激光对PIN结光电二极管热破坏机理的研究

就高功率激光对ＰＩＮ结光电二极管因热效应引起的硬破坏过程进行了理论和实验研究．提出激光的热效应与伴随等离子体扩展时向外喷溅形成的冲刷效应是导致硅光二极管被破坏的主要原因。得到了Ｑ开关ＹＡＧ激光与ＰＩＮ结光电二极管器件相互作用时的热分布、最高温度表达式和对应的实验结果。     

导弹抗激光加固技术的发展

激光问世不久,人们就产生了用激光作武器的想法,并进行了概念设计、总体技术、高能激光器、光束控制、发射系统、目标识别、瞄准和跟踪系统、大气传输、目标破坏机理等方面的大量研究工作.目前研究结果表明:激光对目标的破坏机理主要有三种效应,即热烧蚀、力学效应和辐射破坏.实际上对目标的破坏,往往是这些效应综合作用的结果.不管上述哪种效应,都要求使目标上接收到足够的辐照度.美国的战术型激光武器已经装备部队,用于战区反弹道导弹的机载激光武器已进入装备研制阶段.所以激光对导弹已经构成了现实的威胁.因此,在研究激光对导弹的破坏效应的同时,研究导弹的抗激光加固措施是很重要的.主要包括导弹壳体加固,含抗激光辐射的壳体结构、加固层、涂料,抗激光辐射的材料;导弹导引头罩的抗激光加固;光学和光电装置的抗激光加固等.为了增强导弹等武器装备的抗激光性能,美国国防部采取的措施是:(1)在光电武器系统中,只要效费比合算,就需根据预计的激光威胁以及该系统对这种威胁的敏感性和易损性,采取相应的防护加固和对抗措施.这些系统包括现有的和正在研制中的.(2)所有采用光电装备的新系统,都必须检验它们抗激光武器攻击的能力.这种检查通过正常的国防武器系统新产品审议委员会或其他适当的审批程序进行.     

运放和光耦的单粒子瞬态脉冲效应

利用脉冲激光模拟单粒子效应实验装置研究了通用运算放大器LM124J和光电耦合器HCPL5231的单粒子瞬态脉冲(SET)效应,获得了LM124J工作在电压跟随器模式下的瞬态脉冲波形参数与等效LET值的关系,甄别出该器件SET效应的敏感节点分布.初步分析了SET效应产生的机理.以HCPL5231为例,首次利用脉冲激光测试了光电耦合器的单粒子瞬态脉冲幅度、宽度与等效LET值的关系,并尝试测试了该光电耦合器的SET截面,实验结果与其他作者利用重离子加速器得到的数据符合较好,证实了脉冲激光测试器件单粒子效应的有效性.     

运放和光耦的单粒子瞬态脉冲效应

利用脉冲激光模拟单粒子效应实验装置研究了通用运算放大器LM124J和光电耦合器HCPL5231的单粒子瞬态脉冲（SET）效应,获得了LM124J工作在电压跟随器模式下的瞬态脉冲波形参数与等效LET值的关系,甄别出该器件SET效应的敏感节点分布.初步分析了SET效应产生的机理.以HCPL5231为例,首次利用脉冲激光测试了光电耦合器的单粒子瞬态脉冲幅度、宽度与等效LET值的关系,并尝试测试了该光电耦合器的SET截面,实验结果与其他作者利用重离子加速器得到的数据符合较好,证实了脉冲激光测试器件单粒子效应的有效性.     

准分子激光电化学复合工艺中热-力效应研究

为了探寻准分子激光电化学刻蚀硅工艺中的热-力效应特性,采用功率密度大的248nm准分子激光聚焦照射浸在KOH溶液中的n-Si表面,实现了一种激光电化学复合刻蚀工艺.通过数值仿真与实验比较的方法,对该工艺的刻蚀速率进行了分析.研究结果表明,该复合工艺存在激光直接刻蚀、电化学刻蚀和激光与电化学耦合刻蚀等三种刻蚀作用;在耦合作用中,溶液中激光加工的热效应较小,光热效应导致的刻蚀小;而溶液中激光加工的力学效应对材料的刻蚀作用很大.通过对准分子激光与溶液中靶材相互作用过程的热-力效应分析,更深入地探讨了准分子激光电化学工艺的刻蚀机理.     

