激光对光电探测器的破坏机理研究综述

 跟踪调研国内外关于激光辐照光电探测器及其光电材料所导致的各种软硬破坏效应的研究资料, 系统收集各种形态破坏阈值和电学性能破坏阈值,并对其进行对比分析。同时,对激光辐照光电探测器的各种破坏机理及其理论计算模型进行分析讨论。     

ns激光辐照硅光电探测器的损伤阈值

以He-Ne激光作为参考光,采用反射光能量法,测量了ns激光辐照硅光电探测器的损伤阈值,并测量了不同功率密度的强激光辐照下探测器对参考光的反射率.实验结果表明,ns激光辐照硅光电探测器的损伤阈值为4.1×106W/cm2,在探测器被强激光损伤的初期阶段,探测器对参考光的反射率下降很快,继续增加入射激光的能量,探测器对参考光的反射率下降趋于平缓.     

强激光辐照下光电探测器响应性能的研究

 响应度R是反映探测器性能的一项重要指标,当探测器被强激光损伤后,光电探测器的响应度将发生改变。设计了一套实时测量探测器响应度的装置,用能量逐渐增加的Nd∶YAG激光辐照PIN光电探测器,获得了探测器响应度与入射强激光功率密度的变化关系。从实验数据可知,探测器被功率密度低于7.6×105W/cm2的激光辐照后不会发生损伤,探测器对532nm参考光的响应度不变;当激光的功率密度超过1.27×106W/cm2时,激光辐照后,探测器对532nm参考光的响应度开始下降,当探测器被功率密度为6.01×106W/cm2的激光辐照后,响应度迅速下降,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。     

双光束组合激光辐照光导型CdS光电探测器的实验研究

为研究波段内和波段外组合激光对光导型光电探测器的辐照效应,实验采用532nm(波段内)和1319nm(波段外)双光束组合连续激光辐照光导型CdS光电探测器,分别改变两束激光的辐照功率,得到探测器的电压响应曲线。实验结果表明,光电探测器对波段内和波段外激光都有响应,但在激光开始和停止辐照瞬间探测器对两束激光的响应电压刚好相反。探测器对波段外激光的电压响应随线性工作区间内的波段内激光功率升高而增大;随着波段内激光趋于饱和,对波段外激光的响应电压近似指数级下降。分析认为,光电探测器对波段外激光的响应为光激发热载流子效应,是由自由载流子吸收激光能量产生带内跃迁引起的;波段内激光辐照影响探测器对波段外激光的吸收系数。     

强激光对典型激光制导光电探测器的干扰效应研究

为了达到对激光制导武器的有效干扰目的,需要分析强激光对典型激光制导光电探测器的干扰效应。理论分析和数值计算表明四象限光电二极管和成像型CCD的光学饱和阈值较低,很容易达到光学饱和。在功率密度10MW/cm2,脉冲宽度5ns的单脉冲激光辐照下即可产生300K的温升,在多脉冲温升的累积作用下,光电探测器的基底材料很容易达到熔点,从而造成不可逆的永久损伤。     

连续波CO2激光对多晶硅探测器干扰损伤实验研究

为进一步研究激光对光电探测器的干扰及损伤,利用10.6 m连续CO2激光辐照多晶硅光电探测器,进行了干扰与损伤阈值实验研究,得到了对多晶硅探测器的饱和干扰、损伤干扰阈值分别为5.5510-4 W/cm2、0.48 W/cm2;分析了不同干扰功率、不同干扰时间的干扰效果,依据探测器受干扰程度提出了将干扰等级划分为点饱和、中度饱和、重度饱和与点损伤4个等级;通过干扰激光功率与干扰光斑面积的变化关系,得到两者按幂函数y=76.3x0.29关系变化,并依据该变化关系探讨了10.6 m脉冲激光对红外成像系统的干扰效果。     

光伏型光电探测器的激光软损伤机制

 对激光辐照功率密度高于探测器饱和阈值而低于其破坏阈值（中等功率的激光）时光伏型光电探测器的软损伤进行了理论研究，提出了一种新机制。当激光辐照功率密度超过探测器的饱和阈值以后，载流子的带间跃迁达到深度饱和，在半导体内产生热载流子且热载流子的温度高于晶格的温度，从而导致了光伏型光电探测器的电压输出信号随着辐照光功率密度的增加而下降直到零压输出的现象。对激光辐照下光伏型HgCdTe探测器的输出信号进行了模拟计算，结果表明，辐照光功率密度处于一定范围内探测器的输出信号随着辐照光功率密度的增加而逐步下降，甚至接近于零，与实验结果相符合。     

