红外激光对可见光CCD成像系统的干扰

采用连续波红外激光对可见光面阵CCD成像系统进行了干扰实验,观察到饱和串扰、全屏饱和等干扰现象,并测到串扰阈值小于2.0×102W/cm2,全屏饱和阈值为1.2×104W/cm2。通过分析CCD输出电压、视频信号,提出基于有效干扰面积的干扰效果评估方法,并利用该方法对干扰面积与激光功率密度、辐照时间之间的关系进行了半定量分析。结果显示:激光功率密度对干扰效果的影响较大,而辐照时间在0.5~2.0 s之间时,辐照时间对CCD干扰效果的影响不明显。     

行间转移型CCD激光干扰效应阈值估算方法

电荷耦合器件(CCD)图像传感应用中,通过非实测手段获取器件的干扰效应阈值非常重要,有时甚至是唯一手段。分析了行间转移型CCD单像素饱和与串扰等典型激光干扰效应的影响因素,研究了垂直拖尾、光晕和串扰3种效应的物理本质间的内在联系与区别,初步证实垂直拖尾系数对串扰效应而言为非敏感参数。提出了基于饱和信号电荷量、像元尺寸、量子效率以及光晕抑制率等器件参数,从现有的效应数据预估相似器件单像素饱和阈值、串扰线饱和阈值的外推方法。对柯达面阵CCD器件的饱和阈值测量与干扰效应实验显示,预估结果与实验值之间的偏差量分别为3%和20%,属于可以接受的范围,表明预估方法切实可行。     

单CCD彩色相机激光干扰模型及外场干扰实验

开展了多波段激光(750~970 nm)对彩色CCD成像系统的外场干扰实验,测得了不同辐照条件下对外场1.3 km处彩色CCD成像系统的干扰效果;建立了彩色CCD相机的激光干扰模型,对实验结果进行了理论验证与分析。理论与实验结果表明:强激光对彩色CCD成像系统的干扰效果明显,CCD靶面出现了明显的光饱和和串扰现象,光饱和区域的形成是由激光束进入光学系统后发生衍射效应造成的;到靶激光功率密度越强,CCD靶面光饱和面积越大,激光干扰效果越好;单波段750 nm激光作用下,到靶功率密度为4.2 kW/cm²,CCD靶面的光饱和面积为0.88 mm×0.97 mm;多波段激光(750~970 nm)作用下,到靶功率密度为20.7 kW/cm²,CCD靶面发生全靶面饱和现象;仿真结果与实验结果基本一致,证明了理论模型的正确性。对远场干扰能力计算结果表明:随着干扰距离的增加,到靶功率密度减小,激光干扰效果变差。     

超连续谱激光干扰多色CCD探测器建模仿真研究

结合超连续谱激光器光谱辐射特性及多色CCD信号传递转换机理,建立了激光干扰多色CCD成像仿真模型。依据多色CCD工作原理,理论分析了饱和串扰信号转移规律;根据多色CCD结构,借助光学专业设计软件实现CCD像面激光能量空间分布特性研究;综合考虑饱和串扰信号转移规律及CCD像面激光能量空间分布,建立了超连续谱激光干扰单色CCD饱和串扰效应仿真模型,在此基础上结合多色CCD成像多色可视化原理,实现超连续激光干扰多色CCD输出图像仿真。最后,引入图像质量评价因子,研究了不同激光能量对多色CCD输出图像质量的影响。实验结果表明:激光功率密度是激光干扰效果的重要影响因子,随着激光能量增大,多色CCD输出图像质量下降。     

激光辐照TDI-CCD相机饱和串扰效应及侧斑建模仿真分析

根据推扫式线阵TDI-CCD成像系统的信号存储、传输与转换原理,分析了其在激光作用下产生不同饱和串扰现象的机理,建立了激光辐照TDI-CCD红外相机饱和串扰效应模型;考虑了视场外激光干扰过程中出现的侧斑现象,同时借助光学追迹模型,实现了连续激光干扰星载红外相机的成像仿真过程;通过图像质量评估因子定量分析了不同入射条件下激光辐射对相机输出图像质量的影响。结果表明:入射角不同,激光成像结果不同.选用1.064μm视场外激光在一定入射条件下,当改变激光入射角从2.86°到2.89°时,激光将出现侧斑;当激光功率密度提高1~4倍,光斑干扰面积百分比将不同程度的扩大.     

