪算法SiamTAF。首先，在特征提取阶段，使用Transformer分别对可见光和热红外分支的AlexNet网络后两层进行改进，使其具有建立特征上下文依赖性的能力。其次，结合交叉注意力和挑选机制提出一种自适应融合模块，以促进两模态特征的互补性融合。最后，为了让线性互相关运算具有捕捉非线性相似特征的能力，在线性互相关运算中加入非线性门控注意力。在GTOT和RGBT234基准数据集上的实验结果表明，相比MANet、DAFNet、DAPNet等算法，SiamTAF算法在面对热交叉、光照变化等问题时，其跟踪性能更具鲁棒性。

  2025年08期 v.47;No.392 998-1008页 [查看摘要][在线阅读][下载 1107K]
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• 基于改进YOLOv5的红外图像目标检测算法

  李阳;张杰;李强强;

  针对红外图像分辨率低、纹理信息较差、远距离小目标细节模糊的缺点，从注意力机制的角度对YOLOv5s的网络结构进行调整，提出了YOLOv5s-CA算法。该算法在YOLOv5s模型的基础上添加了坐标注意力机制Coordinate Attention，该机制不仅让模型关注通道之间的位置信息，还关注空间的长期位置信息。通过在YOLOv5s网络结构中添加其它注意力机制，并与YOLOv5s-CA模型进行对比，来体现该算法在速度与精度上的优势。在自制的露天矿区红外数据集上的实验结果表明，该模型的m AP(mean average precision)达到了0.948，相比于原始模型提高了1.4%，在GeForce2080Ti设备上的推理速度能够达到3.3 ms。与现有的其它主流算法相比，该算法可以在保持速度的同时具备较高红外目标的检测精度。

  2025年08期 v.47;No.392 1009-1017页 [查看摘要][在线阅读][下载 914K]
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无损检测

• 基于改进RT-DETR模型的光伏组件热斑缺陷检测

  张妍;赵春泓;李冰;刘溢槟;

  针对无人机航拍光伏组件红外图像的背景复杂、热斑缺陷的形状大小各异、反光干扰导致目标特征显著度较低等问题，提出了基于改进RT-DETR模型的光伏组件热斑缺陷检测模型RT-DETRSRC。首先，以RT-DETR为基础模型，利用细粒化卷积SPD-Conv改进主干网络中的深度可分离卷积模块，精细化地提取缺陷的特征，提高模型的特征提取能力。在颈部网络中，提出RepBi-PANCARAFE结构来提升模型的检测精度。采用双向级联特征融合结构RepBi-PAN，增强深层特征和浅层特征之间的信息交互和特征融合；引入特征上采样算子CARAFE，在更大的感受野范围内捕获和整合上下文语义信息。实验结果表明，RT-DETR-SRC模型的mAP_(50)和mAP_(50:95)相较于基线模型分别提升了4.5%和4.1%，能够有效地识别红外图像中的热斑缺陷。

  2025年08期 v.47;No.392 1018-1026页 [查看摘要][在线阅读][下载 1397K]
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• 基于UFPN-Fuse网络的变电站设备故障识别

  邓长征;弓萌庆;付添;刘明泽;夏鹏雨;

  针对现有基于深度学习的变电站设备故障识别方法中所存在的空间定位与信息提取兼容性差的问题，本文提出基于UFPN-Fuse网络的故障识别方法。先将故障设备红外图像用改进U-Net网络进行分割，提取故障点特征，然后用故障特征与原红外图像在改进FPN-Fuse网络中进行图像融合，达到强化故障点红外图像轮廓的目的。通过这种方式，既增强图像视觉效果完成故障定位，又极大保留了故障的细节信息。实验结果表明，本文算法相较于对比算法，SF平均提升7.83%,MI平均提升7.48%,AG平均提升10.62%,VIF平均提升8.38%。

  2025年08期 v.47;No.392 1027-1034页 [查看摘要][在线阅读][下载 1080K]
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• 红外无损检测缺陷尺寸自动测量

  洪颖;王金陵;陈飞;张凯;江海军;

