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作为红外模拟系统的关键部件,可见光-红外图像转换器的性能尤其重要。为了实现器件的高帧频、高对比,本文对基于半导体材料砷化镓(GaAs),用于可见光-红外图像转换的一种新型光寻址空间光调制器进行了研究。文章描述了空间光调制器的构成和功能,目前国内外空间光调制器研究的现状;介绍了相关的半导体物理学、晶体材料学的基本理论;在光电导效应和电光效应的理论基础上,选取了GaAs作为器件的红外调制材料,设计了器件的央层结构,研究了器件的工作原理和制备工艺过程;给出了器件性能参数测试的初步结果。由于器件的驱动电压和试验条件限制,只进行了初步原理的实验,得到以下主要结论:
利用GaAs单晶的光电导效应和电光效应,采用“三明治”型的夹层结构可以实现对红外光束的调制。器件工作模式为反射式,通过光导层的光电导效应,可见光图像写入,改变GaAs光电导光场分布,再通过电光晶体的电光效应,实现对红外读出光的调制,产生红外图像。实验结果表明,器件的对比度和灵敏度与电光层及绝缘层的厚度、读出光的波长及外加电场的强度均有关系。在反射模式中,读出光在晶体里通过两次,半波电压值为透过模式的一半,可以降低器件的驱动电压,提高器件的对比度。器件的空间分辨率与晶体的厚度密切相关。要提高器件的转换效率,光导层和电光晶体的厚度要尽可能地减薄,电光晶体的介电常数应尽可能地大。