532 nm脉冲激光辐照CCD实验研究

 采用532 nm,10 ns的脉冲激光对面阵CCD进行辐照实验,对每一阶段的实验现象和电路层面的破坏机理进行了深入分析,根据实验现象,把脉冲激光对CCD的硬破坏分为3个阶段：第1阶段在低能量密度激光辐照下,被破坏的CCD局部出现无法恢复的白色盲点,但其它部分仍可正常成像;第2阶段CCD探测器受到激光辐照后,在光斑处的时钟线方向出现白色竖直亮线,亮线处无法正常成像且激光辐照撤去后无法恢复;第3阶段受高能量密度激光辐照后,CCD完全失效,无法恢复成像。针对CCD的饱和及恢复阶段,利用Matlab编码对分辨力靶板的成像数据进行处理,分析了激光辐照CCD对饱和像元数和对比度的影响。结果表明：当CCD受到激光辐照时,饱和像元数迅速增多,图像对比度迅速下降为零,激光脉冲消失后,整个CCD成像亮度下降,饱和像元数迅速下降为零,经过一段时间后CCD又恢复至线性工作状态,激光的能量密度越高,CCD恢复所需的时间就越长。研究还发现：当恢复时间超过0.6 s,CCD出现不可恢复的白色条带,严重影响成像质量。     

1.319μm连续YAG激光束对可见光面阵CCD系统的干扰研究

 利用1.319μm连续钇铝石榴石激光对可见光面阵CCD系统进行干扰实验，分析了该CCD系统发生干扰饱和的原因，计算了1.319μm激光辐照面阵可见光CCD的干扰饱和阈值，利用实验数据在定量上验证了计算结果。当像面上激光功率密度达到10²W/cm²量级时，CCD出现饱和串音，达到10²W/cm²量级时，出现全屏饱和。     

多TDICCD拼接遥感相机成像串扰分析与抑制

为了解决多时间延迟积分(TDI)电荷耦合器件(CCD)拼接遥感相机不同CCD通道间的成像串扰问题,提高相机信噪比(SNR)和成像质量,利用周期信号的傅里叶级数分析法推导成像串扰的数学模型。根据理论分析结果提出多TDICCD成像串扰的根本原因是CCD工作不同步造成TDICCD成像电路电源的地平面高频扰动影响到了相邻通道CCD有效视频信号的采集。从工程研制实际出发,采取CCD通道之间的工作电源隔离以及共用统一的系统时钟等措施对多TDICCD成像电路系统进行改进,抑制成像串扰的发生。对改进后的多TDICCD成像电路系统进行成像和信噪比测试。实验结果表明,采取的措施有效地去除了CCD通道间成像串扰条纹,相机信噪比得到了显著的提高,在相机入瞳辐亮度为42.6W/(m2·Sr)的条件下,相机信噪比提高18.85dB,达到了50.42dB,且外场成像质量高,满足实际工程的需求。     

CCD强光串扰效应的串扰线缺口现象及其机制

在激光辐照行间转移CCD相机的实验中发现了关于CCD串扰效应的一个新现象,即在串扰线上出现缺口,该缺口紧邻主光斑上侧且随光强增大而减小。基于行间转移面阵CCD的构造和工作过程,利用CCD串扰效应的一种新机制对现象作出了合理的解释。串扰线的形成依赖于在垂直转移动作过程中CCD信号积分势阱中的载流子向垂直转移CCD寄存器中的溢出。串扰线上缺口的出现则是由于CCD的信号积分势阱被读出转移动作清空后再次填满需要经过一定时间,该时间内无信号电荷溢出至转移沟道;读出转移清空存储势阱的时刻是构成主光斑的主体信号电荷按正常时序进入垂直转移CCD寄存器的时刻,故缺口紧邻主光斑的上侧;光强越大,光电子再次填满存储势阱乃至溢出形成串扰线所需要的时间越短,则缺口越小。     

500 fs超短脉冲激光对CCD探测器的破坏效应

 采用脉宽500 fs,脉冲能量250 μJ的超短脉冲激光辐照线阵CCD探测器,观察到了CCD从线性响应到像元饱和、饱和串音直至硬损伤的整个过程,并着重对两种辐照能量密度下的硬损伤机理进行了理论分析。结果表明：激光能量密度为0.45 μJ/cm²时,达到像元饱和;能量密度为0.14 J/cm²时,辐照6个脉冲后实现了CCD器件的硬损伤,硬损伤源于晶格被加热并汽化形成等离子体;能量密度为1.41 J/cm²时,单个脉冲就使CCD器件的输出波形无法辨认,2个脉冲后CCD器件没有任何信号输出,硬破坏源于电荷分离形成的电场库仑力。     