  缺陷尺寸测量一直是红外无损检测研究的热点，通常使用含所有缺陷的图像进行缺陷尺寸测量，但该方法将导致较大的测量误差；本文提出采用该缺陷对应的清晰图像进行测量，首先采用相关函数法把不同深度缺陷对应的清晰图像筛选出来，再利用半高宽测量算法实现对缺陷尺寸的自动测量。通过对不同深度的缺陷塑料试件测量表明：对于20 mm缺陷，使用含所有缺陷的图像，测量误差最大值12%，平均绝对值误差为6.1%，利用相关函数筛选出来的清晰图像进行缺陷尺寸测量，测量误差最大值6%，平均绝对值误差2.6%，采用本方法进行缺陷尺寸测量可有效提高测量精度。

  2025年08期 v.47;No.392 1035-1041页 [查看摘要][在线阅读][下载 1362K]
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• 基于红外与紫外的220 kV变电站电压互感器发热故障检测方法

  高宝琪;毕艳冰;姚金男;晏荣煜;

  220 kV变电站电压互感器的过度使用会导致电压互感器发生发热故障，因此研究基于红外与紫外的220 kV变电站电压互感器发热故障检测方法，保障保证变电站安全运行。通过红外与紫外技术分别采集220 kV变电站电压互感器红外紫外图像，并利用中值滤波算法对红外图像实施图像去噪预处理，去除冗余信息后，计算红外与紫外相关温度特征和放电特征，将红外与紫外特征数据，输入径向基神经网络，利用量子粒子群优化算法优化径向基函数神经网络参数，提高220 kV变电站电压互感器发热故障检测能力。实验结果表明，该方法可有效检测出220 kV变电站电压互感器发热故障，通过分析故障位置的红外紫外特征的结果，明确发热故障发生位置后，并及时维修，保证变电站安全运行。

  2025年08期 v.47;No.392 1042-1048页 [查看摘要][在线阅读][下载 1070K]
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红外应用

• 高压电气设备绝缘气体SF₆的红外吸收特性分析

  刘敬之;罗文俊;赵笑笑;云玉新;

  应用红外检测技术对SF_6及其分解产物SO_2、H_2S、HF等进行定性定量分析时，首先应分析它们的红外吸收特性及其交叉吸收。本文利用HITRAN2020数据库，对SF_6的红外吸收特性进行了分析，并分析了SF_6及其分解产物SO_2、H_2S、HF的交叉吸收。结果表明：SF_6的红外吸收波段主要位于中红外区590～640 cm~(-1)、940～952 cm~(-1)及远红外区330～370 cm~(-1)内，它的中红外区峰值吸收强度是远红外区峰值吸收强度的约104倍以上，但这3个波段的红外吸收图谱结构相似，均由P支、Q支、R支组成，且Q支峰值吸收强度远强于P支与R支；SF_6与SO_2、H_2S、HF的红外交叉吸收波段分别位于590～600 cm~(-1)、330～370 cm~(-1)、350～370 cm~(-1),SF_6的吸收强度与SO_2的为相同数量级，比H_2S低2个数量级，比HF低4个数量级。

  2025年08期 v.47;No.392 1049-1054页 [查看摘要][在线阅读][下载 936K]
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红外光学材料

• 单晶硅单点金刚石车削刀具磨损研究

  游津京;谢启明;康杰;魏奇;刘尧;邱红方;张万清;白玉琢;贾钰超;罗永芳;

  单晶硅单点金刚石车削加工过程中，刀具磨损问题影响到光学元件的加工质量与效率，利用扫描电子显微镜（SEM）和金相显微镜观察金刚石刀具物理磨损形貌，发现金刚石刀具呈阶段式磨损，即刃口崩碎形态阶段、积屑瘤形态阶段以及刀面沟槽形态阶段；同时基于热-化学磨损机理，利用能谱分析和X射线衍射仪技术（XRD）发现了金刚石刀具微沟槽磨损形成机理；最后基于单晶硅表面粗糙度（Ra）与金刚石刀具车削路程的数学模型建立了金刚石刀具寿命模型。

  2025年08期 v.47;No.392 1055-1062页 [查看摘要][在线阅读][下载 978K]
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