23313

طراحي، شبيه سازي و بهينه سازي يك سيستم هشداردهنده ليزري درياپايه با محوريت ارتقاء تفكيك پذيري طول موجي، زاويه اي و زماني

دكتري تخصصي

مهندسي برق الكترونيك

1399/07/08

دكتر شهرام محمدنژاد

برق

در اين رساله، ما به طراحي زيرسيستم¬هاي تشكيل دهنده يك سيستم هشداردهنده ليزري براي بهبود تفكيك¬پذيري طول موج، زاويه و زمان پرداخته¬ايم. زيرسيستم اپتيكي طراحي شده، مبتني بر لنز چشم ماهي و شامل هشت لنز با ميدان ديد بيش از 180 درجه در محدوده طول موجي مرئي و فروسرخ نزديك است. مقدار F/# كمتر از 3 و فاصله كانوني موثر در حدود 4/2 ميلي متر بوده كه در سيستم¬هاي تشخيص ليزري تصويربرداري در محدوده فروسرخ نزديك بسيار مهم است. ميزان MTF در فركانس نايكوئيست سيستم براي تمامي زوايا بيش از 8/0 است. اعوجاج (f-θ) كاليبره شده كمتر از ٪3 و روشنايي نسبي بيش از ٪92 است. تمامي اين مقادير نشان دهنده كيفيت بالاي زيرسيستم اپتيكي در متمركزسازي نور به منظور دستيابي به تفكيك پذيري بالا در استخراج طول موج و زاويه و در نتيجه نرخ هشدار اشتباه كمتر است. عملكرد زير¬¬سيستم اپتيكي توسط نرم افزار اپتيكي ZEMAX تحليل و راستي آزمايي شده است. براي طراحي زيرسيستم آشكارسازي، آشكارساز ابرشبكه¬اي نوع II مبتني بر InAs/AlSb در محدوده فروسرخ نزديك طراحي و مدلسازي شده است. بدين منظور، روش تنگبست (ETBM) با تقريب sp^3 s^* براي محاسبه ساختار باند، پيش¬بيني مواد اينترفيس¬ها، استخراج طول موج قطع و ثابت عدم تطابق شبكه مورد استفاده واقع شده است. نتايج شبيه¬سازي بدست آمده اثبات مي¬كند كه تركيب [(InAs)_15-AlAs-(AlSb)_4-AlAs] مناسب¬ترين ساختار با طول موج قطع 27/3 ميكرون و ميزان عدم تطابق شبكه ٪63/0 بين ابرشبكه و بستر GaSb (100) است. همچنين، تركيب [(InAs)_4-AlAs-(AlSb)_16-AlAs] بعنوان آشكارساز سيستم هشداردهنده ليزري با طول موج قطع 1 ميكرون و ميزان عدم تطابق شبكه ٪073/0، ارائه شده است. مزيت اين نوع ساختار مبتني بر آنتيمونايد، قابليت كاهش زمان پاسخ و بهبود كيفيت تصاوير فروسرخ است. در نهايت، يك محيط گرافيكي (GUI) با استفاده از نرم افزار پايتون بعنوان زيرسيستم پردازشي براي استخراج طول موج و زاويه پرتو ليزر ورودي طراحي شده است.

1400/01/17

Design, Simulation and Optimization of a Marine-based Laser Warning System to Improve Wavelength, Angle and Time Resolution

9/29/2020 12:00:00 AM

In this thesis, we designed and optimized the subsystems of this laser warning system to improve the system’s wavelength, angular and temporal resolution. A fisheye-based optical subystem which contains eight lens elements with a filed of view more than 180 degrees in visible and near-infrared (NIR) wavelength was designed. The F/# of the system is less than 3 and the effective focal length is about 2.4 mm which are critical for imaging laser detection systems in the NIR spectrum. The MTF characteristic is more than 0.8 for all angles at the Nyquist frequency. The calibrated (f-θ) distortion is less than 3% and the relative illumination is more than 92%. All of these values are required to prepare an imaging laser warning system with excellent performance and low false alarm rate. The performance of the proposed structure is evaluated and analyzed by the ZEMAX optical design software. To design the detection subsystem, a short-wavelength infrared InAs/AlSb type-II superlattice photodetector has been designed and modeled in the near infrared range. The Empirical Tight-Binding Method (ETBM) with the approximation of sp^3 s^* has been used to calculate the band structure, predict the material of the interfaces, extract the cut-off wavelength and lattice mismatch constant. The simulation results prove that the [(InAs)_15-AlAs-(AlSb)_4-AlAs] is the most suitable structure with a cut-off wavelength of 3.27μm and the lattice mismatch between the superlattice and the GaSb (100) substrate is 0.63%. Also, the [(InAs)_4-AlAs-(AlSb)_16-AlAs] is presented as a detector of laser warning system with a cut-off wavelength of 1 μm and lattice mismatch of 0.073%. The advantage of this type of antimonide-based structure is the ability to reduce response time and improve the quality of infrared images. Finally, a GUI (Graphical User Interface) is designed as a processing subsystem for extracting the wavelength and angle of the incident laser beam by Python software.

سيستم هشداردهنده ليزري , لنز چشم ماهي , آشكارساز فروسرخ نزديك , ابرشبكه هاي نوع II , روش تنگبست , مهندسي اينترفيس

Laser Warning System , Fisheye Lens , Near Infrared Photodetector , Type II Superlattice , Emprical Tigth Binding Method , Interface Engineering