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。     

高能激光束在线测量系统的光强衰减设计

 针对环形光刀取样式高能激光束在线测量系统应用中光电探测器线性饱和功率密度低而被测高能激光功率密度高的特点,采用对取样激光扩束和介质膜衰减片级联衰减的方式,实现了数千倍的线性光强衰减。介绍了环形光刀扫描取样及其扩束衰减原理,并对介质膜衰减片在激光入射角 0°~15° 和功率密度1~1 000 W/cm²条件下的透过率特性进行了分析,用实验验证了该光强衰减设计的有效性。     

阵列探测器对斜入射激光的功率测量不确定度

为了对斜入射情况下的激光功率进行准确测量,采用了对阵列探测器的功率响应度依角度进行修正的方法。推导了依赖于光源位置、阵列探测器位置和阵列探测器姿态角的激光光线方向余弦和入射角的数学表达式,推导了光线方向余弦和入射角的测量不确定度表达式以及阵列探测器功率修正因子的不确定度表达式,并根据功率表达式进一步推导了功率测量不确定度表达式。由此建立了斜入射情况下激光功率阵列探测器测量方法及功率测量不确定度评定的一套较完整的方法。以典型参数为例,计算了斜入射下阵列探测器测量激光功率的不确定度,结果表明采用修正方法可显著减小激光功率测量不确定度。     

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％。     

������������Ƶ�����ܼ�Ramanɢ�������Ƿֲ�����

介绍了在神光Ⅱ装置上开展的长脉冲2ns三倍频激光与黑腔靶相互作用的实验。报道了采用PIN探测器阵列测量大角度受激Raman散射（SRS）角分布和采用激光卡计对背向SRS光能量积分测量的实验结果。相同实验条件下激光辐照缝靶产生的SRS光能量要强于激光与全腔靶作用产生的SRS光，小腔靶的SRS光能量要强于标准腔靶。对比长脉冲2ns及短脉冲1ns激光打靶实验结果可以看出：由于激光功率密度的下降，长脉冲激光打靶时SRS散射光能量要弱于短脉冲激光打靶。长脉冲2ns激光与标准腔靶相互作用时，等离子体堵腔比较严重。     

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。     

脉冲激光辐照可见光面阵CCD的入瞳衍射效应

采用波长为532nm的脉冲激光从31.5m的距离辐照可见光面阵电荷耦合器件(CCD),实验观察到了规律性圆环条纹的产生。通过增大激光束的入射角度、调节衰减倍率、重复频率和作用距离,研究了这些规律性圆环条纹的产生条件和机理。结果发现:保持激光器与CCD的作用距离31.5m不变,在激光束的入射角小于或者稍稍大于光学系统半视场角6.8°的情况下,只要光学系统入瞳处的功率密度达到10-3 W/cm2量级,就可以观察到规律性的圆环条纹。通过对探测器表面能量分布进行数学仿真,证实规律性的圆环条纹是由于光学系统入瞳的衍射效应而产生的。     

波段外10.6μm激光辐照中红外PV型HgCdTe光电探测器机理分析

用波长为10.6μm的波段外连续波激光辐照PV型HgCdTe中红外光电探测器,得到了不同辐照功率密度下探测器的响应输出随激光功率密度变化的一系列实验结果。观察到探测器对波段外激光的电压响应方向与波段内激光的电压响应方向相同,随波段外激光功率密度升高,探测器的电压响应值先增大后减小。分析认为:该现象是由于探测器材料的弱吸收和基底材料的强吸收在不同时刻产生的不同的温度梯度,与材料的整体温升共同作用的结果。该温度梯度在探测器内产生温差电动势,而热激发的电子空穴对在温度梯度的作用下定向运动被结电场分离,产生热生电动势,热生电动势是波段外激光辐照下PV型探测器中电动势产生的主要机制。     

基于光纤阵列的激光光斑测量方法

提出一种基于光纤阵列的激光光斑时空分布测量方法,采用在多层石英平板上制作V型槽并层叠石英光纤阵列的方法,获得了具有较高抗激光损伤能力和空间分辨力的光纤阵列取样器,实现了激光光斑的空间分布取样。给出了光纤阵列的取样原理、取样器结构和大倍数光强衰减的设计。实验结果表明:光纤阵列抗激光损伤能力优于10 kW/cm2(50 s),系统空间分辨力优于3 mm,测量误差小于3%。     

