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。     

脉冲激光对CCD成像器件的破坏机理研究

针对脉冲激光辐照CCD造成其输出图像出现不可恢复的白色亮线和全场黑屏的破坏现象,通过测量驱动电极与衬底之间的阻值,观察光斑区域不同分层的破坏形貌和检测输出波形等方法,研究了CCD的破坏机理.研究表明:高能量的脉冲激光造成了CCD各分层不同程度的熔融烧蚀,使暗电流和漏电流大幅增加,导致了CCD的破坏.     

高重复频率飞秒激光对面阵CCD的干扰和破坏

 采用800 nm，100 fs的超短脉冲激光器对硅面阵CCD进行辐照实验，观测到饱和、串扰以及永久性损伤等多种可能造成成像器件失效的现象，特别是在激光能量较高时，发现CCD在成像时出现了黑白屏的现象。在飞秒激光器以1，10和1 000 Hz工作的条件下，分别测量了硅面阵CCD的饱和阈值、串扰阈值和破坏阈值。对破坏后的CCD器件进行了显微分析。在1 kHz工作的条件下进行了视场外干扰实验，观察到串扰和全屏饱和的现象。     

激光探测过程中CCD的串音饱和现象分析

为了验证激光辐照CCD时产生的串音饱和现象,从理论上给出了单束激光辐照下CCD发生串音饱和时的物理模型,并在此基础上给出了两光束入射情况下CCD发生串音饱和时的物理模型。通过定量计算得到了激光入射能量密度与CCD饱和像素数量的关系曲线和具体数据,并通过实验进行了验证。理论和实验结果表明,入射激光功率密度与CCD饱和区域面积之间呈非线性关系。当两束光同时进入CCD时,其中一束光的功率的增加会对另一束光的探测起到明显的干扰作用。     

基于激光不同加载方式下CCD损伤特性的时间演化规律

为了探究高功率连续激光作用下CCD的损伤特性随时间的演化规律,根据其结构特点和工作原理,建立了1.06μm连续激光辐照CCD的六层结构热力耦合三维模型。综合考虑了微透镜聚焦和铝膜开口率等因素的影响,通过改变CCD不同损伤阶段的激光辐照方式,数值模拟分析了CCD多层结构的层层损伤机理,研究了CCD各个损伤阶段的时间阈值,并与实验结果进行了对比。结果表明,微透镜聚焦光束阶段,微透镜由于熔点较低,发生熔融分解,CCD表现为点损伤;微透镜熔融阶段,失去聚光能力,在应力损伤和熔融损伤共同作用下,铝膜层熔融剥落,表现为纵向亮线损伤;铝膜层熔融剥落阶段,激光直接辐照在硅电极上,硅电极上表面熔融,造成布线电路的损伤,导致部分像元中的电荷无法转移,出现横向暗线损伤;最后,SiO_2绝缘层受剪切应力而断裂,使得硅电极和硅基底相互导通,造成完全损伤。实验与仿真结果趋势一致,误差较小,相互验证。     

真空环境中紫外脉冲激光对熔石英抗损伤能力的影响

在10-3Pa的高真空环境下,利用355nm的紫外脉冲激光以低于石英基片零概率损伤阈值的能量密度对其进行重复多次的全口径扫描,目的是为了研究石英基片在接受不同剂量的紫外激光辐照后其抗损伤能力的变化和原因.通过辐照过程中损伤点的扩展程度以及辐照后的抗损伤测量表明,高真空环境下紫外脉冲激光辐照后的石英基片抗损伤能力明显降低,降低的幅度更多的与其接受激光辐照的次数有关,辐照能量密度的影响相对较小;通过荧光及X射线光电子能谱(XPS)检测发现,紫外脉冲激光辐照后石英基片表面氧缺位的增加是导致其抗损伤能力下降的主要原因,其程度也直接与接受辐照的紫外脉冲激光剂量相关.     

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。     

距离选通激光水下成像系统的门控信号对图像质量的影响

研究了水体的前后向散射光和目标反射光的传输特性,运用脉冲激光器和增益型CCD(ICCD)搭建了距离选通激光水下成像实验系统,建立了计算距离选通激光水下成像系统光信号的数学模型,分析了图像对比度传递系数与门控信号的关系.编制计算机程序,根据所搭建实验系统参数计算并绘制了距离选通激光水下成像系统门控信号与图像对比度传递系数的关系曲线,提出了距离选通激光水下成像系统最佳门控策略.数值计算和实验结果表明:在ICCD未饱和的情况下.精确开门得到的图像质量最高,不论是滞后开门或是提前开门都会使图像分辨率有所下降,但滞后开门比提前开门较为有利,并且选通门开启的持续时间则应取激光脉宽的1～3倍.     

