光电探测器的激光破坏（损伤）阈值分析

本文系统收集各种光电探测器及其相似材料在受到激光辐照时所导致的软、硬破坏效应（有时称为激光损伤）,综合对比分析各种破坏阈值的大小,为激光与光电探测器相互作用的研究提供一个较为全面系统的参考。     

CW CO2激光对PV型InSb探测器的破坏效应

通过测量光伏型锑化铟探测器在不同功率密度、不同辐照时间的CW CO2激光辐照时性能的变化,得到其破坏阈值区间.理论上用一维热模型计算了探测器在激光辐照过程中的温升,结果表明,PV型InSb探测器的破坏效应源于连续波激光辐照过程中温升达到InSb材料熔点时其pn结退化为电阻.     

10.6 μm脉冲激光对多晶硅探测器干扰损伤实验

用10.6 μm脉冲CO2激光辐照多晶硅光电探测器,进行了干扰与损伤阈值实验研究,得到了对多晶硅探测器的干扰、损伤阈值;分析了不同干扰能量的干扰效果,研究了干扰损伤机理,依据受干扰程度对干扰等级进行了划分;通过干扰激光能量与干扰光斑面积的关系,重度饱和后探测器随时间恢复情况,探讨了各干扰等级下10.6 μm脉冲激光对红外成像系统的干扰效果。     

单脉冲激光损伤CCD探测器的有限元仿真

为了研究激光对CCD探测器的损伤效应,采用有限元分析的方法进行了激光损伤CCD的理论分析和实验验证。阐述了激光辐照CCD探测器的损伤机理,设计了激光辐照CCD探测器热效应的仿真模型,针对波长为532nm的高功率激光辐照硅基CCD探测器而产生的热效应,利用有限元法进行了仿真计算,得到了CCD探测器受到532nm激光辐照时硅电极的温度曲线以及硅电极损伤时间阈值,并相应计算出损伤CCD探测器所需要的激光能量阈值为220mJ/cm2左右。结果表明,损伤阈值随着激光功率密度的增大而减小,但变化幅度不大;当多脉冲毫秒激光辐照CCD探测器,在一个脉冲结束、下一个脉冲到来之前,探测器温度恢复到环境温度。该模型可以较为准确地对单脉冲激光辐照CCD探测器时产生的热损伤效应进行模拟。     

脉宽及重频对HgCdTe探测器损伤阈值影响分析

为了研究脉宽及重频对HgCdTe探测器损伤阈值影响,采用有限元法对HgCdTe红外探测器进行2维建模,以及激光辐照探测器温度场的仿真,得到了波段内外脉宽从10ns~1000ns的单脉冲激光损伤阈值。由于采用实验测定所有脉宽激光损伤阈值的办法不现实,故通过仿真计算,给出了从ns~μs量级不同激光脉宽的单脉冲探测器损伤阈值公式。结果表明,波段外单脉冲损伤阈值为9MW/cm2~0.9MW/cm2,波段内为150MW/cm2~15MW/cm2,并且探测器单脉冲损伤阈值与激光脉冲宽度呈负指数关系;当采用重频激光辐照探测器时,在相同的重复频率下,因长脉冲激光比窄脉冲宽激的脉冲间隔小,故长脉冲激光辐照时更容易出现温度积累效应,从而出现大面积损伤。这为进一步研究探测器的热应力场热弹性波和激光防护等提供了重要的理论分析依据。     

脉冲激光辐照CCD探测器的硬破坏效应数值模拟研究

具有一定能量强度的激光辐照CCD图像探测器时可造成探测器的干扰和破坏.基于热传导和热弹性力学的基本关系式建立了脉冲激光辐照CCD多层结构的热力耦合数学物理模型,对热传导方程和应力平衡方程进行有限元数值求解,计算得到不同能量密度下脉冲激光辐照CCD的瞬态温度场和热应力场,分析了CCD最易损伤的位置及激光参数对探测器损伤的影响,并结合CCD的像元构造和工作方式阐明了CCD各层结构的损伤对CCD成像质量的影响程度及影响机理.     

硅光电二极管飞秒激光损伤的实验研究

对 6 0飞秒 80 0nm激光辐照下硅PIN光电二极管的信号饱和、损伤及失效进行了实验测量。实验得到硅PIN光电二极管的失效阈值为 1.2J/cm2 ,损伤阈值比失效阈值低一个量级。飞秒脉冲辐照后 ,存在 10 -4s量级的饱和时间 ,辐照后对信号光的响应在短时间内出现不规则变化 ,在长时间内随脉冲能量密度增大而降低。     

单脉冲激光辐照CCD探测器热效应仿真研究

为了研究实际情况下激光辐照CCD热效应情况,首先介绍了CCD探测器的结构和工作原理并分析了脉冲激光对CCD探测器的热损伤过程。然后利用有限元方法在三维空间上分别对三种波长的脉冲激光(532nm、808nm、1064nm)辐照CCD进行了固体传热仿真,通过仿真得到了在三种不同波长下CCD探测器的损伤能量密度阈值。接下来通过比较损伤能量密度阈值发现当波长为532nm时,CCD探测器的损伤能量密度阈值最小。最后对比已发表的实验结果找到了比较统一的损伤规律。     

