在TEA-CO2强激光脉冲作用下Hg0.8 Cd0.2 Te晶片表面的组分变化

利用场发射扫描电子显微镜对TEA-CO2强激光脉冲辐照的Hg0.8Cd0.2Te晶片表面进行了观察,并利用电镜自带的能谱分析仪对其表面进行了成分分析.在单脉冲能量为1.91 J,峰值功率密度为2.63×107W/cm2的脉冲CO2激光辐照下,晶片表面呈现出熔融迹象,且晶片表面的化学组分比发生明显的变化.理论与实验研究结果表明:激光急速加热使晶体表面的Hg-Te键破坏,从而导致Hg损失,而Hg损失程度与热作用过程的时间有关.随着脉冲作用次数的增加,多脉冲的连续作用使Hg损失加剧,晶片表面成分变化更加突出.     

激光辐照锑化铟红外探测器的热应力损伤研究

通过介绍锑化铟红外探测器的基本构成及其材料热力学相关特征,阐述了激光辐照锑化铟红外探测器造成的损伤机理,采用有限元分析法,分析相关的辐照环境和条件并建立了一种三维仿真模型。仿真模拟了波长为10.6 μm的CO2激光辐照锑化铟红外探测器时各部分的温度变化及应力变化情况,通过数值分析比较了在光斑面积一定的情况下经过不同功率的激光辐照后锑化铟探测器表面径向及内部轴向发生的温度场变化及应力场变化;探测器表面应力值经过106 W/cm2的激光辐照后很快达到最高点,造成损伤,锑化铟与铟柱接触部分的应力值随光斑半径大小不同而有所变化。将锑化铟探测器材料的应力损伤阈值及变化趋势同已有实验数据进行对比,验证了模型的精确性。     

中红外激光对红外探测系统的干扰试验研究

通过在实验室利用中红外激光干扰红外探测系统获得的数据表明,当入射到探测器上的激光功率密度达到8.15 W/cm2时,可以实现对红外探测器的串扰,当功率密度达到1.63×102 W/cm2时,实现全屏饱和.在饱和串扰过程中,跟踪目标丢失,实现了对红外探测系统的干扰.     

高重频CO2激光对Hg0.826Cd0.174Te晶体的损伤

开展了HgCdTe 晶体的多脉冲热损伤问题的实验研究。采用形貌学方法对脉宽为300 ns 重复频率可调的CO2 激光器对Hg0.826Cd0.174Te 晶体的损伤阈值进行了实验测量,并建立了高重频脉冲CO2 激光辐照Hg0.826Cd0.174Te 晶体的三维热传导理论模型,分析了激光重复频率和辐照时间对晶体损伤特性的影响。研究表明:300 ns 的CO2 激光辐照时间大于10 s时,Hg0.826Cd0.174Te 晶体的损伤阈值不随辐照时间的增加而改变,其损伤阈值为1.421 4103W/cm2;激光重频对晶体的损伤阈值的影响较小,损伤阈值主要取决于辐照激光的平均功率密度。SEM 损伤结果显示:晶体损伤为热熔损伤,表面未发现由热应力造成的裂缝。理论模型获得的损伤数据和温升规律支持实验结果。该研究可为高重频CO2 激光应用、激光防护等提供参考。     

CO2激光对长波红外HgCdTe探测器干扰的分析

激光干扰是对抗精确制导武器、保卫己方目标的重要方式.针对高功率CO2激光对某光导型长波红外HgCdTe探测器的干扰损伤进行了理论分析与实验研究.根据实验结果,利用激光辐照探测器的温升理论模型,计算了温升随辐照时间和功率的关系,并和CO2激光器辐照光导型长波红外HgCdTe探测器的实验结果进行了对比.理论和实验结果表明,此探测器的干扰阈值为16.5W/cm2,损伤阈值为126W/cm2.实验结论对研究激光干扰星载探测器技术具有一定的参考价值.     