可见光CCD的光致过饱和现象

 报道了可见光CCD的过饱和状态——在强光辐照下,CCD输出图像中的白色饱和区域内出现黑色盲区。介绍了相机成像系统的信号处理过程和CCD的4种基本输出波形,给出了这4种波形的信号在经过相关双采样电路处理之后的结果和对应的CCD的4种基本输出图像效果,即无光照的黑区、弱光照的灰区、光照饱和的白区和强光致过饱和的黑色盲区（即过饱和状态）。过饱和状态CCD的输出信号波形中,复位电平发生改变而与处于饱和的数据电平持平,使该信号在经过相关双采样电路处理后变为零输出,造成CCD输出图像中的白色饱和光斑中间出现黑色盲区。     

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。     

CO2连续激光对单晶硅电池的辐照效应

 研究了CO₂激光对单晶硅太阳能电池的辐照效应,并对其损伤机理进行了分析。在激光功率密度较低而不能使电池产生物理损伤时,电池的性能会因在被辐照过程中温度的升高而产生暂时性降低;当激光功率密度高到使电池产生物理损伤时,电池的输出性能便产生永久下降。通过对比激光辐照前后电池伏安特性曲线和输出功率曲线的变化情况,结合对损伤形貌的分析,表明：当电池被物理损伤之后,电池的性能会出现大幅度下降,硅PN结的严重烧蚀破坏是主要原因。     

质子与中子辐照对电荷耦合器件暗信号参数的影响及其效应分析

对科学级电荷耦合器件(charge-coupled device, CCD)进行了质子和中子辐照试验及退火试验, 应用蒙特卡洛方法计算了质子和中子在CCD中的能量沉积, 分析了器件的辐射损伤机理. 仿真计算了N⁺埋层内沉积的位移损伤剂量, 辐照与退火试验过程中主要考察暗信号的变化规律. 研究结果显示, 质子与中子辐照均会引发暗信号退化, 其退化的规律与位移损伤剂量变化一致; 退火后, 质子辐照所致CCD暗信号大幅度恢复, 其体暗信号增加量占总暗信号增加量的比例最多为22%; 中子辐照引发的暗信号增长主要为体暗信号. 质子和中子在N⁺埋层产生相同位移损伤剂量的情况下, 两者导致的体暗信号增长量相同, 质子与中子辐照产生的体缺陷对体暗信号增长的贡献是同质的.     

Effect of low level laser irradiation on the proliferation of myoblasts—the skeletal muscle precursor cells: an experimental in vitro study

The aim of this paper is to study the effect of low-level laser irradiation (LLLI) on proliferation of myoblasts in culture. Myoblasts derived from rat skeletal muscle were irradiated by He-Ne laser with different doses. Compared with nonirradiated control group, the number of myoblasts increased when the cells in normal culture conditions were exposed to the laser of specific energy density. The amount of cells with proliferating cell nuclear antigen (PCNA) positive expression and the 5-bromo-2′-deoxyuridine (BrdU) incorporation rate after laser irradiation were also higher than that of the control group, suggesting that LLLL at certain doses can effectively enhance myoblasts growth activity in vitro. This study firstly demonstrated that stimulating myoblasts to enter into proliferative stage from initial resting state was an important mechanism of regeneration and repair of injured skeletal muscle promoted by LLLI in clinical treatment.     

飞秒激光辐照下单晶硅薄膜中超快能量输运的数值模拟

利用载流子输运模型对飞秒激光辐照下单晶硅亚微米薄膜中的能量输运过程进行数值模拟。研究了不同辐照能量密度和不同激光波长对载流子密度和温度超快变化过程的影响规律。结果表明,在800nm激光辐照下,不同入射能量密度仅影响载流子密度和温度响应的峰值,但达到峰值的时刻不变。平衡态的恢复过程受入射能量密度影响很小。在不同波长激光辐照下,光子能量越大,载流子密度和温度达到峰值所用时间越短,对应峰值越大,但衰减速度也越快。当入射光子能量大于单晶硅的直接带隙时,快速衰减时间常数可以与载流子能量弛豫时间相当。     

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。     

CCD中激光光斑的全饱和单侧拖尾现象

利用532 nm连续激光辐照以东芝TCD1200D型线阵CCD为图像传感器的扫描相机进行实验,在相机输出视频中发现了光斑拖尾的现象,拖尾有限长、全饱和并且仅在光斑一侧。分析排除了光分布造成拖尾的可能原因。其单侧、有限长的特点不符合像素溢出或漏光造成的拖尾,而与转移损失造成的拖尾一致。但其全饱和的特点,不符合目前转移损失率的常数模型。针对当前体沟道CCD的内部结构和工作原理,提出了一种转移损失率随电荷量变化的模型,对新发现的全饱和单侧拖尾进行了解释。     

脉冲激光引起铜膜镜面的环形损伤波纹研究

 用波长1.06μm、半高宽10ns的脉冲Nd:YAG激光辐照铜膜镜面，在激光辐照区，用光学显微镜观察到有规律的环形波纹状损伤图案，波纹平均周期约几十μm。通过对光路系统分析，认为样品前的小孔光阑对激光产生了菲涅尔衍射，使得在样品表面光强分布变成周期性环状分布。在极短的相互作用时间内，热扩散很小，损伤图案依赖于光强分布。并依据实验参数，用柯林斯公式对样品表面的光强分布进行了计算，所得光强分布的周期与损伤波纹的周期基本一致。     

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。