大功率激光对CCD探测器损伤研究

针对大功率激光辐照可见光成像探测器损伤机理,开展了1080nm波段大功率连续激光对CCD探测器损伤模型仿真与实验研究。首先,基于CCD典型结构及各层材料特性,建立了连续激光对CCD探测器热效应损伤模型,仿真模拟了CCD各层瞬态温度场和应力场,分析了连续激光损伤CCD多层结构的时间演化规律;其次,开展了连续激光对CCD探测器损伤实验,获取了CCD损伤阈值,并利用金相显微镜、扫描电镜对CCD探测器各层熔融情况进行了分析;最后,对模型仿真与损伤实验结果进行了对比,并分析了损伤阈值存在差异的原因。结果表明,1080nm连续激光辐照可见光CCD探测器400ms时的仿真损伤阈值为145×106W/cm2,实验损伤阈值213×106W/cm2,误差约为319。仿真与实验结果对探究大功率激光辐照CCD探测器损伤机理、评估干扰效果具有一定的参考意义。     

皮秒脉冲激光辐照太阳能电池损伤特性实验研究(特邀)

以皮秒脉宽激光多脉冲损伤太阳能电池为背景,通过激光烧蚀电池前后表面形貌、电池伏安特性、电致发光特性获得损伤特性。采用脉宽15 ps、波长1 064 nm皮秒脉冲激光辐照三结GaAs太阳能电池进行实验。通过重频调节改变激光辐照功率,对太阳能电池栅线与非栅线部位在激光辐照下的损伤特性进行分析。实验发现辐照非栅线部位时,尽管激光光斑较小,但电池内部材料已经发生损伤,主要是由于电池内部材料有序结构的破坏逐渐增大,尤其是激光功率越高时,内部损伤面积越大。当激光辐照栅线部位时,栅线部位受热熔断会极大影响太阳能电池对载流子的吸收,从而降低电池的光电转换能力,进而影响太阳能电池的电性能,使得激光辐照栅线部位损伤效果强于辐照非栅线部位。     

环境气氛及气压对增透膜真空激光损伤的影响

利用1-on-1损伤测试方法,测试了真空和空气、氧气、氮气、氦气环境下在波长为1064 nm处增透膜(ARF)的激光损伤阈值和损伤形貌.结果表明,真空环境下的损伤阈值明显低于大气环境下的损伤阈值,真空环境下的破斑形貌也与大气环境下的破斑形貌有显著差异.在真空环境下存入一定量的氧气、氮气和氦气后薄膜的损伤阈值都得到提高,但存入的气体的种类及气压不同,损伤阈值与破斑形貌也不尽相同.     

高斯激光辐照焦平面探测器温度场分析与仿真

为了研究激光辐照焦平面探测器的温度效应,采用ANSYS有限元软件建立高斯脉冲激光辐照锑化铟红外焦平面探测器的3维结构分析模型,并对该探测器3维温度场效应进行了研究。结果表明,激光辐照下,探测器最大温度出现在最上层的锑化铟芯片上,探测器最大温度达到锑化铟芯片熔点温度798K时,将会引起探测器的热熔融损伤,且熔融损伤阈值受到脉宽、光斑半径等激光参量的影响;高斯脉冲激光辐照下,探测器中各层材料的温度场分布呈现出非连续的高温极值区域,其主要原因是位于锑化铟红外焦平面探测器中间层相间分布的铟柱和底充胶具有迥异的热学性质,并且造成探测器温度场云图中锑化铟芯片、底充胶与硅读出电路高温极值区域形成类似于互补的高温分布。这为进一步研究温升效应引起的应力场分布、提高探测器激光防护性能提供了重要的理论分析依据。     

受激光辐照的光电探测器表面温度的计算

本文在考虑了激光在材料内的热源效应后,求解了热扩散方程,给出两种常见情况下激光功率与脉宽、表面温升的关系式,借助探测器表面的温度曲线,给出几种探测器损伤阀值时的表面温度。讨论了探测器破坏的热机理．     

光电探测器激光损伤因素及其成因分析

给出了光电探测器激光能量损伤阈值的参考表达式,并对导致激光损伤的显性和隐性因素及其成因进行了分析。给出了激光损伤阈值同部分损伤因素的大致变化关系,为激光干扰、致盲武器系统的设计奠定了基础。     

毫秒脉冲激光损伤CCD探测器的实验研究

为了研究行间转移型彩色面阵CCD在毫秒脉冲激光辐照下的损伤效果,采用实验研究的方法,测量了不同能量密度的激光作用下,CCD表面中心点温度、受损区域面积、深度及CCD内部复位时钟信号和阻抗值的变化,结合CCD输出图像中出现不可恢复的焦斑及黑白雪花现象,对彩色面阵CCD在毫秒脉冲激光作用下的损伤效果进行了分析。结果表明,在毫秒脉冲激光的辐照作用下,行间转移型彩色面阵CCD内部结构会产生不同程度的烧蚀,当能量密度达到23.49J/cm2时,烧蚀深度直达基底层,致使CCD内部信号传输通道断开,漏电流增加,最终造成CCD无信号输出,完全损坏。该研究对CCD探测器在强激光作用下的损伤效果研究是有帮助的。     

脉冲激光对星载探测器的干扰和损伤分析

该文采用高斯光束辐照半无限固体的温升模型,研究了探测器表面温升与激光干扰和损伤阈值的变化关系。发现脉冲CO2激光对探测器的干扰和损伤与脉宽无关,只与脉冲能量密度有关,探测器表面温升与入射激光脉冲能量密度成正比关系,干扰阈值比损伤阈值要低一个数量级。通过理论分析,求出了干扰和损伤星载HgCdTe探测器所需CO2激光的脉冲能量。定性分析结果表明高平均功率重频脉冲激光更容易对星载探测器造成有效干扰和永久性损伤。     

532nm激光对光学薄膜的损伤

本文报导了532nm激光对光学薄膜的激光损伤和多脉冲损伤的积累效应,研究了激光预辐照对光学薄膜损伤阈值的影响.