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。     

高重复频率CO_2激光重复频率大小对HgCdTe晶体温升及损伤特性影响分析

为深入分析高重复频率CO2激光对HgCdTe晶体的损伤机理,开展了高重复频率CO2激光对HgCdTe晶体的温升实验,测得了不同激光重复频率(1、5、10kHz)下HgCdTe晶体的温升过程,建立了高重复频率CO2激光辐照HgCdTe晶体的理论模型,分析了激光重复频率对晶体温升特性的影响;利用ANSYS有限元软件计算了热损伤时HgCdTe晶体的温升值和热应力大小,并结合损伤形貌分析了激光热应力对HgCdTe晶体损伤的影响。研究结果表明,高重复频率CO2激光长时间辐照下,晶体表面温度随着辐照时间的增加而升高,辐照10s时,Hg0.826Cd0.174Te晶体基本达到热平衡,热平衡温度为77℃;重复频率大于1kHz时,激光重复频率的大小对HgCdTe晶体温升特性的影响较小,晶体表面温度主要由激光平均功率密度来决定;激光热应力对HgCdTe晶体的损伤特性影响较小,Hg0.826Cd0.174Te晶体熔化时的最大热应力为5×107Pa,该值远小于晶体的极限应力。该研究将对高重复频率CO2激光在激光防护等方面具有一定的参考价值。     

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。     

激光与PIN光电探测器相互作用的响应度研究

通过比较短路电流的方法,标定了探测器对He-Ne激光的响应度。用Nd∶YAG激光辐照PIN光电探测器,通过测量激光辐照后探测器对He-Ne激光的短路电流,获得了探测器响应度变化与辐照激光功率密度的关系。从实验数据可知,探测器被功率密度低于7.6×105 W/cm2的Nd∶YAG激光辐照后,不会发生损伤,激光辐照后,探测器对He-Ne激光的响应度不发生改变;当Nd∶YAG激光的功率密度超过9.6×105 W/cm2时,激光辐照后,探测器对He-Ne激光辐照的响应度开始下降,PN结遭到破坏是探测器响应度下降的根本原因,扫描电镜的结果与我们的分析相一致。     

激光辐照对红外探测器的损伤

根据红外探测器的结构特点和传热学理论,研究激光干扰机的激光器对探测器的损伤效果。以InSb探测器为例,设定入射激光从顶层辐照,结合各层之间热传导效应建立分层热模型。考虑激光在空间上的分布为高斯分布,给定初值和边界条件,利用Matlab偏微分工具箱进行建模仿真。重点研究了辐照距离、辐照时间和激光器功率等因素对探测器损伤效果的影响,给出了相应的仿真结果。当连续激光功率为50 W、距离为200 m、辐照时间为3 s时,对探测器的损伤效果主要是软损伤,受激光功率密度所限,未能造成永久性破坏。     

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。     

Pt/HgInTe肖特基红外探测器的抗辐照特性

碲铟汞Hg3In2Te6是(In2Te3)X-(Hg3Te3)1-X(X=0.5)的化合物,被称为缺陷相化合物.为了研究γ辐照对碲铟汞肖特基红外探测器的影响,首先运用直流平面磁控溅射技术在单晶HgInTe表面形成了Pt/Hg3In2Te6接触,然后对HgInTe晶片及其制作的Pt/HgInTe肖特基器件用不同剂量的γ射线进行辐照,利用I-V测试仪对其辐照前后的I-V特性进行测量,得到了辐照前后的反向漏电流,利用傅里叶红外光谱仪对辐照前后的响应光谱进行了对比,发现在短波方向响应光谱随辐照剂量的增大明显下降,但辐照剂量对于峰值波长的位置和截止波长的位置基本上没有明显影响,同时对辐照前后器件的探测率进行了对比,发现探测率随着辐照剂量的增大有所下降,但下降幅度和器件本身性能有关.最后对γ辐照引起探测器性能变化的辐照损伤机制进行了探讨,认为HgInTe在辐照剂量达到1×108 rad(Si)时,其性能也没有数量级的变化,具有很好的抗辐照特性.     

长脉冲与连续激光联合辐照铝合金的温度场仿真

为了给长脉冲与连续激光联合作用模式的参数选择提供依据,采用ANSYS分析了长脉冲激光和连续激光共同辐照下2A12铝合金的温度场,得到了不同连续激光与长脉冲激光加载起始时刻的时间间隔和不同光斑半径组合情况下激光辐照中心点的最高温度和熔池的大小。结果表明,随着时间间隔的增大,激光辐照中心点的最高温度越高;当两束激光的时间间隔大于某特定值时,脉冲激光所造成的温升才会逐渐增加;激光辐照中心点的最高温度和熔池的大小主要由峰值功率较高的长脉冲激光决定,但是如果选择合适的连续激光预热,尤其是当连续激光的功率密度达到105 W/cm2量级时,联合作用能显著增大熔池的尺寸,并适量提高辐照中心点的温度。     

