基于泊松过程的半导体激光器空间辐射效应研究

针对始终处于加电状态工作模式的半导体激光器,通过分析单个粒子对器件的辐射过程,将空间辐射效应离散的描述为所有单粒子造成辐射效应的累积。考虑到粒子到达服从泊松过程的特点,建立了半导体激光器空间辐射效应性能退化模型。推导了器件可靠度函数以及平均故障前时间的表达式。对InGaAs多量子阱激光二极管在高轨空间辐射环境中的性能退化过程进行了仿真,得到了器件的光功率退化曲线。结果表明光功率退化量与辐射时间近似成正比例关系。由此提出了同时考虑辐射与退火效应条件下,器件的光功率退化速率,通过拟合得出该速率与空间辐射平均剂量率成正比。获得了半导体激光器的可靠度曲线,进而计算了器件的平均故障前时间。     

基于马尔科夫过程的半导体激光器空间辐射可靠性分析

通过对半导体激光器辐射效应的分析,得到了器件在空间环境中的损伤规律和退火规律.根据辐射效应的特点,将器件的性能退化表示为泊松过程与指数过程的结合,建立了基于马尔科夫过程的可靠性模型,利用一步概率转移矩阵获得了故障概率分布函数、可靠度函数以及平均故障前时间的计算方式.根据已有数据,对半导体激光器在空间辐射环境中的性能退化过程进行了仿真,得到了总测试时间为100 000 h时器件的故障概率分布曲线,计算得出平均故障前时间约为42 758.9 h,此时器件可靠度为0.451.分析了不同时间条件下器件的状态概率分布律,结果符合器件性能退化的一般规律,能够描述出器件的失效过程.     

半导体激光器空间辐射应力加速寿命实验模型

通过对半导体激光器在空间环境中辐射损伤机理的分析,得到了器件在辐射条件下的性能退化规律以及辐射过程中的退火规律。在此基础上,建立了辐射应力加速寿命实验模型,获得了故障时间、加速因子、故障概率分布函数、概率密度函数和平均故障前时间的表达式。模拟了三组应力分别为100、50和10Gy/s情况下器件的性能退化数据,进而对加速寿命实验模型的参数进行了估算,求得器件在0.03Gy/s的正常应力条件下的故障时间为43862h。基于威布尔故障分布,利用应力为50Gy/s的加速试验模拟数据,得到了器件的故障概率分布函数以及平均故障前时间,其平均故障前时间约为39755.8h。     

半导体发光器件的可靠性预计模型

文中介绍了一种基于概率方法的半导体发光器件可靠性预计模型。在初始光发射性能给定而退化特性通过试验确定的前提下,使用该模型可得到器件的可靠度函数关系,且理论预计结果与试验结果一致性良好。（对初始光发射性能和退化特性建模的研究仍在进行中,在本文中不涉及。而本模型最终将包括上述两部分的建模,以得到完整的可靠性预计解析结果。）对于半导体发光器件,本研究作为基于失效物理的一套完整的霹靠性预计方法研究中的重要一步,提供了一种可行的方法,并且证明在器件性能基本参数基础上确定可靠度函数关系的途径具有可行性。     

空间辐射环境与光器件抗辐射加固技术进展

随着光器件在空间环境和辐射环境中的广泛应用,在国际上对光器件抗辐射性能的研究越来越多。为了提高光器件的抗辐射性能,满足空间应用的各种需要,文章介绍了空间辐射环境,空间辐射对光器件的影响和辐射损伤机理,主要是光纤、激光器、光探测器、光纤陀螺的辐射效应和损伤机理。同时,概述了航天用光器件的抗辐射加固技术及其最新进展。通过采用抗辐射加固技术,大大提高了空间应用的超辐射发光二极管（SLD）、超荧光光纤（SFS）光源、1310nm波长的InGaAsP／InP半导体激光器、电荷耦合器件（CCD）、互补性金属氧化物半导体（CMOS）器件的抗辐射性能和可靠性。     

质子辐射导致CCD热像素产生的机制研究

空间高能质子作用于电荷耦合器件(CCD)产生的热像素是空间成像系统性能退化的主要原因之一。为深入认识质子辐射导致CCD产生热像素的规律和机制,对行间转移CCD进行了不同能量(3,10,23 MeV)的质子辐射试验,研究了辐射导致CCD暗信号的退化和热像素产生的规律。试验结果表明,在较低辐射注量1E9 p/cm²下,CCD的暗信号退化很小,但热像素急剧增加。质子辐射能量越大,产生的热像素数量越多。结合粒子输运计算与理论分析表明,热像素产生原因是质子与半导体材料中的原子非弹性碰撞而形成的团簇缺陷。     