激光辐照引起的材料温度场和热应力场的瞬态分布

 光电探测器吸收激光后的温升以及因温升造成的各种现象,致使探测器遭受到不同程度的损伤。利用热弹性理论对CO2激光器辐照K9玻璃材料进行研究,建立激光辐照材料温升及热应力分布二维平面模型,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。研究表明, K9玻璃材料的激光辐照损伤阀值与辐照时间和光斑半径相关。在同一条件下,造成的热应力损伤阀值较熔融损伤的低,故K9玻璃材料的破坏形态为热应力破坏。      

远场光电探测器系统受激光干扰与损伤效果估计

空间光电探测器与地面距离较远 ,用脉冲或连续式激光直接损伤远场探测器非常困难。但光电探测器的光学接收系统对激光照射而言具有巨大的光学天线增益 ,实现激光对光电探测器的干扰与损伤是有可能的。通过计算 ,比较了脉冲激光与连续激光对远场光电探测器的作用效果 ,并在实验中验证了激光轴外干扰光电探测器系统的可行性     

中红外高能激光探测单元

基于光电导探测原理,分析了影响室温光导型InSb探测器在中红外激光功率参数测量中的因素,得到了材料掺杂数密度、环境温度对探测器暗电阻、光谱响应率和光谱探测率的影响规律;开展了探测器在强激光辐照下的热效应理论模拟和实验研究,模拟分析了探测器在激光辐照下的动态响应特性。结果表明:针对测量系统中所使用的探测器,在激光功率密度小于4 W/cm2时,激光热效应对测量结果的影响可忽略;研制了相应的恒流源驱动电路,实现了中红外高能激光功率参数的探测。     

信号延时叠加提高激光雷达探测信噪比

以激光雷达回波信号的频谱特征为基础,提出了用信号延时叠加来提高激光雷达探测信噪比的方法.通过实验测量获取了大量激光雷达回波信号,并以此为基础,讨论了信号延时叠加提高激光雷达探测信噪比的可行性.结果表明:在系统带宽50 MHz、回波脉宽30 ns的条件下,通过信号延时叠加可提高激光雷达的探测信噪比在40%以上,且存在最佳的延时时间.     

激光辐照PC型HgCdTe探测器的实验研究

 分别用连续波1.319μm激光和10.6μm激光辐照PC型HgCdTe红外探测器时，得到了不同辐照光功率密度下，探测器输出的一系列实验结果。给出了在波长为1.319μm的波段内激光辐照下PC型HgCdTe探测器的饱和阈值；用波长为10.6μm的波段外CO₂激光辐照探测器时，发现了一些与波段内激光辐照探测器时大不相同的实验现象；对实验结果进行了分析。简要总结了PC型HgCdTe探测器对于波段内和波段外激光辐照的响应机制。     

激光多模式毛细管电泳检测器的光学设计及优化

提出一种基于毛细管电泳的激光多模式检测器.为设计并优化其光路构型，进行了理论分析和数学推导，并采用Matlab仿真，得到光路中各参量优化取值范围.在热透镜通道，激发光束腰半径越小，则热透镜效应越强.而探测激光束腰半径、束腰与样品距离、样品与探测面距离三个参量综合决定检出信号强度；在回射干涉通道，聚焦透镜焦距应较短，它与毛细管距离对检测影响很大，而与激光器、与探测面的两距离对检测影响相对较小；热透镜效应对回射干涉检测影响不明显，如要严格消除，可将两通道错开一适当距离.     

