光电探测器的激光破坏机理研究

本文主要分析激光辐射各种光电探测器及其相似材料结构时，所产生各种破坏效应的物理机制，进而分析讨论产生各种破坏效应时的理论计算模型及其适用性。最后探讨光电探测器及其相似材料的激光破坏机理相关研究的发展方向。     

光学元件

0101943激光对光电探测器的破坏机理研究综述[刊]/钟海荣//强激光与粒子束.—2000.12(4).—423～428(D)跟踪调研国内外关于激光辐照光电探测器及其光电材料所导致的各种软硬破坏效应的研究资料,系统收集各种形态破坏阈值和电学性能破坏阈值,并对其进行对比分析。同时,对激光辐照光电探测器的各种破坏机理及其理论计算模型进行分析讨论。参17SPIE-Vol.3631-65 0101944光电子波导器件(含4篇文章)=Session 3:optoelec-tronic wareguide devices[会,英].—65～95(PC)本部分含4篇文章。题名为:以大型磁心聚合物光纤为基础的互联用的低成本平面光耦合器,集成光电子纵横接线器的高速开关特性,采用溶胶-凝胶技术的集成光学用的 InP 衬底上 SiO_2制备,以及非线性光学聚合物磁心导电聚合物包层光电子器件。SPIE-Vol.3631-2150101945元件集成(含4篇文章)=Session 8:component integra-don[会,英].—215～251(PC)本部分含4篇文章。题名为:VCSEL、检测器与     

激光对四象限光电探测器破坏实验研究

本文对强激光破坏光电探测器进行理论分析,并对激光破坏四象限硅光电池进行实验研究。     

光电探测器中的非线性光学效应

文中报导了激光与光电探测器相互作用瞬间（不考虑温升或未产生温升）可能产生的记忆，光学饱和、混优、受激光散射等一系列非线性光学效应；给出了某些光伏、光导型探测器以及CCD的光学饱和阈值，记忆效应和混优效应对光电探测器工作的影响，受激光散射可能对光电探测器造成的破坏作用等。     

激光对天基红外系统预警卫星光电探测器的干扰效能研究

从分析预警卫星光电探测系统入手,在介绍了激光干扰光电探测器机理的基础上,研究了激光在大气传输中的衰减效应及远场激光光斑尺寸估算,建立了激光辐照星载光电探测器的远场能量密度模型,并以1.06μm激光辐照星载HgCdTe探测器为例,通过仿真计算,定量地评估了激光武器对天基红外系统预警卫星光电探测器的干扰效能。     

波段内激光辐照光电探测器的光热效应实验研究

以1.06μm激光为例,使用PC型HgCdTe探测器,从实验的角度全面给出探测器各种可能的激光响应结果;同时给出响应波段内激光辐照探测器时光、热各自作用及光热综合作用的实验曲线,并结合此结果以清晰直观的图像分析了波段内激光辐照光电探测器时各种响应结果的成因.研究表明:激光辐照过程中,探测器信号响应曲线是光、热综合作用的竞争结果;激光停照后,信号曲线仅反映探测器的热恢复过程;光电导探测器的光响应和热响应随工作温度的变化均存在峰值响应.探测器的工作温度、激光功率密度和辐照时间是影响探测器信号响应曲线行为的关键参数.     

激光对光伏探测器真空破坏的实验研究

为了进一步研究激光对光电探测器的损伤破坏特性,以损伤面积和开路电压的变化为判断标准,实验研究了真空环境与大气环境中,脉冲激光辐照对光伏型探测器的破坏特性。选用无覆盖层的2CR 10×2.5四象限硅光电池作为探测器试件,辐照光源为波长1064nm的Nd:YAG脉冲激光器。分析讨论了真空及大气环境下,单脉冲及多脉冲激光打击时,光伏型探测器的破坏阈值及破坏形貌的区别及其成因。实验分析比较了不同环境下的破坏面积异同及其对光伏型探测器的影响。结果表明,真空环境中的破坏阈值明显低于大气环境,在本文中的实验条件下,其实际阈值约为大气中的40%。该研究在光电对抗及有效防护等方面有重要意义。     

激光脉冲时域特性与探测器响应关系探讨

针对激光与光电探测器两种相互作用方式,选择四种常见的激光脉冲波形,建立简单数学模型,计算了光电探测器接收到的激光脉冲能量和脉冲激光在探测器上的有效持续时间,并据此分析激光脉冲时域特性与光电探测器的响应关系.计算结果表明,不同的激光脉冲波形引起的光电探测器的响应会有差异,并且,相对较长的大能量激光脉冲波形可能在探测器中引起较好的作用效果.     