强激光对光电器件及半导体材料的破坏研究

本文综述了强激光对光电器件，半导体材料的破坏研究的进展，研究现状和尚未解决的问题。     

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。     

热致封装效应对MEMS固支梁谐振频率的影响

MEMS器件的封装效应显著而复杂,其中由贴片封装引起的结构热失配是封装效应的主要成因.论文在前期封装-器件耦合行为模型的基础上,利用激光多普勒测振仪实验验证了贴片工艺的热致封装效应对固支梁器件性能的影响.结果表明,贴片前后固支梁的谐振频率发生显著变化,并沿芯片表面表现出明显的分布特征.考虑封装效应的理论模型可以较好地预测该结果,为MEMS系统的器件-封装协同设计提供理论指导.     

对“爱国者”导弹发动机激光破坏的计算分析

导弹主动段飞行时，固体发动机壳体受到燃气内压、发动机推力等载荷的作用，在此情况下，如又受到连续激光的辐照，在热－ 力联合作用下，发动机壳体有可能出现局部断裂，发生爆裂型破坏。文中以美“爱国者”导弹固体发动机为研究对象，对其燃烧时壳体受连续激光辐照的破坏效应进行了有限元计算，分析了改变激光光斑直径与激光功率密度对导弹固体发动机壳体破坏的影响。     

热致封装效应对MEMS固支梁谐振频率的影响

MEMS器件的封装效应显著而复杂,其中由贴片封装引起的结构热失配是封装效应的主要成因.论文在前期封装-器件耦合行为模型的基础上,利用激光多普勒测振仪实验验证了贴片工艺的热致封装效应对固支梁器件性能的影响.结果表明,贴片前后固支梁的谐振频率发生显著变化,并沿芯片表面表现出明显的分布特征.考虑封装效应的理论模型可以较好地预测该结果,为MEMS系统的器件-封装协同设计提供理论指导.     

激光输能光电池温度场数值模拟

温升效应是影响激光输能光电转换效率的重要原因。为了分析温升效应对光电转换效率的影响,采用基于COMSOL Multiphysics多物理场耦合软件和MATLAB软件联合仿真的数值模拟方法,建立了光电池的物理模型和热模型,得到了激光辐照时间、功率密度、光斑面积、入射角以及热辐射和热对流对温度场的影响结果。结果表明,2000W/m2激光功率密度辐照下,光电池温度随辐照时间先快速上升,20s后缓慢增加,100s达到热平衡态后温度稳定在343K;随着激光功率密度增大,电池温升速度越快,达到热平衡态时的温度值越高;激光光斑全部覆盖电池表面时,电池表面温度差值最小;入射角通过影响有效激光辐照功率密度来影响电池温升;热辐射和热对流对降低光电池温度十分有利;当激光入射角为0°、激光功率密度辐照约为2000W/m2、激光光斑面积近似为电池表面面积时,光电池能获得最佳的光电转换效率。可见对光电池温度场进行仿真分析为研究提高激光输能光电转换效率的方法提供了理论参考。     

激光脉宽对光学薄膜元件热损伤的影响

纳秒量级及以下脉宽激光致光学薄膜元件的损伤研究持续了几十年,但纳秒量级以上脉宽却很少提及。因此,针对10 ns~1 ms量级区间不同脉宽激光辐照光学薄膜元件产生的热损伤进行了研究,计算了高反膜、增透膜和干涉滤光片三种典型光学薄膜元件的温度场分布,并分析了其激光热损伤特性。结果表明,对于长脉宽激光,热扩散深度大,薄膜损伤的电场效应被削弱,热传导效应在损伤中占据主导地位,损伤可至基底;短脉宽激光损伤对薄膜内部的电场分布更为敏感,损伤发生在温度最高值附近的膜层区域。进而开展了10 ns与1 ms脉宽激光致光学薄膜元件的损伤实验,损伤阈值及形貌特征与温度场计算结果显示的热损伤特性相符。     

