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。     

单脉冲激光对CCD探测器的硬损伤及损伤概率

在纳秒激光脉冲辐照下,随着CCD探测器损伤程度的加深,成像系统输出画面中先后出现点损伤、白线损伤以及完全失效等现象,且损伤阈值呈现出概率分布特性。实验激光波长为1 064 nm,首先采用n-on-1辐照模式,研究CCD探测器在不同损伤程度下的损伤现象,从器件工作原理的角度分析各种现象出现的机理。利用光学显微镜观察样品的损伤形貌,发现探测器的损伤部位从内部材料开始,逐渐发展到位于表面的微透镜结构。接下来,采用1-on-1辐照模式测量了点损伤和完全失效阶段的激光能量密度阈值,并以损伤概率的形式进行描述,得到实验样品的完全失效阈值在100 mJ/cm2左右。     

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。     

脉冲激光对CCD探测器有效干扰距离的研究

估算了脉冲激光在大气环境下对典型CCD探测器的有效干扰距离,为提高激光干扰系统空间布局的合理性提供依据。计算了脉冲激光在近地面传输时的远场功率密度,进行了脉冲激光损伤面阵CCD探测器的实验,得到了造成CCD探测器出现不同损伤情况所需要的近似的激光能量密度值。在此基础上,综合理论计算与实验结果得出结论:波长532 nm、单脉冲能量1 J、脉宽10 ns重复工作频率1 Hz的脉冲激光在1500 m内会严重损伤CCD探测器;在1500~2800 m内会严重干扰CCD探测器;在2800~7000 m内会使CCD探     

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。     

XeF（C-A）蓝绿激光对可见光面阵CCD软损伤的实验研究

建立了脉冲激光辐照CCD器件实验平台,采用XeF（C-A）蓝绿激光辐照可见光CCD,获得CCD出现软损伤（局部饱和、全饱和、串扰及致眩）的激光能量密度阈值或量级及对应的CCD图像,用饱和面积法分析了蓝绿激光对CCD的软损伤效应。     

1064 nm和532 nm激光共同辐照薄膜的损伤

建立了两个不同波长激光同时辐照薄膜的损伤阈值测试装置,实验研究和对比1064 nm激光,532 nm激光,1064 nm和532 nm激光共同作用3种不同方式辐照1064 nm和532 nm增透膜(ARF)的损伤阈值及其损伤形貌.结果表明,1064 nm和532 nm激光共同作用损伤形貌和532 nm激光单独作用下的形貌相似,532 nm激光在诱发薄膜损伤因素中起主导作用.1064 nm激光单独辐照薄膜的损伤阈值高于532 nm激光,而1064 nm和532 nm激光共同作用下薄膜的阈值介于这两者之间.     

多脉冲激光辐照皮肤组织的光热效应实验研究

通过实验测定了离体乳猪皮肤组织在多脉冲Nd:YAG激光辐照下径向和轴向不同位置的温度分布,重点研究了激光辐照能量密度、脉冲重复频率以及波长对皮肤组织温升分布的影响.研究结果表明:皮肤组织中的温度分布与探测位置、激光辐照能量密度、脉冲激光的重复频率以及波长密切相关;在激光辐照时间为40 s的情况下,同一波长同一频率时组织温度随能量密度的增加而增大,波长1064 nm、霞复频率10 Hz时的安全光剂量阈值为1118.19 mJ/cm2;同一波长同一能量密度时,组织温度随脉冲激光重复频率的增加面增大;同一能量密度同一频率时,波长为1 064 nm的多脉冲激光辐照皮肤组织时的光热效应较532 nm波长明显.     

光电探测器的黑白屏现象及相应阈值的测算方法

采用波长为532 nm的低重频高能量脉冲激光从31.5m的距离处辐照可见光面阵CCD时,试验中观察到了可见光面阵CCD的黑白屏现象.提出了准确测算可见光面阵CCD出现黑白屏现象时光敏面上激光功率密度阈值的方法.通过调节入射激光的重复频率和在光路中添加合适倍率的衰减片,测得了CCD前置光学系统的增益为4.4×103,并最终获得了CCD出现黑白屏现象时光敏面上的激光功率密度阈值为4.49 W/cm2.研究结果可为实施强激光对光电探测器的致盲干扰提供理论依据和数据参考.     

