超短脉冲激光烧蚀半导体表面的热效应分析

为了研究超短激光辐照下半导体表面的热效应,采用有限差分法对双温方程进行了数值模拟,研究了飞秒、皮秒激光作用下,半导体表面载流子和晶格的温度分布情况.结果表明,载流子与晶格的温度耦合时间和金属耦合时间大致相同,激光功率密度是影响载流子温升的主要因素,超短脉冲激光入射时能量主要被半导体表层载流子吸收,所得结论与实验结果较吻合.     

连续波激光辐照半导体InSb材料的熔融破坏

采用数值方法 ,研究了半导体 In Sb材料受连续波激光辐照的熔融阈值 ,讨论了 In Sb材料的熔融阈值与入射激光波长、功率密度以及辐照时间的关系 ,同时考虑了载流子效应对靶内温升过程以及熔融阈值的影响 ,给出了材料内温度与载流子密度的瞬态分布     

光伏型光电探测器漂移-扩散模型的改进

提出了改进的描述光伏型半导体光电探测器中载流子输运的漂移-扩散模型,该模型能适合更高强度的激光辐照,可以模拟光生载流子的长时间过程。依据该模型,对光伏型探测器进行了模拟计算,得到了激光辐照下探测器的动态响应规律、探测器温升以及材料参数对探测器响应的影响。     

强激光与靶材相互作用的力学效应研究

根据模拟激光源加热金属材料的实验情况,考虑材料的物性参数随温度的变化,通过求解热传导方程得到各种情况下材料的温度时空分布,并利用热弹性本构方程,应变－位移关系以及应力平衡关系,建立了激光辐照金属材料时的轴对称热应力的计算模型,通过数值是到在不同激光强度辐照时靶材内不同时刻的温升分布和热应力分布,并对造成金属材料热应力损伤的激光阈值强度进行了讨论。     

连续波激光辐照光伏型探测器的光电饱和效应

从描述载流子输运的基本方程入手 ,建立了描述载流子和电场的动力学方程。利用数值方法 ,得到不同参数激光辐照探测器时的光生电动势 ,以及达到载流子饱和所需的激光阈值强度。     

激光辐照材料热效应问题的有限元实现

针对激光辐照光学透镜产生的热效应问题,选用有限元法推导了光学透镜模型的热传导方程的有限元求解格式,基于Matlab编程实现了计算光学透镜在脉冲激光辐照下的温度场分布。研究结果表明,光学透镜的温度随辐照激光光斑半径的增大而减小;随激光脉冲数目的增多而增大,但是由激光能量的累积效应所导致的材料温升并不显著;随激光功率的增大而增大,是影响材料温升的显著因素,当功率增大到一定数值时将造成光学透镜的损伤,文中激光功率达到250 mW时造成材料的熔融损伤。     

激光辐照Si-CCD热力效应的研究

由于光电探测器吸收激光后的温升、以及由于温升造成的各种现象,均能使探测器遭受到不同程度的损伤.丈中利用热弹性理论对氧碘激光器辐照硅材料进行研究,建立二维平面模型,通过解析计算得到由激光辐照半导体材料引起的温度场和应力场的瞬态分布.     

皮秒和纳秒脉冲激光作用于半导体材料的加热机理研究

从半导体材料的吸收机制出发,分析研究了激光能量在半导体材料中的传输过程,并采用双温模型分别模拟计算了在人射激光能量相同的情况下,皮秒和纳秒激光脉冲作用于硅半导体材料的加热过程,结果表明在纳秒脉冲作用下,可以忽略载流子效应,用单纯的单温热传导方程来模拟。而在皮秒脉冲作用下,应该考虑载流子效应,采用包括晶格温度和载流子温度的双温模型来模拟硅半导体材料的加热过程。     

气流环境下激光辐照金属能量耦合特性

在马赫数为0.5气流条件下,进行了激光辐照30CrMnSiA钢材料的温度测量实验。实验结果显示,材料的温升速率和上升最高温度在有气流环境下比无气流环境下明显下降。利用数值反演方法获得了气流条件下激光加载面样品材料实际吸收热流密度变化以及温度变化。与无气流条件下的数据对比可发现,相同温度对应的实际吸收热流密度在气流环境下大于无气流环境,该结果是由气流条件加速样品材料的氧化影响激光金属反射率所致。     

