红外图像变换器

本发明涉及一种用于将一个频谱区的图像变换为另一个频率区的图 像的半导体量子阱装置。

近来根据在半导体量子阱(QW)中的电场与强吸收谐振的关系， 对范围广泛的电光装置进行很多的研究工作。在QW中，一种半导体材 料薄层夹在不同材料的覆盖层之间，各种材料的电性能是这样的，即电 位阱(在中心层中)形成在两个电位垒(在二覆盖层中)之间。最级为 100(埃)的小的QW厚度导致电荷载流子沿厚度方向移动的量化。

此外，QW呈现量子约束的斯塔克(Stark)效应，在这种效应中， 与产生轻和重空穴激子有关的QW的峰值光吸收波长响应于施加的电场 移动到较长波长。由于这些峰值激子的吸收具有有限的频谱宽度(由电 子/空穴与材料杂质和声子相互作用引起)，在接近峰值的波长下的QW 的透射率随施加的电场变化而变化。QW器件的这些和其它方面将在 Little，Jr等人共同转让的美国专利第5047822号中予以介绍，在这里特 意引入该专利作为参考。

由于单一的QW是那样薄，通常通过层叠很多个(例如50个)QW 来制造这些器件，以便产生明显的光效应。多层量子阱(MQW)器件 的很多方面介绍在C.Weisbuch等人的Quantum Semiconductor Structure(量子半导体结构)。Academic Press，Inc.，San Diego，Colif (1991)中。

一种简单的MQW器件是一个吸收调制器，在其中通过改变施加的 电场，使量子阱的激子吸收边缘与窄频带的光源(例如激光)的波长相 一致或者不一致。因此，利用调制器透过或反射的光的强度按照施加的 电场或偏置电压而变化，如上所述。

关于这种吸收调制器(虽根据Wannier-Stark定位而不是量子约束 的斯塔克效应)介绍在K.K.Law等人的“Narmally-Off High-Constrast Asymmetric Fabry-Perot Reflectron Modulator Using Wannier-stark Localization ina Superlattice”，以及K.-K等人的“Self-Electro-Optic Device Based on a superlattice Asymmetric Fabry-Perot Modulator with an On/Off Rati＞100：1”。应用物理通讯第57卷第1345-1347页 (1990.9.24))。与由于量子约束的斯塔克效应形成的激子的吸收峰值 的QW向较长波长的偏移相对比，Wannier-Stark定位导致向较短的波 长的偏移，在超晶格结构中增强了电场。

通常，超晶格结构是一种交错的薄位垒层和QW的层叠结构，在其 中各QW以共振方式耦合，使QW的离散电荷-载流子能级展宽进入各 微带。施加电场破坏了这种共振，使相邻的各QW中的能级失配因此要 在几个QW上确定这些能级。这样就将光吸收频谱由一平滑的微带分布 变为带峰值的QW激子分布，并且使吸收边缘形成蓝色偏移。

如下面更详细介绍的，本申请人的发明可以利用MQW或超晶格结 构来具体实现。此外，应当理解，在本申请中介绍的这种结构可以利用 各种各样的半导体制造方法来形成，例如金属-有机化学蒸镀沉积、分 子束外延、电化学沉积法。例如参阅J.Switzer等人的“电沉积的陶瓷 超结格结构”Sci卷247，第444-445页，(1990.1.26)；以及上面 列举的Weisbuch等人的著作。

简单的MQW吸收调制器工作在室温下可能呈现的调制深度即最小 到最大吸收率的比值约10∶1到30∶1。这些低的调制深度可以通过将 MQW结构和适当的光共振腔相结合来提高。这种共振腔例如为一对不 对称的Fabry-Perot频谱分析干涉仪(ASFPE)。ASFPE是一种由具 有不同反射率的两个平面镜构成的光共振腔。在由Terrancel.Worcheshy 和Kenneth J.Ritter 1993.8.20申请的共同转让的美国专利申请第 08/109550号中介绍了这种装置，在这里参照引用了该专利申请。

