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。     

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.     

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。     

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。     

激光辐照碲镉汞红外焦平面探测器的热应力损伤研究

基于碲镉汞红外焦平面探测器的结构与其材料热力学相关特征,描述了激光辐照碲镉汞红外焦平面探测器造成的损伤机理。根据相关的辐照环境和条件,通过有限元分析法建立了三维仿真模型。基于COMSOL Multiphysics软件仿真了碲镉汞红外探测器受到波长10.6 μm的激光辐照时,探测器各部分的温度变化及应力变化情况;通过数值分析方法,比较了碲镉汞探测器在经过光斑面积相同。功率不同的激光辐照后,其表面径向及内部轴向的温度场变化及应力场变化情况。仿真结果表明:在经过106 W/cm2的连续激光辐照后碲镉汞探测器表面温度与应力快速升高,造成探测器表面损伤,同时探测器被辐照部位的温度变化也导致其内部局部应力值变化。将碲镉汞探测器的应力损伤阈值及变化趋势与文献中相关实验数据进行对比,发现二者结果基本一致,验证了模型的可行性。     

ns脉冲激光对K9玻璃的破坏实验

采用高速PIN光电探测器和高带宽的数字存储示波器,实时检测透射光脉冲和散射光脉冲的变化特征,并将之用作材料破坏的光学判据,测量得到K9玻璃在1.06μm纳秒脉冲激光作用下的能量损伤阈值约18mJ,相应的能量密度阈值为1.0kJ/cm2。通过分析透射光脉冲和散射光脉冲的特征,给出了材料的破坏时刻,并推断出K9玻璃所能承受的极限光强为1015W/m2。研究了能量透过率与泵浦能量的关系,并初步探讨了透明材料的破坏机理。结果表明:在多纵模激光的作用下,透明光学材料破坏是电离击穿与自聚焦效应综合作用的结果。     

强激光对星载光电探测系统的干扰与破坏研究

建立了激光辐照星载光电探测器的数学模型,对激光干扰和破坏星载光电系统的机理进行了研究,分析了激光光束与探测器光轴的偏角对干扰和破坏的影响.以CO2激光辐照HgCdTe探测器的实例,研究了强激光对探测单元的破坏,得到其损伤阈值曲线,并从理论上证明了强激光对星载光电探测系统干扰和破坏的可行性.     

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。     

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。     

激光辐照光伏型光电探测器热效应的有限元分析

建立了高斯激光辐照光伏(PV)型光电探测器温升的三维物理模型，采用有限元分析方法计算了探测器的三维温度场分布，探讨了辐照时间、胶层厚度和胶层热导率对熔融损伤阈值及热恢复时间的影响。研究结果表明：InSb PV型探测器受到强激光连续辐照时会发生熔融损伤破坏，且最早发生于迎光面的光斑中心；激光的功率越高，造成损伤破坏所需要的时间越短；热导率越大，越薄的胶层对应的损伤阈值越大，但胶层厚度和热导率对熔融损伤阈值的影响在大功率激光辐照时才较明显。为了提高PV型探测器抗激光辐照能力，应选用热导率大且尽可能薄的胶层。采用该模型计算得到10W功率激光辐照下的熔融时间为3.26s,与实验得到的3s基本吻合。     

Beam profile monitor for pulsed CO2-laser

Commercial beam profile monitors for pulsed CO₂ lasers (10.6 μm wavelength) are expensive and suffer from a low damage threshold. To overcome these problems, a robust detector with a high damage threshold was developed. The detector is made of a special type of graphite which is evaporated during the interaction with the laser beam. A plasma is formed which radiates visible light. Using a conventional fast shutter imaging system, this plasma light directly shows the spatial intensity distribution of the laser beam. The detector works in the power range of 10⁵-10⁷ W/cm²      

光纤组束激光对可见光硅CCD的有效干扰距离分析

为了分析光纤组束激光对可见光硅CCD的有效干扰距离,对组束激光功率及可见光CCD的饱和阈值进行了分析。在弱湍流和热晕条件下对组束激光的远场功率密度进行了数值计算,计算结果表明该条件下组束激光对可见光CCD的有效干扰距离达到10km左右,组束激光是未来实施光电干扰的又一有效途径。     

1.06 μm激光对CCD、CMOS相机饱和干扰效果对比研究

 为了对比激光对CCD、CMOS两种图像传感器的干扰效果,利用1.06 μm高重频激光开展了对CCD、CMOS两种相机的饱和干扰实验研究,分析了两种相机在干扰有效面积、饱和干扰面积、干扰前后图像相关度等与激光入射功率之间的关系。实验结果表明:CMOS相机达到单元像素饱和的激光功率阈值是CCD相机的20倍;要达到相同的干扰有效面积,所需的激光功率CMOS相机要大于CCD相机10倍～100倍;要达到相同的饱和像元数,所需的激光功率CMOS相机比CCD相机约大10倍～60倍。因此,CMOS相机要比CCD相机具有更好的抗1.06 μm激光干扰能力。     

红外探测系统的激光辐照热效应仿真分析

为研究红外探测系统受激光辐照后的热效应与二次热辐射对探测器成像的影响,使用Ansys软件对红外探测器进行热辐射仿真和有限元结构仿真;采用黑体辐射定律和DO辐射计算模型模拟计算探测器内光学系统在不同激光辐照度下的温度随时间变化情况以及探测器内部温升对靶面成像的二次热辐射干扰情况;采用热弹性力学模型仿真计算探测器内部的热应力和热变形情况。结果表明:探测器受到1.06μm激光照射,矫正镜激光辐照度在50 W/cm²时,靶面受到二次热辐照度在0.6 s时达到100μW/cm²的量级,使红外探测器达到饱和;探测器受激光辐照后系统最高温度出现在矫正镜中心处,拟合得到系统最高温度与受照时间函数关系,可预测探测器升温结构破坏;最大热变形出现在矫正镜背面中心处,由外向内形成不等附加光程差,干扰探测器的成像效果;最大热应力出现在矫正镜前面中心处,得到最大热应力与激光辐照度间的线性关系曲线,为矫正镜热应力破坏提供预测参数。     

532nm连续激光晶化非晶硅薄膜的原位拉曼光谱研究

用磁控溅射制备了非晶硅薄膜,用波长为532 nm的连续激光退火和显微Raman光谱原位测试技术和场发射扫描电子显微镜研究了非晶硅薄膜在不同激光功率密度和不同扫描速度下的晶化状态。结果表明,激光照射时间10 s,激光功率密度大于2.929×105W/cm2时,能实现非晶硅薄膜晶化。在激光功率密度为5.093×105W/cm2,扫描速度为10 mm/s时非晶硅开始向多晶硅转化。在5.093×105W/cm2的功率密度下,以1.0 mm/s的扫描速度退火非晶硅薄膜,得到的晶粒直径为740 nm。     

基于光纤组束激光的激光干扰技术研究

为了增强激光干扰技术的机动性和灵活性,迫切需要体积小、重量轻的高功率激光干扰源。通过理论分析和数值计算,结果表明,光纤组束激光具有接近80%的组束耦合效率,并可以达到10kW量级的输出功率。以硅材料CCD为例,该功率量级的组束激光可以有效地实施对光电探测器的饱和干扰以及由温升导致的硬损伤。光纤组束激光是一种新型的激光干扰源,在机载光电对抗领域具有广泛的应用前景。