CCD在fs激光辐照下的损伤研究

 用脉宽为60 fs、波长为800 nm的 fs激光辐照电荷耦合器件,研究了电荷耦合器件在fs激光作用下的失效问题。实验得到fs激光作用下电荷耦合器件的失效阈值为4.22×10^－3 J/cm²。这比ns激光作用下电荷耦合器件的损伤阈值低2～3个量级。对该器件进行显微观测,在光敏元上没有发现损伤,但在器件的栅极上发现了明显的激光引起的损伤痕迹。     

激光对面阵CCD器件破坏的一种新机理

 用波长为1 064 nm、脉宽为5 ms的激光辐照SONY ICX055BL可见光硅CCD器件,实验中由图像采集卡采集得到相机的视频输出,同时用示波器检测ICX055BL的输出信号和垂直输出时钟信号。结果表明,在脉冲激光的辐照下,器件比较容易被破坏。研究中将器件作为一个功能整体,破坏机理分析不只局限于CCD的探测、电荷存储、电荷转移的MOS结构部分。结合实验结果和CCD器件的电路特点,初步判断该器件的破坏机理为电路破坏,脉冲激光所产生的信号电荷冲坏了复位的场效应管,使器件整体永久失效。     

红外激光对可见光成像系统的硬损伤

采用波长为1315nm的连续波化学氧碘激光对某型摄像机进行了辐照实验,研究了可见光CCD成像系统在响应波段外红外激光辐照下的硬损伤效应。开展了光学系统变光圈尺寸下的激光辐照实验,发现当辐照水平一定的情况下,光圈尺寸越小,光学系统越难发生硬损伤,并解释了该现象的成因;测量到光圈尺寸最大、最小两种状态下的光学系统硬损伤功率阈值分别为几十W、几百W;得到CCD的激光损伤阈值为5.5×104W/cm2;结合相机输出的视频图像与显微镜拍到的被损感光器件实物照片分析了硬损伤机理。     

基于相似测度算法的激光诱导薄膜损伤表面特征研究

鉴于薄膜激光损伤性能评价是增强抗激光红外观察窗口性能的重要保证,给出薄膜在脉冲激光诱导作用下的损伤表面特性及其机理。实验采用YAG脉冲激光器对TiO2薄膜样片进行1-on-1方式的激光诱导。通过CCD采集TiO2薄膜激光辐照前后2幅图像,将这2幅图像进行匹配,建立差异图像测度算法;实验得出TiO2薄膜样片的差异能量测度可判别出损伤情况,即测度值M＜0.1为未发生损伤,0.1＜M＜0.2为轻度损伤,0.2＜M＜0.5为中度损伤,M＞0.5为严重损伤。薄膜样片经过能量密度为0.5 J/cm2的激光辐照后粗糙度明显增大。研究结果表明,采用激光辐照前后图像匹配的测试方法可实现薄膜激光损伤与否的判别。     

激光对电视成像跟踪系统的软杀伤效应研究

分析了电视成像跟踪系统的组成原理,在开展脉冲激光干扰CCD的实验基础上,进行了激光对电视成像跟踪系统的软杀伤实验与理论分析。实验指出,激光对电视成像跟踪系统的软杀伤主要是对CCD光电探测系统的软杀伤,软杀伤效果如何与激光成像是否位于跟踪系统的波门之内有很大关系。     

超短超强激光脉冲作用下的Mo等离子体X射线辐射(英文)

在SILEX-1激光器上,利用光子计数型CCD测量了超短超强激光束与高纯度Mo相互作用而产生的发射谱。实验发现, 在超短超强激光脉冲作用下, Mo等离子体辐射Kα X射线, 这一过程伴随很强的热辐射和轫致辐射。Mo等离子体Kα X射线辐射强度、 热辐射和轫致辐射随激光功率密度增加而增强。Using a Single photon counting CCD, X ray emission spectra of high purity Mo irradiated by ultra short and ultra intense laser pulse was firstly detected. The experiment was carried out with the SILEX 1 laser facility. The experimental results show that, for Mo target, characteristic K shell emission (Kα) is observed in the 0.23—2.32 J energy range in addition to a broadband bremsstrahlung background, and the X ray radiation intensity, thermal radiation and bremsstrahlung increase with enhancementofthe laser power density.