QW的另一种应用是量子阱红外光探测器(QWIP)。在包括M.O. Manasrch编辑的用于长波长的红外探测器的半导体量子阱和超晶格结 构(第55-108页，Artech House，Boston，Mass.(1993))的文献中介 绍的QWIP中，由在GaAs的QW中的束缚态电子进入在QWIP覆盖层 中的高迁移率薄道的内部光发射，提高了在出现热释光时的QWIP的电 导率，该热释光即从约8000到约12000毫微米的长波红外(LWIR)波 长或从约3000到约5000毫微米的中波红外(MWIR)波长的光。当工 作在固定的偏置电压时，随着流经QWIP的电流的增加检测该光。由QW 的宽度(通常在4到8毫微米宽度范围内)和覆盖层的成分(标称厚度 的Al(x)Ga(1-x)As层，X的范围为0.2到0.6)确定QWIP的特性(例如 峰值响应波长、光频带宽度、和电特性)。

与电荷耦合器件(CCD)成像器相似，可提供QWIP的阵列，以 便形成热致图像。在常规的热致图像系统中，检测器元件的阵列与一硅 多路转换器相匹配，该多路转换器以一种“组桶”(bucket brigade) 方式顺序地由每个基元读出电流(即由每个基元将电荷会聚到一电容 器，然后沿着一行电容器传递到列读出电容器组，该电容器组将电荷顺 延传递到在多路转换器上的单一电荷测量元件上)。每个电荷包的原来 的位置被跟踪，以电方式重新构成图像，通常是在监视器上形成电视图 像。

现时还没有实现对于QWIP的电特性最优化的多路转换器。已经投 入使用的多路转换器不能很好地适用于通常在液氮温度附近的温度下工 作的相当高的暗电流，并且大大提高了成像系统的成本。此外，多路转 换器是由硅而不是GaAs制成的，热膨胀系数的不协调限制了阵列的实 际尺寸，使其充分低于由于GaAs的晶体生长和处理技术提出的限制。 此外，由于多路转换器必须尽可能接近检测器定位，还必须对它们进行 冷却，但是多路转换器的热容积和热耗散加重了常规的冷却系统的负 担。

申请人已经认识到，流经QWIP的电流可以用于为MQW调制器提 供所需的偏置电压。在这样一种装置中，由于MWIR或LWIR光照射 QWIP的光量变化引起的QWIP电流的变化，将使由MQW调制器反射 或透射的近红外(IR)光(即波长从约800毫微米到2000毫微米)的 光量或相位产生变化。因此，LWIR或MWIR光的强度变化变换为NIR 光的强度或相位的变化。

由V.Gorfinkle等人的论文“通过次带内(Interswbband)吸收的 量子阱的带内光特性的快速调制”(应用物理通讯，第60卷，第3141 -3143页(1992.6.22))介绍了掺杂的MQW吸收调制器的理论，其 中利用LWIR光子的次带内吸收调制NIR光子的带内吸收强度。LWIR 吸收将部分地消耗处于基态的载流子的数目，因此改变NIR吸收的最终 状态的密度。

将这种例如用于将LWIR信息变换为NIR信息的器件的明显的缺点 是由于在同一MQW结构中发生各种吸收作用，使工作的LWIR和NIR 波长的光相互依赖。此外，为了进行明显的NIR吸收调制，需要很大的 LWIR通量，并按波导的布局进行制造。

申请人的发明提供一种装置和方法，用于将中波红外(MWIR)或 长波红外(LWIR)热致图像变换成相干的近红外(NIR)图像。该装 置包括：量子阱红外光检测器(QWIP)的二维(2D)阵列、量子阱 光调制器的2D阵列、以及-电子电路。入射到QWIP阵列上的LWIP 或MWIR光的强度变化变换为光调制器的偏置电压的变化。偏置电压的 变化导致由调制器阵列反射的(或经其透射的)NIR光的强度和/或相位 的变化。

根据申请人的发明的一个方面，一种混合式的图像变换器包含分布 在第一基片上的红外检测器阵列部分、位于第二基片上的电子电路部 分、以及分布在第三基片上的光调制器阵列部分。电子电路部分夹在红 外检测器部分和光调制器部分之间，用于将在红外检测器阵列的像素中 产生的光电流变换为施加到相关的光调制器阵列的像素上的电压。