激光斜入射窄带滤光片的热力效应

基于麦克斯韦方程组及热力学理论,分析了脉冲强激光在不同入射角、不同偏振态下辐照10.6μm窄带滤光片的热力效应,研究了不同入射角及偏振态下的温度场、应力场,计算了激光辐照下热力效应给窄带滤光片带来的通带漂移效应,比较讨论了不同入射角下的损伤阈值.结果表明:随着入射角度的增大,温升峰值的幅值与位置都有了较大的变化;P偏振光与S偏振光辐照引起的温升峰值都随着入射角度的增大逐渐下降;温升峰值的位置随着入射角的增大逐渐靠近滤光片与空气的界面;P偏振光与S偏振光引起的热力效应差异性越来越明显.在激光能量相同的情况下对比了不同激光入射角下的通带漂移特性,小角度入射时滤光片中心波长偏移超过200nm,10.6μm处透射率下降到6%以下.随着入射角的增大,滤光片熔融损伤阈值越来越大,而且在小角度入射时,P偏振光与S偏振光熔融损伤的阈值差别很小;当入射角大于30°时,P偏振光与S偏振光的熔融损伤阈值差别越来越大.以较小的功率实现激光对窄带滤光片的损伤需要考虑激光的入射角及偏振态.     

室温中红外HgCdTe光导探测器响应率的温度特性

为了评定基于室温中红外HgCdTe光导探测器的氟化氘激光阵列靶斑仪系统的测量不确定度,需要对HgCdTe光导探测器响应率的温度特性进行定量分析.理论分析了室温中波红外HgCdTe光导探测器响应率与温度和波长的关系,得出了在一定范围内探测器响应率可以近似表示为温度和波长变量分离函数形式的假设.采用波长为3.8μm和1.31 μm激光光源,分别测量了在-40℃～+30℃温度范围内室温中波红外HgCdTe探测器响应率变温特性,实验结果验证了在测量不确定度范围内假设的正确性.基于此结论,提出了一种高效标定HgCdTe光导探测器在氟化氘激光波长处响应率温度特性的实用方法.     

基于足印探测的激光测高仪在轨标定

高精度的地表目标三维观测结果需要卫星激光测高仪对其系统误差进行定期的在轨标定工作,这包含系统误差的估计和校正以及标定结果的精度检验,现有方式分别通过姿态机动法和足印探测法予以实现.然而,姿态机动方式不适用于我国的卫星平台,传统足印探测方式没有针对系统误差的估计模型,仅能用于标定结果的精度检验.本文推导了基于足印探测方式的激光指向角系统误差估计模型,使得足印探测法能完成包含在轨误差校正以及精度检验的工作闭环,同时对用于激光足印获取的地面能量探测器进行了改进设计.通过设计仿真实验对所推导的误差估计模型进行验证,并量化分析了探测器阵列激光入射角度、标定场地表粗糙度及探测器布设间距等因素对系统误差校正精度的影响.结果表明,若要实现1.8 m的水平定位精度(对应0.6 arcsec激光指向精度),探测器阵列间距达到20 m即可,探测器阵列面的入射角需高于3°,标定场地表粗糙度需小于10 cm.以上结论对我国未来发射GF-7号光学/激光立体测绘卫星具有重要参考价值.     

0.351μm激光辐照Au盘靶吸收、散射规律的实验研究

在“星光Ⅱ”激光装置上，利用80只分立式探测器研究了约0.8ns，0.351μm激光辐照Au盘靶的吸收、散射．结果表明，强度约为5×10¹⁴W/cm²的激光以10°角入射，吸收可达90%以上；但是，以45°角入射，吸收仅为75%左右，散射高达25%．散射主要来自未被等离子体充分吸收的激光在弯曲临界面上的反射，同时伴随少量受激布里渊散射．吸收的理论计算与实验结果进行了比较，两者符合较好． 关键词：     

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°。     

PV型HgCdTe线阵探测器对强光反常响应机制研究

采用多种波段内激光辐照带有电容反馈互导放大器(CTIA)读出电路的PV型线阵HgCdTe探测器,实验均发现,当激光功率密度增强到约10-2 W/cm2时,未辐照像素也存在响应,且其基底信号出现以前未曾发现的反常响应,即随功率密度的增加,未辐照像素基底信号的响应值先下降后上升,并且噪声增大。针对这一反常响应现象进行了深入研究,结果表明器件内部公共P级结构、电路共用Vref电压结构是导致这一反常响应的主要原因。     

