响应波段外激光辐照PC HgCdTe 探测器系统实验研究

文中对多元多光谱红外探测器系统响应波段外激光的辐照效应进行了深入的实验研究并对实验结果进行了分析。以1．06μm激光辐照三元光导型碲镉汞探测器系统的实验为例，说明了系统响应波段外激光辐照效应的实验规律。实验结果发现：探测器对系统响应波段以外的激光仍有响应信号，但响应规律与对波段内激光的响应不同，出现新的现象。研究表明：Ge窗口被激光加热是导致探测器输出信号的根本原因，信号输出曲线由探测器的电阻—温度特性决定。     

波段外CW CO2激光辐照HgCdTe探测器热效应研究

报道了用波段外连续波CO2 激光辐照HgCdTe探测器 (PC ,PV)时 ,观察到的一些与波段内激光辐照探测器时大不相同的实验现象。研究表明 ,波段内激光辐照探测器时 ,探测器的主要响应机制是光效应 ,而波段外激光辐照探测器时 ,热效应起主要作用     

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.     

激光辐照对光导型探测器性能的影响

对比研究了光导型探测器在激光辐照前后对信号的输出响应特性,发现在受到较高功率但低于永久损伤阈值的激光辐照之后,探测器系统对相同信号的输出响应有了较大程度的改变。分析表明：在使用较高功率密度激光对探测器进行处理后,探测器系统的散热性能有了改善。根据缺陷的退杂化模型对探测器预处理前后性能的改变进行了分析,对实验现象进行了解...     

强激光辐照PC型探测器的动态响应

基于载流子输运和强激光辐照会产生热效应造成探测器的温升,建立了描述光导(PC)型半导体探测器对激光辐照动态响应的动力学模型及非线性耦合方程组。通过进行数值模拟计算,得到了激光辐照PC型半导体探测器的动态响应情况,数值模拟结果与实验结果相吻合。该模型能适用于任何强度的激光辐照,弱激光辐照时结果与传统模型一致,强激光辐照时能描述探测器的信号饱和效应。     

线阵碲镉汞探测器对纳秒脉冲激光的反常响应规律及机理

利用纳秒激光辐照PV型线阵HgCdTe探测器的局部光敏元,获得了该类器件损伤前被辐照和未被辐照像元输出信号随激光能量密度变化的全部响应规律,指出基底信号二阶段响应和光信号六阶段响应的规律特点,同时给出不同响应阶段激光能量密度阈值范围;发现了基底信号整体跃变的零压输出、光响应信号输出凹陷-回升-凸起等反常响应现象;并从探测器读出电路和热生电动势的角度揭示了反常响应现象的产生机理,希望能加强对阵列型HgCdTe探测器光响应特性的深刻认识,为该类器件的技术创新提供启示。     

红外焦平面器件对不同波长激光辐照的响应特性研究

为了有效地干扰红外焦平面探测器,需要研究在不同波长激光的辐照下该探测器的响应情况。本文采用四种波长的激光进行辐照实验。研究结果表明,探测器像元很容易达到饱和状态,器件的响应与光谱响应曲线基本吻合。结果验证了干扰效果与光谱响应曲线之间的关系,为中红外激光干扰提供了实验依据。最后对红外焦平面器件对波段内激光的响应机制进行了简要分析。     

基于CTIA的PV-HgCdTe线阵近红外激光响应特性

使用超连续谱激光辐照PV 型线阵HgCdTe 探测器,探测到了线阵器件输出信号随光照强度变化的全过程,发现了被辐照单元过饱和降压、低压稳定输出的反常响应规律;同时,未被辐照单元也存在响应。在总结实验响应规律的基础上,给出了各不同响应阶段功率阈值范围,并分别对辐照单元出现的过饱和降压、低压稳定输出等异常现象及未被辐照单元存在的整体降压反常响应现象进行了深入研究。研究认为采用CDS 相关双采样电路使器件的基底信号在强光下存在光响应是造成辐照单元异常响应的主要原因;而器件内部公共P 级结构、电路共用Vref 电压结构是导致未被辐照单元反常响应输出的主要因素。     

中长波红外探测器非线性度分析

线性度作为评价探测器性能参数的一个重要指标,直接影响着用户的使用状况。以中长波两个波段的探测器作为实验器件,分析讨论了以全波段黑体辐照功率与像元响应率线性拟合及以波段辐照功率与输出信号电压进行线性拟合的两种不同的评价方案。全波段黑体辐照功率拟合出的线性度结果较差,非线性度在6 %左右,而采用波段辐照功率拟合出的非线性度均在0.5 %以内。最终确定以波段辐照功率拟合出的线性度有较高的准确性,为直观评价探测器性能的优劣提供了指导依据。     

激光停照后探测器继续升温现象的实验研究

文章针对探测器组件,研究了响应波段内、外激光辐照停止后,组件内探测器的热恢复过程.实验发现激光辐照停止后,组件内探测器存在继续升温的新现象.研究表明,此现象是器件整体结构所致,Ge窗口或滤光片对激光能量的吸收是导致温升的直接原因.实验还测量了不同激光功率、不同辐照时间下探测器继续升温的时间,结果表明继续升温时间随辐照时间的加长而减小,随激光功率的提高而增大.     