根据申请人的发明的另一个方面，一种集成式图像变换器包括：位 于在第一基片上的红外检测器阵列部分和光调制器阵列部分(通过将其 中一个部分置于基片上，再将另一个部分置于该部分上)，以及位于在 第二基片上的电子电路部分。例如利用铟凸起焊接技术将电子电路部分 的各元件以像素为单位电连接到红外检测器/调制器阵列的各基元上。

申请人的图像变换器具有的优点是可以独立地选择操作波长、对低 光强度的灵敏度、以及平面(而不是波导)几何参数，使得它能理想地 适合于二维的所说阵列。由于NIR光源可以是一个激光器，所形成的相 干的NIR图像可以用作一个光信号处理器的输入，该处理器能够进行复 杂的图像分析，例如图形确认或背景杂波抑制。

结合附图通过阅读如下的详细介绍，将会更好地理解申请人的发明 的特征和优点，其中：

图1是根据申请人的发明包括红外检测器阵列、电子装置部分、和 光调制器阵列的混合式图像变换器的示意断面图；

图2是根据申请人的发明的混合式图像变换器的红外检测器部分、 电子装置部分、和光调制器部分的电示意图；

图3是根据申请人的发明的包括红外检测器/光调制器阵列和电子装 置部分的集成式图像变换器的示意断面图；

图4是根据申请人的发明的包括红外检测器/光调制器部分和电子装 置部分的集成式图像变换器的电示意图；

图5是根据申请人的发明的集成式图像变换器的一个像素按第一种 方式连接到电子装置部分的示意断面图；

图6是根据申请人的发明的集成式图像变换器的一个像素按第二种 方式连接到电子装置部分的示意断面图；

图7是根据申请人的本发明的集成式图像变换器按照第二种方式连 接到电子装置的电示意图；

图8a和8b表示利用申请人的发明的一个实施例的将MWIR光的强 度的变化变换为NIR光的强度变化特性；以及

图9a和9b表示利用申请人的发明的第二实施例的将MWIR光的强 度变化变换为NIR吸收特性的变化的特性曲线。

图1表示混合式图像变换器10的示意断面图，它包含：分布在基片 200上的QWIP像素阵列、分布在基片400上的电子电路像素300，以 及分布在基片600上的光调制器像素阵列500。混合式图像变换器10通 常位于在基片20上，该基片20可透过NIR光，并且是一个良好的热导 体(例如蓝宝石)。透明基片20位于一致冷头30上，该致冷头30将基 片20和混合式图像变换器10冷却到一适宜的低的温度(例如开式温度 77度)。通常，光调制器可以工作在室温下，但QWIP必须冷却到一适 于电子电路产生足够比差信号的温度，即QWIP暗电流应当足够低，使 QWIP光电流为合适的百分值，例如为至少1％的暗电流。这样冷却的 结果，实际上提高了光调制器的性能。

最好，在阵列100中的每个QWIP像素包含多个位于下面更详细介 绍的两个n型接触层之间的n型QW。为在每个像素中吸收LWIR或 MWIR光，最好除去QWIP基片200(例如使用化学-机械抛光)，由 此消除在大的阵列中各像素之间的光的相互干扰。消除基片200将有利 于使在QWIP阵列中的应力最小，这种应力是由于在QWIP(由III- V类半导体例如GaAs构成)和电子像素300和基片400(通常由硅构 成)之间的热膨胀系数不谐调引起的。由于图像变换器10必须在装置的 使用寿命范围内在室温和低温(致冷)之间轮换多次使用，这一点是很 重要的。

电子电路像素300将在QWIP像素阵列100中产生的光电流变换为 施加到在阵列500中的各个QW调制器像素上的电压。通道孔(未表示) 用于将在基片400一侧上的像素电连接到它们各自相关的在基片400另 一侧上的像素上。电子电路像素可以是(但不限定是)常规的硅互阻抗 放大器(即电流-电压变换器)，它分布在硅基片上。下面更详细地介 绍根据申请人的发明的这些电路和变更实例。