PMOSFET's热载流子退化模拟及寿命评估的统一模型

对 PMOSFET's几种典型器件参数随应力时间的退化规律进行了深入研究 ,给出了一个新的器件退化监控量 ,并建立了不同器件参数退化的统一模型 .模拟结果和测量结果的比较表明 ,新的退化模型具有较高的准确性和较宽的适用范围 .新的退化模型不但可以用于器件参数退化量的模拟 ,也可以用于器件寿命评估     

PMOSFET's热载流子退化模拟及寿命评估的统一模型

对PMOSFET's几种典型器件参数随应力时间的退化规律进行了深入研究,给出了一个新的器件退化监控量,并建立了不同器件参数退化的统一模型.模拟结果和测量结果的比较表明,新的退化模型具有较高的准确性和较宽的适用范围.新的退化模型不但可以用于器件参数退化量的模拟,也可以用于器件寿命评估.     

半导体激光器辐照损伤效应实验研究进展

半导体激光器(LD)工作在空间辐射或核辐射环境中时,会受到辐照损伤的影响而导致器件性能退化。文章回顾了不同时期研制的LD(从早期的GaAs LD到量子阱LD和量子点LD)在辐照效应实验方面的研究进展,梳理了国际上开展不同辐射粒子或射线(质子、中子、电子、伽马射线)诱发LD辐射敏感参数退化的实验规律,分析总结了当前LD辐照效应实验方法研究中亟待解决的关键技术问题,为今后深入开展LD的辐照效应实验方法、退化规律、损伤机理及抗辐射加固技术研究提供理论指导和实验技术支持。     

不同偏置下CCD器件γ射线及质子辐射研究

电荷耦合器件(CCD)是用于空间光电系统可见光成像的图像传感器,在空间应用环境下受辐射效应作用导致CCD性能退化甚至失效。对于CCD空间辐射效应的地面模拟试验研究,辐照试验中CCD采用合适的偏置条件是分析其空间辐射损伤的必要措施。由于CCD对质子辐照导致的电离总剂量效应和位移损伤效应均非常敏感,因此针对CCD空间应用面临的电离总剂量效应和位移损伤效应威胁,开展不同辐照偏置下CCD的辐射效应及损伤机理研究。针对一款国产埋沟CCD器件,开展不同偏置条件下的γ射线和质子辐照试验,获得了CCD的暗电流、光谱响应等辐射敏感参数的电离总剂量效应,位移损伤效应退化规律以及辐照偏置对CCD辐射效应的影响机制。研究表明,γ射线辐照下CCD的偏置产生重要影响,质子辐照下没有明显的偏置效应。根据CCD结构和辐照后的退火试验结果,对CCD的辐射效应损伤机理进行分析。     

激光物理与激光隐身技术

文章探讨了激光隐身的途径和方法,并对激光隐身技术的现状进行了分析。     

激光二极管双端抽运Tm:YAP激光器

简要分析了掺铥铝酸钇(Tm∶YAP)晶体的能级结构及吸收光谱特性,报道了一种室温条件下的激光二极管(LD)双端面抽运Tm∶YAP激光器。激光器输出的中心波长为1996 nm,2μm连续激光输出功率为40.7 W,光-光转换效率为30.4%,斜率效率为41.1%。经过声光(AO)调制后获得重复频率为10 kHz的脉冲激光输出,输出功率为34.6 W,激光脉冲宽度为92.08 ns,光-光转换效率为25.9%,斜率效率为32.9%。光束发散角x方向为11.6 mrad,y方向为12.2 mrad。     

蓝光激光二极管抽运Pr:YLF绿光激光器

报道了蓝光激光二极管抽运的掺镨氟化钇锂(Pr:YLF)固体绿光激光器。采用长度5mm、掺杂离子数分数为0.5%的Pr:YLF晶体作为激光增益介质,在中心波长444nm的蓝光激光二极管抽运下,获得波长522.4nm的连续绿光激光输出。应用不同透射率的输出耦合镜研究了激光器的输入输出特性。在吸收抽运光功率530mW,输出镜透射率为1.9%时获得最大输出功率为90.1mW,斜率效率达到65.3%。     