激光辐照光学材料热力效应的解析计算和损伤评估

光学元件的损伤是高功率激光技术发展的一个瓶颈，为此以连续CO2激光辐照K9玻璃为例，研究了连续激光辐照光学材料的热力损伤机理。通过积分变换方法，求解热传导和热弹性力学方程组，由此得到激光辐照引起的温度场和热应力场的瞬态分布。研究中发现在高斯光束作用下，热扩散长度的概念不再适用，因此通过曲线拟合方法，推导出最大热应力的位置与辐照时间的关系，并由此计算出材料的损伤阈值。由于K9玻璃的应力损伤阈值小于熔融损伤阈值，因此当激光作用引起的环向热应力大于材料的抗拉强度时，材料发生永久性损伤，损伤形态为拉伸解理。将理论模型的相关结论与实验结果相对比，两者吻合得很好。     

激光窗口材料热应力分析研究

利用有限Hankel变换就常见的环形分布激光束情形,推导得到了激光束辐照透过窗口镜引起热传导温度场和热变形分布的理论解,通过分析白宝石、石英两种窗口材料的热变形分布,结果表明,材料的热膨胀系数和热扩散率分别是决定热变形量大小和空间分布的决定性因素.     

全固态激光器中掺Nd3+离子激光晶体热效应的研究

激光晶体吸收激光二极管的泵浦光能量,产生激光振荡的同时有相当一部分泵浦光能量会转变为激光晶体的热量并耗散在晶体内,产生的热效应严重影响到激光器的性能和品质。通过对于激光晶体端面泵浦方式的分析,利用半解析热分析方法得出了晶体内部温度场和热形变场的计算方法,并对几种典型的掺Nd3+离子晶体的温度场和端面热形变场及其产生差异的原因进行了定量分析。研究方法和得出结果可以应用到内有热源、具有轴对称形式的模型中,对于激光二极管泵浦的全固态激光器的设计提供基础理论的铺垫。     

液体激光系统流场特性对热畸变的影响

液体介质的循环流动为消除激光系统的热效应提供了有效途径,对改善激光系统的光束质量具有重要意义.根据液体介质的流场特性,结合Fluent6.53软件模拟计算,分析了抽运区介质流速、湍流强度与附面层厚度、温度扰动的关系及时激光热畸变的影响.增大抽运区介质流速能有效减小热畸变和附面层厚度;在给定抽运条件下,采用光阑限孔的方法进一步减小热畸变,流速为20 m/s时的光程差(OPD)最人差值由 10个波长下降到5个波长.     

激光强化温度场的理论解析与实验论证

工件表面的激光强化效果直接取决于扫描过程中的热循环规律,为获得理想的淬硬层深及显微硬度分布,必须对激光作用的温度分布形态做出精确解析.采用有限单元法可以对各种工艺参数的变化对激光强化温度场的影响加以探讨,并辅以红外测温实验结果进行验证.结果表明,激光强化可以有效改善金属材料表面的组织性能,而工艺参数的改变对于热循环规律有着显著影响.     

空间热辐射对激光输能光电池特性影响研究

从激光辐照功率密度、光电池温度和光电转换效率的相互关系出发,基于热辐射平衡原理,建立了空间热辐射环境下光电池热辐射稳态平衡模型,根据该模型可以分析激光辐照功率密度、光电转换效率和光电池温度的相互影响。对已有的光电转换效率模型做温度上的修正,得到温度修正后的转换效率模型,将上述两个模型结合,即得到空间热辐射环境下激光辐照功率密度、光电池温度和转换效率的关系。通过MATLAB软件对模型进行仿真,仿真结果表明,随着激光辐照功率密度增加,光电池温度不断上升,光电转换效率和输出功率密度先上升后下降,但最大光电转换效率对应的激光辐照功率密度远小于最大输出功率密度对应的激光辐照功率密度,且日照区光电池温度高于地影区,日照区转换效率低于地影区。     

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。     

激光致盲技术及其发展现状

激光致盲技术是光电对抗技术领域的重要组成部分,属于主动式激光有源干扰,是指利用大功率激光器输出高能激光束,对战场光电侦察系统、光电制导武器的"眼睛"--光电传感器、光学系统(包括作战人员的眼睛)进行致盲破坏,使其丧失作战能力.文章主要分析了激光致盲的损伤原理及关键技术,并简要介绍了外军激光致盲武器的发展现状.