最好，在阵列500中的每个QW光调制器像素包含多个未掺杂的 QW，它们分布在n型接触面和P型接触面之间，以形成p-i-n二极管， 它们或者分布在两个n型接触层之间，以构成一个n-i-n调制器。假如基 片600在QW调制器的工作波长下是不透光的，则最好利用化学-机械 抛光将调制器基片600除去。除去基片600还将有利于使由于在调制器 阵列和电子装置部分之间热膨胀系数的不协调引起的QW光调谐器阵列 中产生的应力降到最小，如上针对QWIP所述的。

利用如在上述参考的美国专利申请第08/109550号中介绍的技术， 例如利用铟凸起焊接件700将QWIP像素100和QW调制器像素500电 连接到电子电路300上。

在如图1所示的混合式图像变换器10的工作过程中，LWIR或 MWIR光经过基片200(假如还没有被除去)入射到QWIP像素100上 (在图1中利用各种不同粗细的箭头表示各种强度不同的LWIR或 MWIR光)。非均匀强度NIR光束通过透明基片20和基片600(假如 还没有除去)入射到QW调制器像素500上。由于电子电路300对于 LWIR或MWIR光的强度变化的响应引起的在调制器像素500上的逐个 像素偏置状况的变化，使得由QW调制器像素500反射的NIR光的强度 或相位能由原来的LWIR或MWIR光的变化按比例进行调制(NIR光 的强度或相位变化在图1也用不同粗细的箭头来表示)。

这一实施例的图像变换器便于使QWIP阵列100、电子电路300和 QW光调制阵列500的特性独立地实现最优。例如，由于QWIP100和 QW光调制器500位于不同的基片上，两个部分的生长状态(例如在生 长过程中的基片温度)和材料组成(例如在AlGaAs层中的铝的浓度) 最好不同，以使每个部分都具有最好的性能。

图2表示混合式图像变换器10的一个像素的电示意图，它包含： QWIP100(由一电阻表示)、电子电路300、以及QW光调制器500 (由一个二极管表示)。电子电路300对QWIP100提供电压偏置Vdet。 互阻抗放大器310将QWIP中的光电流变换为偏置电压Vmod，Vmod 施加到QW调制器500上。

应当理解，图2中所示的电子电路300仅是各种各样的电路的一个 示意表示，这些电路能够完成将电流变换为电压的功能。可以采用现代 半导体电子技术来实现更完善的电路，例如对互阻抗放大器或多增益级 的输出采用增益和偏差校正，以便得到使QW调制器500工作所需的电 压(通常在1-10伏范围内)。

图3表示一种集成式图像变换器10′的示意断面图，它包含：分布在 基片200′上的集成式的QWIP/QW光调制器像素阵列800和分布在基片 400′上的电子电路像元300′。利用例如如上所述的铟凸起700′将 QWIP/QW调制器像素800电连接到电子电路像素300′。集成的图像变 换器10′位于一致冷头30′上，它将该器件冷却到一个适宜的低的温度(例 如开式77度)。

下面更详细地介绍集成的QWIP/QW光调制器像素800和电子电路 像素300′。应认识到，在图3所示的每个像素一个铟凸起700′的电连接 实际上可以是每个像元形成一个以上的电连接，如下面介绍的。

如上对于混合式图像变换器10所介绍的，最好利用化学-机械抛光 除去基片200′，以便降低光的相互干扰，并将由于在集成式图像变换器 10′的检测器/调制器部分和电子电路部分之间的热膨胀系数的不协调引 起的应力降至最小。

在图3所示的集成式图像变换器10′的工作过程中。LWIR或 MWIR光经过基片200′(假如还没有除去)入射到QWIP/QW调制器像 素800上。(在图3上用不同粗细的箭头来表示强度不同的LWIR或 MWIR光)。排均匀强度的NIR光束还经过基片200′(假如还没有除去) 入射到像素800。由电子电路300′响应LWIR或MWIR光的强度变化产 生的像素800的调制器部分上的偏置电压的逐个像素的变化，使由像素 800反射的NIR光的强度或相位按与原来的LWIR或MWIR图像的变化 成正比例的方式受到调制(在图3中NIR光的强度或相位的变化也用不同 粗细的箭头表示)。因此，将LWIR或MWIR图像变换为NIR图像。