激光二极管抽运Nd:YAG双薄片激光器

激光介质的热效应是高平均功率固体激光器面临的最大挑战,采用薄片激光介质是解决热效应的有效手段之一。当在抽运区尺寸远大于薄片厚度并且抽运光均匀分布的条件下,热流近似为沿厚度方向的一维分布,从而大大降低介质的热透镜效应和热致应力双折射。设计了四通光学耦合系统,通过提高二极管激光器阵列输出激光强度分布的均匀性,并优化经微柱透镜准直后光束的发散角,实现了抽运光的近平顶分布。采用两片1 mm厚的Nd∶YAG薄片激光介质,在两个峰值功率2000 W,占空比为15%的二极管激光器阵列抽运下,获得了峰值功率1440 W,平均功率216 W的准连续激光输出,光光转换效率达到36%,电光转换效率超过16%,在稳腔下测得的光束质量M2 因子约为12×13。     

聚氨酯绿激光打孔工艺研究

为了对片状聚氨酯进行表面修饰, 促进细胞在其上的粘附, 对使用波长为532 nm的脉冲固体激光器在片状聚氨酯上打孔的工艺参数进行了研究。主要研究了激光能量、激光作用时间、脉冲个数以及离焦量对打孔效果的影响。结果表明, 随着激光能量的升高、激光作用时间的延长以及脉冲个数的增加, 孔径和孔深均会随之增加。焦点的降低和进入聚氨酯深度的增加, 会导致孔的锥度增加。所打微孔大小均匀, 圆度好, 无毛边、锯齿。波长为532 nm的激光主要通过光热作用对聚氨酯进行消解。     

激光医学原理与医用激光器

从发展新型医用激光器和选购医用激光器的角度综述了激光医学的原理,重点放在光生物调节作用和激光外科方面。     

用于移动式激光通信的微型激光阵列器件

文中提出了一种微型半导体激光器和光电探测器混合激光阵列器件，采用MOEMS（微光机电系统）技术进行集成，基于该阵列器件的激光通信系统具有结构简单，体积小，可自动跟踪目标实现移动通信的特点。并具体设计制作了完整样机，讨论了基于此器件的自动应答激光通信系统的结构和工作原理。实验研究表明：样机系统能够很好地达到移动激光通信所要求的功能。     

激光二极管抽运Nd∶YAG双薄片激光器

激光介质的热效应是高平均功率固体激光器面临的最大挑战,采用薄片激光介质是解决热效应的有效手段之一。当在抽运区尺寸远大于薄片厚度并且抽运光均匀分布的条件下,热流近似为沿厚度方向的一维分布,从而大大降低介质的热透镜效应和热致应力双折射。设计了四通光学耦合系统,通过提高二极管激光器阵列输出激光强度分布的均匀性,并优化经微柱透镜准直后光束的发散角,实现了抽运光的近平顶分布。采用两片1 mm厚的Nd∶YAG薄片激光介质,在两个峰值功率2000 W,占空比为15%的二极管激光器阵列抽运下,获得了峰值功率1440 W,平均功率216 W的准连续激光输出,光光转换效率达到36%,电光转换效率超过16%,在稳腔下测得的光束质量M2因子约为12×13。     

高功率半导体激光抽运碱金属蒸汽激光器

随着半导体抽运固体激光器向更高的输出功率发展,固体激光工作物质的热效应问题成了该类器件发展的瓶颈,人们开始尝试用高功率半导体激光抽运气体工作物质来代替固体工作物质以实现良好的热管理。半导体抽运碱金属蒸汽激光器（DPAL）结合半导体激光高功率、高效率抽运和气体激光介质良好的热管理和光学特性,以及碱金属原子D线激光跃迁的高量子效率（99%）等优越性,有可能实现好的光束质量（近衍射极限）、高效率（斜率效率大于80%）、高平均功率的近红外激光,在定向能量传输、国防军事、激光钻油气井和激光工业加工等领域具有极好的应用前景。综述了DPAL激光器的工作原理、关键技术、最新研究进展和它的应用前景。     

大功率激光二极管抽运固体激光器的研究

大功率激光二极管抽运固体激光器正逐步取代传统的灯抽运固体激光器，已广泛应用于工业领域。介绍了一种激光二极管侧面抽运的Nd:YAG激光器。采用二级串联振荡方式，一组五个激光二极管抽运模块沿Nd:YAG棒圆周均匀分布，有六组共30个激光二极管，棒外面套了一根冷却玻璃管，通过循环水流把棒内的热量带走。采用稳定的平平激光谐振腔，获得激光功率360 W,功率稳定度±1%的稳定输出。对该激光器结构和输出特性进行了详细的研究。用户使用表明，该激光器具有转换效率高、使用寿命长、结构紧凑、整机性能可靠等特点。