导光镜镜面温度场的模拟分析

为降低导光镜镜面热变形，采用有限体积法求解三维湍流传热方程，获得了镜面激光辐照区的温度场。文中主要讨论了激光功率、辐照时间、冷却液流速、镜体材料、流道与镜面距离等因素对镜面温度场的影响，并以辐照区平均温度和标准温度偏差作为主要指标进行冷却效果评价。结果表明，激光功率越大，各个方向上的温度越大；激光辐照发生的初始阶段温升增加较快，后期趋于平缓；流速越大，平均温度越低，标准温度偏差越小；镜体材料的性质对温度场也有不同影响；流道与镜面距离对铜镜的温度场影响不大。     

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。     

灯泵铥激光器温度特性的实验研究

利用粒子的热分布理论,推导了铥晶体的吸收系数和铥激光器阀值与温度的关系;利用自行研制的掺铥激光器测量了铥晶体的吸收系数随温度的变化,实验结果和理论值符合得很好;测量了在不同温度下自行研制的铥激光器的输入输出特性,得到了不同温度下激光器的阀值。理论和实验结果都表明引起铥激光器高阀值的主要原因是温度引起的激光下能级的热分布粒子。     

自然地表红外图像的模拟

自然界的地表是非常复杂的,影响其温度分布和红外辐射特性的因素很多,如地表的起伏、土壤类型、植被类型、土壤湿度和气象条件等.要精确计算自然地表的温度和红外辐射特性,生成红外图像,必须建立考虑各种影响因素的三维传热传质模型.这种方法要花费大量的计算时间,是不实用的.文中利用一维模型的计算结果并结合随机模拟方法,针对具体自然地表(不同植被、裸露地表等)的实际红外辐射强度的相关长度、均方根误差以及相邻像素点的空间距离,模拟生成了自然地表的红外图像.探测器的视场和视角对观察到的图像影响是很大的,对同一地面区域,使用不同视场的探测器观察,得到的图像不同,即使使用同一探测器,如果用不同的视角观察同一区域,得到的图像也是不同的.因此文中根据不同的红外探测器视场以及同一探测器的不同的视角,将该图像转换成了红外探测器视场内的图像,分析了对应不同视场和视角的自然地表红外图像的特征.     

强激光辐照探测器材料力学效应的解析研究

当探测器材料受激光辐照时,由于吸收激光的能量,从而在材料体内形成一个不均匀分布的温度场,由于材料是连续分布的介质,其各部分不能自由地膨胀,相互制约,从而产生热应力。一旦靶材中产生的热应力超过靶材的破坏强度,便会使材料造成永久性的损伤破坏。当辐照激光功率密度不高时,产生的热应力对靶材的破坏是一种十分重要的破坏机制。采用解析方法,研究了连续波化学激光辐照探测器材料时产生的温升及热应力,讨论了不同激光参数（ 强度、波型、波长及脉冲持续时间） 与温度变化及热应力之间的变化关系,以及造成探测器材料热应力损伤的激光强度阈值。     

YAG连续激光对玻璃钢材料的破坏效应研究

文中主要采用ＹＡＧ 连续激光对玻璃钢材料进行了实验研究，通过实验总结了以环氧树脂玻璃钢材料的破坏机制：主要以烧蚀为主，靶面经激光辐射环氧树脂首先出现热解，随后激光能量继续传入靶材深层将玻璃纤维烧熔、烧断最后形成碳化，同时用波导法对玻璃钢材料在不同激光功率密度下烧蚀后对透过率的影响进行了测量。     

强激光辐照半导体材料的温升及热应力损伤的理论研究

分别采用数值方法与解析方法 ,研究了连续波激光辐照半导体材料时产生的温升及热应力 .讨论了不同激光参数 强度、波形、波长及脉冲持续时间 与温度及热应力之间的关系 ,以及造成半导体材料热应力损伤的激光阈值强度 .     

测温二极管的设计原理、定标及在红外探测器中的应用

红外探测器组件中的硅平面型ｐｎ结测温二极管,具有体积小、测温范围宽、灵敏度高、实用性强等优点。文中从设计原理、结构、定标测试、误差分析等各个方面对测温二极管做了全面介绍。特别值得一提的是,在一定的温度范围内,经过大量的实验,对每一只测温二极管从７７～３００Ｋ进行了９０多个温度点的逐点测定,得到较为精确的结电压与温度关系曲线,与三点测定法得出的数值比较,两者的最大误差＜２°Ｃ。该结果对工程化使用三点测定法进行测温二极管的标定,提供了快速、方便、可靠的定标方法。文中介绍的测温二极管在国内首家应用于我所生产的ＳＰＲＩＴＥ、３２元等红外探测器组件中。通过多年的实际应用和可靠性实验,证实这种测温二极管用于红外探测器组件的测温、控温是非常实用的。     

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。