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MEMS红外光源阵列的编码调制与光电标识特性研究

作　者: 李佩青
导　师: 丑修建
学　校: 中北大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: MEMS红外光源 MEMS红外光源阵列 编码调制 光电标识 红外无线通信
分类号: TN216
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 3次
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内容摘要


MEMS红外光源阵列作为红外光电标识装置的重要组成，具有可变频调制、穿透性强、安全可靠、信息容量大等工作特点，在红外无线通信技术领域（如近地空间通信、目标搜救指引、战场敌我识别等）具有重要的应用价值。为了满足红外光电标识装置智能化、微型化的应用需求，开展MEMS红外光源阵列的编码调制与光电标识特性研究成为光电标识技术领域的研究热点。本论文选用基于高掺杂低阻多晶硅薄膜辐射层和低热容空腔悬浮体结构的新型MEMS红外光源作为光源阵列的组成单元，系统开展了MEMS红外光源辐射特性、光源多阵列组合设计及编码调制技术、光源阵列光电标识特性测试分析三个方面的研究工作，实现了高电-光转化效率变频调制MEMS红外光源器件性能的系统测试分析，及光源阵列多维度编码调制与多外场调控光电标识特性研究。采用悬浮体结构设计的新型MEMS红外光源经测试在5~7V驱动电压内电学工作性能稳定，具有3~5μm波段的窄带红外输出，中心波长分布在3.6μm左右，且在6V驱动时实现10%以上的高电-光转化效率；设计了平面、三维两种不同结构的光源阵列，实现了辐射强度与辐射角度控制之间的关系调和；设计了可编程控制阵列编码驱动电路，编写了三维阵列结构的VHDL控制程序，实现了MEMS红外光源阵列的多维度、多状态、多频率切换调制与大容量信息传输编码，信息包含量达百G量级；利用不同波段响应的红外热像仪，对光源阵列在不同外场条件下的图形识别效果及光电识别有效性进行了系统测试与分析，平面/三维阵列在短距离内可实现清晰有效图形、状态切换识别，在远距离（不小于2.1km）处可实现高分辨率有效识别；以光源阵列的光电标识特性测试结果分析，提出了光源阵列近距离状态切换余晖影响改进方案，与光源阵列远距离图形有效识别优化解决方法，为MEMS红外光源阵列作为光电标识装置，实现在红外无线通信技术领域的推广应用奠定了技术基础。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章 绪论  9-19
  1.1 研究背景及意义  9-11
  1.2 MEMS 红外光源国内外研究现状  11-13
  1.3 红外光电标识技术研究现状  13-17
    1.3.1 光电调制技术  14-15
    1.3.2 红外光电识别技术  15-17
  1.4 论文研究内容  17-18
  1.5 课题来源  18-19
第二章 红外光电标识技术原理与基础  19-29
  2.1 红外光电标识技术原理  19-20
  2.2 红外光电标识用光源  20-24
    2.2.1 红外发光二极管  20-22
    2.2.2 红外激光器  22-23
    2.2.3 热辐射型红外光源  23-24
  2.3 MEMS 红外光源  24-27
  2.4 光电标识用红外光源选取  27-28
  2.5 本章小结  28-29
第三章 MEMS 红外光源性能研究  29-49
  3.1 MEMS 红外光源电学特性测试分析  29-33
    3.1.1 电学性能测试原理  29-30
    3.1.2 测试平台搭建  30-31
    3.1.3 电学性能测试与分析  31-33
  3.2 MEMS 红外光源光学特性研究  33-46
    3.2.1 辐射体光谱分布测试与分析  34-40
      3.2.1.1 光栅分光法测试  34-37
      3.2.1.2 光谱辐射计测试法  37-39
      3.2.1.3 光谱仪测试法  39-40
    3.2.2 辐射强度测试分析  40-44
      3.2.2.1 辐射轴向衰减特性测试分析  41-43
      3.2.2.2 辐射指向性测试分析  43-44
    3.2.3 辐射体温度特性测试与分析  44-46
  3.3 MEMS 红外光源调制特性研究  46-48
  3.4 本章小结  48-49
第四章 红外光源阵列编码调制技术研究  49-59
  4.1 MEMS 红外光源单元驱动设计研究  49-51
  4.2 MEMS 红外光源阵列结构设计  51-54
    4.2.1 阵列结构设计  51-52
    4.2.2 阵列结构机械制造工艺实现  52-54
  4.3 MEMS 红外光源阵列编码控制研究  54-58
    4.3.1 光源阵列控制电路设计  54-56
    4.3.2 光源阵列编码控制程序设计  56-58
  4.4 本章小结  58-59
第五章 红外光源阵列光电标识特性研究  59-70
  5.1 红外光源阵列内场标识特性研究  59-64
    5.1.1 中红外标识特性测试与分析  59-60
    5.1.2 中远红外标识特性测试与分析  60-64
  5.2 红外光源阵列外场标识特性研究  64-68
    5.2.1 光源阵列夜间标识特性  64-66
    5.2.2 光源阵列日间标识特性  66-67
    5.2.3 外场标识测试结果分析  67-68
  5.3 光电标识用光源阵列设计优化  68-69
  5.4 本章小结  69-70
第六章 总结及展望  70-73
  6.1 论文总结  70-71
  6.2 主要创新点  71-72
  6.3 工作展望  72-73
附录  73-105
  附 1 MEMS 红外光源三维阵列编码 VHDL 程序代码（侧面板及顶面板）  73-90
  附 2 MEMS 红外光源三维阵列编码 VHDL 程序代码（侧面板）  90-105
参考文献  105-110
攻读硕士期间学术成果情况  110-111
致谢  111-113

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 红外技术及仪器 > 红外系统装置
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