不同波长激光对CCD的干扰性实验研究

为了对比研究激光对可见光CCD的干扰效果,采用532nm,808nm和1064nm波长的激光对同一可见光CCD进行了干扰实验。结果表明,3种波长的激光对CCD都有一定的干扰效果,由于干扰波长、干扰功率、工作方式等不一样,干扰效果也存在差异。对于脉冲式激光器,532nm激光比1064nm激光具有更低的光饱和阈值;当各波长激光输出达到一定功率时,CCD会出现饱和串音的现象。此干扰实验为更好干扰CCD成像系统提供了一定的实验依据。     

1064 nm激光光热效应对CCD探测器干扰实验研究

为了研究激光的光热效应对CCD探测器的干扰效应,利用1064 nm激光开展了对CCD探测器的干扰实验。实验采集数字图像的处理分析可明显观察到1064 nm激光对于CCD探测器的串扰现象。进行了激光照射CCD探测器随时间变化产生热噪声差对比实验,观察到了激光光热效应对于CCD探测器的干扰效果。实验表明CCD探测器表面温度随1064 nm激光辐照功率的升高而逐渐升高的现象,由于光热效应带来的图像热噪声明显影响到了CCD探测器的成像效果。由于硅基CCD探测器对1064 nm波长的低光电响应率,研究光热效应对CCD探测器干扰效应尤为重要。     

激光辐照CCD图象传感器局部的破坏效应研究

研究了激光辐照CCD图象传感器局部时,CCD工作性能的变化;测量了连续波激光辐照下CCD的饱和阈值(分别对1060nm和632.8nm)及脉冲激光辐照下的破坏阈值;分析了造成饱和及破坏的机理;用一维绝热边界条件热模型计算热饱和阈值.     

532nm激光对面阵和线阵CCD损伤效应实验研究

为了研究面阵CCD和线阵CCD由结构差异所致激光损伤效应的区别,针对这两种类型CCD器件进行了机理分析和对比实验研究。分别测量出波长为532nm的激光对线阵CCD和面阵CCD图像传感器的光饱和串音阈值、所有像素串音阈值和硬损伤阈值。结果表明,面阵CCD的光饱和串音阈值和永久破坏阈值比线阵CCD低,而串音扩散到所有像素的阈值高于后者。反映出线阵CCD由于其1维结构更能抵抗激光的干扰和破坏,而面阵CCD在抵御饱和串音在像素间扩散上比线阵CCD有优势。     

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.     

新型面阵式CCD探测器型多光栅单色仪

研制了一种采用面阵式高精度CCD探测器和多光栅结构的新型单色仪,该单色仪采用了多块平面光栅结构的光谱分析系统,无需任何机械转动和位移器件,并采用面阵式高精度CCD光谱探测器,对光谱进行快速准确的数字成像,在很宽的光子能量范围内(200～1100nm)实现对光谱的快速测量和分析,适用于各种光电子实验对象的光谱学分析,光谱分辨精度优于1.0nm.解决了二维光谱探测区的数字化光谱定标,建立了探测象素随波长和能量非线性分布的数学模型.     

红外激光辐照下光电探测器光谱响应度的研究

响应度R是反映探测器性能的一项重要指标.当光电探测器被激光损伤后,其响应度R将会下降.文中探讨了强激光对光电探测器的损伤机理,对不同功率密度强激光作用下探测器的光谱进行了测量,研究了探测器在强激光辐照下探测器响应度变化规律.对光电对抗以及光电探测器的抗激光损伤研究具有一定的参考价值.     

水下物体的激光偏振成像研究

采用波长532nm的激光器作光源，面阵CCD作探测器，利用水中粒子和物体散射光解偏振度的差异，本文研究了水下物体的激光偏振成像。结果表明，采用偏振技术可使水下成像距离扩展至15倍左右。本文还讨论了不同衰减长度和偏振器的不同偏振角度与图像对比度的关系。     

1 064 nm、532 nm、355 nm波长脉冲激光辐照多晶硅损伤特性研究

为系统研究不同波长激光与多晶硅材料的相互作用,采用1 064 nm、532 nm、355 nm波长单脉冲激光对多晶硅进行辐照实验,研究多晶硅在这三种波长激光下的损伤形态。实验结果表明:在其他参数不变的情况下,损伤阈值随激光波长的减小而变小,且与波长呈线性关系;在低能量密度水平下,355 nm激光与物质作用主要是以光化学模型为主的光化学-光热共同作用方式,其他波长为光热模型;在激光能量密度处于低水平时,辐照区域出现相互连接的规则六边形微结构,并且六边形中心呈现圆形凸起状态,其产生是由液体横向流动的波动本质造成的,并与多晶硅表面的粗糙度有关。