光伏半导体器件对能量小于禁带宽度光子的响应机理研究

利用光子能量为0.12 eV的10.6 μm连续激光分别辐照了禁带宽度为0.91和0.33 eV的光伏碲镉汞探测器. 实验表明,激光辐照下禁带宽度为0.91 eV的探测器输出正电压,而禁带宽度为0.33 eV的探测器对激光的响应方向却与之相反. 为了研究此现象,利用功率密度一定的10.6 μm激光辐照不同开路电压状态下禁带宽度为0.91 eV的探测器,实验结果证实初始开路电压是产生输出电压反向现象的原因. 对这一机理进一步分析发现,光伏探测器在光子能量小于禁带宽度的激光辐照下,其开路电压是热激发载流子导致的热生电动势和自由载流子吸收导致的晶格热效应共同决定的. 关键词： 能量小于禁带宽度的光子 光伏碲镉汞探测器 热生电动势 晶格热效应     

用1.05,0.53μm激光辐照Au盘靶的吸收规律与数值模拟

离散等离子体卡计测量等离子体能量,研究～0.8ns,1.05,0.53μm激光辐照Au盘靶产生的Au等离子体对激光的吸收规律.报道了吸收与激光入射角度和功率密度关系的实验结果.根据分析实验结果提出了吸收的定标规律.实验结果与一维平面等离子体模型模拟结果相符. 关键词：     

紫外辐射照度计的余弦响应特性测试研究

采用所研制的紫外辐射照度计余弦响应特性测试平台,对21种市面上常用的商业紫外辐射照度计进行了余弦响应特性测试。测试结果表明,不同型号、不同探测器结构、不同漫射器材料的紫外辐射照度计的余弦响应特性差异较大,客观地反映了当前紫外辐射照度计的水平。当入射角为±10°时,余弦误差变化范围为0.03%～15.83%;当入射角为±30°时,余弦误差变化范围为1.85%～73.66%;当入射角为±60°时,余弦误差变化范围为1.82%～65.04%。在实际测量中,经常会用到大面积的紫外辐射光源或是形状不规则如长条形的紫外辐射光源,在测试时不能保证光线垂直入射到探测器,同时也不能满足点光近似条件,测试结果误差较大。通过测试可以准确地了解当前紫外辐射照度计的余弦响应特性,用于指导实际的实验测试,合理地调整测试条件以满足测试需求,必要时可进行相应的余弦误差修正。     

Compton散射下超强激光等离子体通道的演化

应用多光子非线性Compton散射模型、空间动态补偿模型、非线性薛定谔方程和数值模拟方法,研究了Compton散射对超强飞秒激光等离子体中通道的影响,提出了将Compton散射光作为形成等离子体通道的新机制,给出了超强飞秒激光脉冲在等离子体中传播和电子密度随时间变化的非线性修正方程,并进行了数值模拟。并研究发现：散射使等离子体中电子密度峰值增大1个量级,半径增大1mm。激光最大功率密度被限制在1018W/m2以下,随传输距离增大缓慢衰减。传输初始阶段,单脉冲衰减能量较散射前增大2%,之后衰减较平缓。通过增加超强飞秒激光脉冲输入功率,能有效地增加电子密度峰值,有利于等离子体通道的形成。并对所的结论给出了初步物理解释。     

Compton散射下超强激光等离子体通道的演化

应用多光子非线性Compton散射模型、空间动态补偿模型、非线性薛定谔方程和数值模拟方法,研究了Compton散射对超强飞秒激光等离子体中通道的影响,提出了将Compton散射光作为形成等离子体通道的新机制,给出了超强飞秒激光脉冲在等离子体中传播和电子密度随时间变化的非线性修正方程,并进行了数值模拟.研究发现:散射使等离子体中电子密度峰值增大1个量级,半径增大1 mm.激光最大功率密度被限制在10~(18)W/m~2以下,随传输距离增大缓慢衰减.传输初始阶段,单脉冲衰减能量较散射前增大2%,之后衰减较平缓.通过增加超强飞秒激光脉冲输入功率,能有效地增加电子密度峰值,有利于等离子体通道的形成.并对所的结论给出了初步物理解释.