HgCdTe分子束外延In原子的掺杂特性

报道了用 MBE方法生长掺 In N型 Hg Cd Te材料的研究结果。发现 In作为 N型施主在 Hg Cd Te中的电学激活率接近 1 0 0 % ,其施主电离激活能至少小于 0 .6me V。确认了在制备红外焦平面探测器时有必要将掺杂浓度控制在约 3× 1 0 1 5cm- 3水平。比较了高温退火前后 In在 Hg Cd Te中的扩散行为 ,得出在 40 0°C温度下 In的扩散系数约为 1 0 - 1 4cm2 / sec,确认了 In原子作为 Hg Cd Te材料的 N型掺杂剂的可用性和有效性     

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。     

HgCdTe分子束外延In掺杂研究

报道了用 MBE方法生长掺 In的 n型 Hg Cd Te材料的研究结果 .发现 In作为 n型施主在 Hg Cd Te中电学激活率接近 10 0 % ,其施主电离激活能至少小于 0 .6 m e V.确认了在制备红外焦平面探测器时有必要将掺杂浓度控制在～ 3× 10 1 5 cm- 3水平 .比较了高温退火前后 In在 Hg Cd Te中的扩散行为 ,得出在 40 0℃温度下 In的扩散系数约为10 - 1 4 cm2 / s,并确认了 In原子作为 Hg Cd Te材料的 n型掺杂剂的可用性和有效性 .     

2.79 μm中红外激光对PbS探测器的损伤实验研究

开展了不同重频下2.79μm中红外激光对PbS探测器的损伤实验。基于传热学理论,利用有限元法对2.79μm中红外激光辐照PbS探测器中的温度分布进行了数值分析,并比较了脉冲数目、重复频率对损伤效果的影响,分析了2.79μm中红外激光辐照PbS探测器的损伤机理,获取了相关阈值数据。研究表明,2.79μm中红外激光对PbS探测器的损伤机理主要以热熔融为主,在温度没有达到PbS熔点时,PbS就会发生热分解反应,析出黄色沉淀物PbO;计算得到单脉冲2.79μm中红外激光对PbS探测器的损伤阈值为13.03 J/cm²,且脉冲数目、重复频率对损伤效果影响很大,损伤累积效应明显。理论模型能够较好地解释PbS表面初始损伤形貌特征。     

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。     

加压布里奇曼法生长大直径HgCdTe晶体

根据加压改进布里奇曼法 ,采用“二次配料”工艺成功地生长了直径 40 mm的大直径 Hg Cd Te (组分 x≈0 .2 0 )晶体 .采用加压技术 ,平衡部分石英安瓶内的高汞蒸汽压 ,有效地避免了石英安瓶的爆裂 ;采用“二次配料”工艺 ,大大降低了生长温度 ;合理选择温度梯度和生长速度 ,获得了有较好结晶性和组分均匀性的 Hg Cd Te晶体 .分析表明 :Hg Cd Te晶片的载流子浓度 n77≤ 4× 10 1 4 cm- 3 ,迁移率 μ77≥ 1× 10 5 cm2 /(V· s) ,少数载流子寿命值 τ≥ 2 .0 μs,80 K时简单的性能测试用光导探测器件的探测率 D*为 1.1× 10 1 0 cm· Hz1 /2 /W.     

高压输电线异物激光清除三维仿真研究

激光以其优异的性能在输电线路异物清除领域具有广阔的应用前景。为了安全、高效地清除输电线异物,须对激光与异物组织的作用机理进行研究。本文分析讨论了激光与尼龙材料的热作用机理,建立了激光束切割尼龙材料的三维数值仿真模型,仿真研究了不同激光移动速度和光斑尺寸下尼龙材料三维动态烧蚀形貌,分析研究了激光移动速度和光斑尺寸对材料烧蚀深度的影响趋势。结果表明,激光功率和光斑尺寸一定时,材料烧蚀的最高温度和烧蚀深度与激光移动速度成反比;激光功率和移动速度一定时,材料烧蚀的最高温度和烧蚀深度与光斑尺寸成反比。当激光功率为100W、光斑半径1cm时,烧蚀过程中不发生明火的激光最小移动速度为05cm/s。当激光移动速度为2cm/s、功率为100W 时,不发生明火的光斑最小直径为03cm。