激光对PV型Hg1-xCdxTe探测器的损伤效应

研究了较大功率激光辐照对PV型Hgl-xCdxTe探测器的损伤效应.测量了损伤前后探测器的饱和信号输出,得出了pn结退化造成其性能下降的结论.根据pn结的并联电阻模型解释了损伤后探测器对背景辐射的响应率下降现象以及损伤前后激光辐照下饱和开路电压几乎相等的现象.研究了其pn结退化造成的探测器响应率、探测率等性能参数的变化,以及由于Hg原子的逃逸和扩散给器件性能带来的影响.     

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。     

CO2激光对氧化钒成像设备干扰实验研究

随着红外成像技术发展,非制冷氧化钒探测器在多个领域得到了应用,其在激光辐照下的热效应如何,也成为了当前研究方向之一。本文首先分析了氧化钒成像探测器结构和工作原理。其次开展了激光辐照饱和及点损伤条件下,106μm脉冲激光辐照氧化钒成像设备实验。在激光辐照饱和条件下,光斑中心像元出现饱和现象,激光辐照结束后,该像元响应较辐照前增加了约20个灰度;该像元周围像素出现了环状异常,非均匀性校正后探测器恢复正常;在激光辐照点损伤条件下,出现了圆环干扰效应,光斑中心像元出现了损伤,即使非均匀性校正也无法恢复;给出了相应激光功率密度。根据实验结果,对衍射效应进行了仿真,指出衍射、探测器热效应及热量“溢出”是导致探测器像元异常像素数大于辐照光斑的原因。本文对非制冷氧化钒探测器研制及干扰效应研究具有重要参考意义。     

光导型碲镉汞探测器在波段外连续激光辐照下的载流子输运

利用连续波段外激光辐照光导型碲镉汞探测器.实验表明,探测器对波段外激光有响应,且存在一个特定拐点温度T0.当探测器温度TT0时,响应电压随温度的升高而减小.研究表明,探测器胶层的热瓶颈作用会导致响应电压存在两个响应时间尺度,拐点温度由芯片掺杂浓度决定.当TT0时,响应电压主要受热激发载流子的影响.     

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。     

光电探测器非线性响应对相干激光多普勒测速仪的影响

光电探测器是相干激光多普勒测速仪的重要组成部分,其对光信号强度的响应特性直接影响着系统的信噪比。为了提高系统探测性能,从光电探测器非线性响应对相干激光多普勒测速仪的影响的角度进行研究。通过对响应函数进行多项式分析,研究输入拍频信号为带偏置的余弦信号时的输出电压波形,对比分析存在二阶非线性响应与在线性响应下的信号,从理论上说明探测器非线性响应对系统信噪比的影响。并对测速仪进行了对比实验,在对非线性响应进行抑制之后,系统信噪比由16dB 提高到35dB,从实验角度验证了分析的正确性。     

连续激光对太阳能电池辐照效应的波段性研究

为了研究太阳能电池在连续激光辐照下的波段性效应,使用位于波段内外的3种波长连续激光对单晶硅太阳能电池的辐照效应和损伤效应进行了实验研究,采用观察电池对激光的响应,对比电池的损伤形貌和太阳能电池组成材料的吸收曲线差异的方法,得到了太阳能电池对本征吸收长波限附近波长激光的吸收机制,分析了10.6μm激光和1064nm激光对...     

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。     

红外系统信号处理电路对激光干扰效应的影响

根据红外系统信号处理电路原理和等效RC时间常数,分析了激光辐照红外系统使信号处理电路输出信号消失,然后再逐渐恢复到正常现象产生的机理。理论分析和实验研究表明,红外系统输出信号消失或恢复的时间不但与激光辐照功率和时间有关,而且主要取决于信号处理电路的等效RC时间常数。RC时间常数越大,输出信号的消失和恢复时间就越长。激光对红外系统输出信号的干扰时间不但与滤光片/探测器吸收入射光能量产生的热效应有关,而且还主要取决于信号处理电路RC时间常数的影响。实验验证了这种结论,说明这种解释有一定的合理性。     

利用波段内激光增强波段外激光吸收的测量方法研究

基于半导体材料仅在响应波段外激光作用下,探测器对波段外激光吸收很小,而在响应波段内激光和波段外激光共同作用下,探测器对波段外激光的吸收增强,文中提出了差动法测量材料的透射率和反射率.并利用吸收系数的表达式,对比有无波段内激光两种情况的吸收系数,检测其吸收的增强.理论上认为这是一种较好的测量方法.