扫描型星载光电探测器激光干扰建模与仿真

激光干扰是目前对抗光电探测器的重要手段之一。从激光对光电探测器的干扰机理出发,研究了激光远场光斑大小,探测器表面激光覆盖面积,改进了扫描型星载光电探测器激光入瞳模型。为辐照到探测器光敏面的激光功率密度建立了模型,并以1.06μm激光辐照HgCdTe红外探测器为例,通过仿真计算,证明了星载低功率激光器对星载光电探测器干扰的可行性。     

光电探测器受强激光干扰与损伤风险分析

在光电对抗系统试验和光电检测系统设计中经常需要对光电探测器受激光干扰与损伤情况进行分析。介绍了1.06μm和10.6μm激光在大气中的传输公式,分析了光电系统的光学增益,并利用CCD电视系统和红外热像仪的相关参数计算了其探测器接收到的能量密度,在与其损伤阈值进行比较后得到其损伤风险。对进行强激光对抗试验和光电检测系统设计具有一定借鉴作用。     

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．     

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。     

激光辐照PC型HgCdTe探测器热效应的计算

通过测量ＰＣ型ＨｇＣｄＴｅ探测器电阻与温度的关系及激光辐照下电阻随时间的变化，建立了热模型，计算了三种损伤机制下的激光损伤阈值。     

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。     

激光对光电探测器的损伤阈值研究

本文研究了1.06μm和0.53μm激光对硅pin光电二极管以及硅雪崩光电管的永久性损伤效应,测出了损伤阈值。实验发现,光电探测器的PN结受到激光热烧伤是造成其永久性损伤的重要因素,损伤阈值的大小与激光波长、脉冲宽度以及光电探测器结构有关。     

短脉冲和连续激光对太阳能电池的损伤对比

为了研究短脉冲激光和连续激光对太阳能电池损伤的差异,采用波段内的短脉冲激光和连续激光进行辐照单晶硅太阳能电池的实验。通过观察电池被两种激光辐照后的损伤形貌,结合分析太阳能电池的结构,得到了短脉冲激光和连续激光对太阳能电池造成的损伤形式和成因,对比了两种激光对电池的损伤差异。研究结果表明:波段内短脉冲激光和连续激光对太阳能电池的损伤主要是依靠热效应,其中短脉冲激光对太阳能电池的损伤形式主要是热力损伤,连续激光对太阳能电池的损伤形式是热熔损伤。     

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CO2激光损伤K9玻璃的实验与仿真

对脉冲CO2激光损伤K9玻璃进行了实验与仿真研究.采用输出脉宽为10μs的脉冲CO2激光器对K9玻璃样品进行激光损伤实验,并且建立了脉冲CO2激光损伤K9玻璃的理论模型,利用有限元法对K9玻璃样品中的温度和应力分布进行数值分析.研究表明,K9玻璃的损伤阈值为6.533 J/cm2;入射激光能量密度越高,样品的损伤程度就越大,并且多脉冲对样品的损伤程度明显大于单脉冲;在激光能量较强的情况下,K9玻璃表面在光斑区域内形成熔融损伤和由压缩应力造成的应力损伤,在光斑区域外围则形成由环向拉伸应力造成的应力损伤,仿真分析结果与实验结果吻合良好.     

激光损伤机理判断研究

实验发现光学材料的损伤与激光波长、材料特性、激光脉宽等因素有关,而且光学材料损伤的最终态是不一样的,这个态可以是熔化、碎裂或蒸发。为了解释这些现象,从材料的热传导方程出发半定量地讨论了光学材料损伤机理,指出了一个关键参数决定了激光诱发损伤与激光脉宽τp的关系,它就是光学材料内的夹杂物把热量传递给光学材料体所需时间τ。在τpτ时,损伤阈值由激光辐射强度决定;在τpτ时,损伤阈值由激光辐射能量密度决定。