图4表示集成式图像变换器10′的一个像素的电示意图，它包含： QWIP100′(由电阻表示)、电子电路300′、和QW光调制器500′(由 二极管表示)。这里，所示QWIP100′和QW调制器500′是电气上串联 的，因为正如下面将更详细解释的，这两部分是一个在另一个之后形成 在一个共用基片200′上的。电子电路300′对QWIP100′提供检测器偏置 电压Vdet。互阻抗放大器310′将在QWIP中的光电流变换为与检测器 偏置电压Vdet的符号相反的电压，因为例如这样的互阻抗放大器将使输 出反相。利用一个电压求和元件320将这一电压加到检测器偏置电压 Vdet上。求和的偏置电压由一电压反相元件330反相并作为Vmos加到 QM光调制器500′上。元件310′、320和330按照工作要求保证QW光 调制器500′处于反向偏置之下。

应认识到，图2中所示的电子电路300′仅是能够实现将电流变换为 电压的功能的各种各样的电路中的一个示意代表。可以采用现代半导体 电子技术来实现更完善的电路，例如对互阻抗放大器310′和多增益级的 输出进行增益和偏差校正，以得到使QW调制器500′工作所需的电压(通 常为1-10伏范围)。

图5表示集成式图像变换器的一个像素800的外延层结构的示意断 面图，它包含QWIP部分100′和分布在基片200′上的QW调制器部分 500′。正如下面更详细介绍的，用在QWIP部分100′中的材料与用在QW 调制器部分500′中的材料相似；因此，因此顺序生长(例如利用分子束 外延)是没有问题的。利用铟凸起700′将图5中的像素800电连接到电 子电路像素300′。

QWIP部分100′最好包含位于两个n型接触层120′和130′之间的多 个n型QW110′。此外，QWIP部分100′包括一光栅140′或其它装置， 用于将适当偏振的LWIR或MWIR光(即，为了产生次带内的光吸收按 照偏振选择规则所需要的垂直于量子阱层110′)耦合到QWIP部分 100′。

最好，QM调制器部分500′包含多个分布在n型接触层520′和P型 接触层530′之间的掺杂的QW510′，因此形成p-i-n二极管的本征(i) 区。假如需要改变调制器部分的电阻，如下面对申请人的发明的另一些 实施例所介绍的，可使接触层530′进行n型掺杂，以便形成n-i-n光调制 器。

接触层520′可以由和QWIP接触层130′相同的材料组成，并掺杂到 同样的程度。在这种情况下，两个接触层130′和520′将形成一个将QWIP 部分100′电连接到QW调制器部分500′的单一连续层。在另一实施例 中，接触层520′最好能包含一绝缘平面镜，它在QW调制器部分500′的 NIR工作波长具有高的反射率(＞99％)(如在上面参考的K.-K.Law 等人的文章中所介绍的)。这会防止NIR光进入QWIP部分100′(按某 些QWIP设计，会吸收NIR光，因此降低调制器的性能，并在QWIP 部分100′产生不希望有的光电流，即产生相互干扰)。还会防止NIR光 由光栅140′折射(或散射)。在光栅140′处的NIR光的折射(或散射) 能降低NIR图像的质量。

像素800的阵列可以利用标准的半导体照像蚀刻技术形成。通过将 围绕像素的材料蚀刻掉以露出最接近基片200′的接触层530′，可形成通 常为一个尺寸约为50微米乘50微米的正方形的像素。在大多数应用场 合，对于阵列所有的像素来说，接触层530′是共用的，因此总共仅需要 一个电接触点，而不是每个像素都需要一个电接触点。第二蚀刻步骤用 于露出中间接触层130′和520′的一个小的区域。光栅140′通常蚀刻深入 接触层120′并用薄金属膜涂覆。