激光辐照下PV型HgCdTe探测器反常响应机理

 利用PV型探测器开路电压的表达式,并考虑探测器的温度变化建立模型,对激光辐照下PV型HgCdTe探测器开路电压的变化进行了理论计算。当激光较弱时,计算结果与实验结果符合得很好。当激光较强时,对于辐照过程当中探测器输出变化的一般性趋势以及激光完全停照后的热弛豫过程,该模型也能给出较好的解释;但对于激光开始辐照时输出下跳和激光停止辐照时输出上跳的反常现象,该模型不能给出合理的解释。分析认为,该模型较好地描述了晶格温升对探测器输出的影响,但是它没有考虑热载流子效应;当激光较强时,热载流子效应不可忽略,特别是激光开始辐照和激光停止辐照时,载流子与晶格的温度差有比较明显的快速变化,从而导致了探测器的反常响应。     

一种新型高能激光束能量分布探测器

 介绍用于探测高能激光束空间能量分布的量热器阵列探测器。这种探测器具有承受激光束能量密度高、探测面积大和能量测试误差小等特点,主要由保护板、量热器阵列的热沉积构成。也给出了探测器的标定和性能测试。该探测器为高能激光束绝对空间能量分布的测量提供了有效的诊断手断。     

Color changes in CR-39 nuclear track detector by gamma and laser irradiation

A study of the effect of gamma and laser irradiation on the color changes of polyallyl diglycol (CR-39) solid-state nuclear track detector was performed. CR-39 detector samples were classified into two main groups. The first group was irradiated with gamma doses at levels between 20 and 300 kGy, whereas the second group was exposed to infrared laser radiation with energy fluences at levels between 0.71 and 8.53 J/cm². The transmission of these samples in the wavelength range 300–2500 nm, as well as any color changes, was studied. Using the transmission data, both the tristimulus and the coordinate values of the Commission Internationale de l'Eclairage (CIE) LAB were calculated. Also, the color differences between the non-irradiated samples and those irradiated with different gamma or laser doses were calculated. The results indicate that the CR-39 detector acquires color changes under gamma or laser irradiation, but it has more response to color changes by gamma irradiation. In addition, structural property studies using infrared spectroscopy were performed. The results indicate that the irradiation of a CR-39 detector with gamma or laser radiations causes the cleavage of the carbonate linkage that can be attributed to the ?H abstraction from the backbone of the polymer, associated with the formation of CO₂ and ?OH with varying intensities.     

?500 mm阵列透镜波前采样器的研制

设计加工了一个由484块单透镜组成的大口径阵列透镜,并设计了一套光束波前采样及测量实验系统。在实验过程中,合理匹配了阵列透镜波前采样器、CCD、成像屏和图像采集处理各系统参数,并讨论了该系统的动态范围和采样精度。利用平行光标定了该系统,且测量了大口径波前的像差,测量值与理论值相吻合。实验证明了阵列透镜波前采样器用于波前采样的技术可行性。     

中红外激光功率密度探测单元的研制

 采用室温光导型HgCdTe探测器,研制了可用于中红外激光功率密度测量的探测单元,主要包括衰减片、探测器、放大电路、数据采集和信号处理５个部分。分析了室温中红外HgCdTe光电探测器的温度特性,并提出了探测器响应率温度自适应校正模型。该探测单元工作温度为－40～30 ℃,功率密度测量不确定度小于20％。     

可用于激光核聚变的闪烁中子探测器

在当前激光核聚变实验中,中子集中在短时间内出现、且产额低。为适应这种特点,要求探测器的效率高,分辨时间短。利用闪烁中子探测器探测激光核聚变所产生的中子,能测定中子产额,记录中子能量,而且探测效率高,分辨时间短。缺点是易受γ射线、X射线的干扰。     

激光告警中近红外焦平面阵列探测器成像技术研究

为了提高激光探测的方位分辨率,实现对来袭激光的准确定位,选用了FPA-320x256-C型InGaAs焦平面阵列探测器作为光栅衍射型激光告警装置的核心元件。介绍了基于光栅衍射的激光波长和方向探测原理,在分析了探测器性能及参数的基础上设计了驱动电路。探测器在FPGA时序的控制下,输出模拟量通过高速AD进行采集,数据经缓存后存储在FPGA外扩的SRAM中,然后通过USB传送至PC机。上位机Labview采集原始数据,处理并显示。利用上述方法,完成了成像实验,采用波长为1 550和980 nm的激光器从不同角度进行入射,对探测得到的衍射图像进行分析,判断出零级和一级的位置,根据光栅衍射理论,计算出相应波长和二维方向入射角,结果显示波长误差小于10 nm,入射角误差小于1°。