如在图5中所示，铟凸起700′用于将QWIP接触层120′、共用中间 接触层(130′和520′)、以及QW调制器接触层530′连接到电子电路300′ 上。在这一实施例中，例如图4所示的电子电路300′用于控制集成的图 像变换器像素800。

光调制器500′的一个典型的QM部分510′包含每个厚度例如为10 毫微米的多个(例如80)未掺杂的GaAs量子阱，它们由各例如 Al(0.3)Ga(0.7)As层(每层厚度例如5毫微米)构成的覆盖层所分开。平面 镜接触层520′包含多个(例如10个)相互交替的例如为Al(0.3)Ga(0.7)As和AlAs层。接触层530′通常由GaAs构成。

在由John W.Little，Jr，在1992.6.30申请的共同转让的美国专利申 请第07/906417号中介绍了对于QWIP100′的QW部分110′的优选的设 计，这里引入该申请提供参考。它被称为微带-传输(MBT)的量子 阱红外检测器。一个用于该LWIR的示例的MBT结构包含多个(例如 40)厚度例如为8毫微米的n型GaAs QW，它们由超晶格结构的位垒 层分开。该超晶格结构的位垒层包含厚度经选择的(例如分别为1.5毫微 米和4毫微米)例如为GaAs和Al(0.3)Ga(0.7)As的多个(例如10)交错 的层，以便在位垒层中形成一个各能态的微带，该位垒层用作由QW输 出的光激发的载流子的高迁移率的沟道。

由于MBT设计在材料成分选择方面能有更大的灵活性，用在集成 式图像变换器的MBT设计与其它QWIP设计比较是优选的。例如，可 以在QW调制器部分500′和QWIP部分100′中的所有各AlGaAs层中均 采用相同的铝浓度以在一个共用的基片上顺序地生长这些部分，这与采 用不同的各个铝浓度相比，其复杂程度较低。

图6表示集成式图像变换器的一特别简单的实施例，它是具有如图5 所示的大体相同元件的一个像素的外延层结构的示意断面图。这里，电 子电路300′是一个简单的电压源，该电压源仅在两点连接到像素800， 即连接到接触层120′和接触层530′(即，中间接触层130′和520′不连接 到电子电路上)。图7表示集成式图像变换器的这一实施例的电示意图。 QWIP部分100′和QW调制器部分500′串联连接，偏置电压Vbias施加到 该串联电路上。Vbias的一部分加在QWIP部分100′上(在图7中标以 Vdet)，Vbias的一部分加在QW调制器部分500′上(在图7中标以Vmod)。 QWIP部分100′的电阻的光致变化引起串联电路偏置电压分布的变化， 因此，引起调制器部分500′上的偏置电压的变化。

这种分压器装置仅当流经QWIP的总电流的主要部分是光电流而不 是热致(暗)电流(即QWIP有限的本底电流)时才是有效的。这就要 求低的工作温度或较短波长(MWIR)的QWIP响应。由于该电子电路 简化了，这种方式对于低成本的图像系统(例如用于观察MWIR情况的 图像放大器的前端)是有利的。

分析图7所示的等效电路表明，调制器上偏置电压的变化ΔVmod与 QWIP中的电阻上的百分比变化ΔRdet/Rdet相关，由如下表达式表示： $\Delta V_{\mathrm{mod}}=-V_{\mathrm{bias}}·\frac{R_{\mathrm{mod}}/R_{\det }}{{(1+R_{\mathrm{mod}}/R_{\det })}^2}·\Delta R_{\det }/R_{\det }--\left(1\right)$ 其中Vbias是在该像素上的总的偏置电压，Rmod和Rdet分别是调制器500′ 和QWIP100′的有效电阻。对于固定的ΔRdet/Rdet，当Rdet等于Rmod时 ΔVmod最大。在这些条件下，在调制器上的偏置电压是Vbias/2，它在调 制器偏置电压上引起的相对变化符含下式：

ΔVmod/Vmod＝-1/2·ΔRdet/Rdet                          (2)

一种示例MWIR MBT包含多个(例如40)厚度如为4毫微米的 In(0.1)Ga(0.9)As量子阱，它们由包含多个(例如10个)厚度例如分别为2 和3毫微米的交替的Al(0.3)Ga(0.7)As和Al(0.5)Ga(0.5)As层的超晶格位垒分 隔开。

对于具有上述结构的MWIR QWIP，在80K下，测量的电阻范围 为1×1010到1×1011欧，这一范围可与反向偏置的p-i-n二极管有效电 阻即QW调制器部分500′的电阻相比拟。我们发现，通过改变由300K 黑体到500K黑体的输入图像测量到的QWIP100′的电阻的百分值变化， 对于一个试样来说，在QWIP偏置电压为4伏时，大约为0.37。

当将这样一个QWIP与调制器串联并施加约10伏的偏置电压时，在 QWIP部分100′和调制器部分500′之间的偏置电压分压近于相等，对于 检测器电阻的约为0.4的百分值变化，引起的调制器上偏置电压的变化 (由方程(2))应为约1伏。对于在80K下QW调制器中得到的相当尖锐 的吸收谱线宽度，这在调制器部分内足以引起NIR光的吸收率相当大的 变化。

图8a和8b表示利用图6所示的串联偏置的集成式图像变换器的一 个实施例，将MWIR光的强度变化转变为NIR光的强度变化的实验结 果。在这种器件中，调制器部分中的QW510′由厚度为10毫微米的 In(0.08)Ga(0.92)As构成。图8a表示在有或没有光由MWIR源入射到像素 上，在NIR频谱区内的器件的透射率。对于“MWIR源断开”曲线， 在880毫微米附近的透射率的下降是由于激子吸收所引起的。当MWIR 源接通时，这一急剧下降变平，并移动到较长的波长区。这种情况与增 加偏置电压时，在NIR频谱中所观察的现象相同。这意味着当MWIR 光接通而不是断开时，在QW调制器部分500′两端形成最高的偏置电 压。这与在出现MWIR光时由于QWIP的电阻的降低引起电压重新分布 的说法一致。

图8b表示在没有MWIR光时和出现MWIR光时在8-8毫微米的 波长下的试样的透射率。(水平轴为时间轴，指的是快门打开使MWIR 光照到像素上的时间)。响应于MWIR光的强度变化的NIP光的强度变 化(以透射率的变化来表示)是利用集成式图像变换器像素800形成图 像变换的直接证据。

在这一被测试样上施加电场的情况下，激子的吸收不再明显尖锐。 推测起来是由于这一问题引起的，即由于在InGaAs量子阱不协调的晶 格结构中的应力引起试样出现问题。

图9a和9b表示利用在如图6所示的串联偏置的方案(分别为-4 伏和-5伏偏置)的集成式图像变换器的第二实施例中的图像变换的实 验结果。在这一试样中，QW510由厚度约为10毫微米的高质量GaAs构成的，QWIP部分与对MWIR操作的上述介绍中的相似。由于GaAs基片对于调制器的工作波长是不透明的，测量光电流Ipc相对于波长(在 NIR频谱区)的关系曲线，而不是测量透射率曲线。在这种方式的测量 中，光电流信号与在试样中的吸收强度成比例，在光电流中的各峰值表 示激子的吸收。在图9a和9b中的左竖直轴是相对光电流(标以Ipc)， 右竖直轴是在试样上MWIR光产生的光电流对MWIR光断开时的光电 流的比。对-4伏偏置和-5伏偏置的情况(分别为图9a和9b)，与 MWIR光断开的情况相比，激子吸收特性曲线在MWIR光照射时仍然 清晰尖锐，并移动到较长的波长区。接通/断开(on/off)比的范围在4 到5，这意指对于图像变换器的操作得到了这种幅度的NIR调制深度。

上面已根据各特定实施例对申请人的发明进行了介绍。然而，本技 术领域的一般专业人员会认识到，本发明并不限于这些实施例，实际上， 本发明的原理可以在其它装置和方法中体现和实践。因此，本发明不应 以为是由这些特定的实施例来限定的，而是由如下权利要求限定的。