单脉冲激光辐照CCD探测器热效应仿真研究

为了研究实际情况下激光辐照CCD热效应情况,首先介绍了CCD探测器的结构和工作原理并分析了脉冲激光对CCD探测器的热损伤过程。然后利用有限元方法在三维空间上分别对三种波长的脉冲激光(532nm、808nm、1064nm)辐照CCD进行了固体传热仿真,通过仿真得到了在三种不同波长下CCD探测器的损伤能量密度阈值。接下来通过比较损伤能量密度阈值发现当波长为532nm时,CCD探测器的损伤能量密度阈值最小。最后对比已发表的实验结果找到了比较统一的损伤规律。

单脉冲激光对CCD探测器的硬损伤及损伤概率

在纳秒激光脉冲辐照下,随着CCD探测器损伤程度的加深,成像系统输出画面中先后出现点损伤、白线损伤以及完全失效等现象,且损伤阈值呈现出概率分布特性。实验激光波长为1064nm,首先采用n-on-1辐照模式,研究CCD探测器在不同损伤程度下的损伤现象,从器件工作原理的角度分析各种现象出现的机理。利用光学显微镜观察样品的损伤形貌,发现探测器的损伤部位从内部材料开始,逐渐发展到位于表面的微透镜结构。接下来,采用1-on-1辐照模式测量了点损伤和完全失效阶段的激光能量密度阈值,并以损伤概率的形式进行描述,得到实验样品的完全失效阈值在100 mJ/cm2左右。

500fs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250μJ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0.45μJ/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。

1.06μm激光辐照CCD探测器的热力效应分析

根据CCD探测器的结构特点和传热学理论,建立了1.06μm激光辐照CCD探测器的理论模型,利用有限元法对1.06μm激光辐照CCD探测器中的温度和应力分布进行了数值分析,讨论了CCD探测器的激光损伤机理,并比较了不同重频激光的损伤效果。计算结果表明,遮光铝膜与SiO2层的分离和硅材料的应力、熔融损伤会导致CCD器件损伤;平均功率密度一定的条件下,高重频激光比连续激光更容易造成CCD探测器的损伤,且重频越低,损伤越容易发生。

1064nm高重频激光对可见光CCD探测器的干扰实验

分别采用1 064 nm连续激光、不同高重频激光对可见光CCD探测器进行了干扰实验,观察到CCD的串扰、饱和以及高重频激光作用时产生的横向亮线等一系列干扰现象。同时测量计算了各种干扰现象相应的激光功率,研究了阈值功率与重频之间的关系,进一步分析了高重频激光的干扰机理。实验表明:重频激光与连续激光具有不同的干扰现象,重频激光的干扰效果没有连续激光好,使CCD传感器发生全屏饱和、全屏灰屏所需要的阈值功率比连续激光要高。

CCD探测器搜索跟踪系统的作用距离分析

以辐射度量为标准,从目标信号、背景信号差值与探测器噪声比值的角度出发,变换凝视型红外搜索跟踪系统的作用距离模型,建立了CCD搜索跟踪系统点目标的作用距离方程。解决了目标为发光体、反射体,以及CCD为不同灵敏度表述方式的跟踪系统的作用距离计算,实例验证计算值与实测值相吻合,为CCD跟踪系统的设计和性能评估提供了理论依据。

脉冲激光辐照CCD探测器饱和阈值分析

以电视制导武器跟踪系统核心部件CCD导引头为研究对象,介绍了CCD的基本组成及工作原理。使用脉冲激光对KA-320型面阵CCD进行了辐照实验,研究了脉冲宽度、峰值功率、重复频率对CCD饱和阈值的影响。使用Matlab中的Simulink工具对整个实验过程进行了仿真分析,从仿真结果归纳出脉冲激光对CCD探测器的干扰共性。最后得出结论：选用脉冲宽度小、峰值功率高、脉冲频率大的激光器更能使CCD导引头达到饱和,从而对制导武器实施有效干扰。

视场内激光干扰CCD探测器的实验研究

为了验证激光辐照CCD系统的干扰效果,进行了视场内He-Ne激光干扰面阵CCD探测器的实验研究,测得了像元饱和阈值和局部受辐照时的CCD饱和功率密度阈值。使用Matlab编程处理了干扰图像,得到了视场内激光入射能量与CCD饱和面积比的关系曲线。激光能量较低时,随着激光能量增大,饱和面积增加较快;激光能量较大时,随着激光能量增大,饱和面积增加较慢。并对实验中出现的光饱和串音现象进行了理论分析。实验结果表明:视场内激光干扰CCD成像制导武器是可行的。

CCD探测器在测量金属丝线膨胀系数中的应用

利用 CCD探测器分别测出常温和高温下金属丝衍射花样相邻暗纹的间距 ,用光学高温计测出加热时的温度值 ,从而求出线膨胀系数 .

新型面阵式CCD探测器型多光栅单色仪

研制了一种采用面阵式高精度CCD探测器和多光栅结构的新型单色仪,该单色仪采用了多块平面光栅结构的光谱分析系统,无需任何机械转动和位移器件,并采用面阵式高精度CCD光谱探测器,对光谱进行快速准确的数字成像,在很宽的光子能量范围内(200～1100nm)实现对光谱的快速测量和分析,适用于各种光电子实验对象的光谱学分析,光谱分辨精度优于1.0nm.解决了二维光谱探测区的数字化光谱定标,建立了探测象素随波长和能量非线性分布的数学模型.

像移和采样共同作用下的TDICCD探测器像质

CCD探测器的像元尺寸一般来说是光学系统弥散斑的几倍,把以CCD探测器为接收器的光学成像系统看作是空间移不变系统会带来一定理论上的近似,采用计算机仿真的方法来研究在空间移变条件下的TDICCD遥感相机的影像分辨力和像质问题,结果是:在目标条带宽度一定时,像元尺寸为a,像?

用于成像侦察的CCD探测器成像分辨力的探讨

通过对CCD探测器成像过程的模拟,分析了CCD成像在像元几何尺寸及成像灰度方面的数字离散化特征对CCD成像分辨力的影响,给出了CCD成像分辨力与CCD像元分辨力的关系,同时也给出了在相应情况下的调制度传递函数(MTF)的数值。

纳秒脉冲激光诱导CCD探测器铝层金属液-固相变时间特性研究

从理论仿真计算方面开展了脉冲激光诱导CCD探测器铝层金属温升变化的液-固相变时间特性研究。通过傅里叶热传导方程计算仿真了纳秒激光诱导CCD探测器铝层金属材料的温升曲线,获得了铝层金属材料液-固相变起始时刻和液-固相变时间长度随激光脉冲峰值功率和激光入射角度的变化规律。理论计算结果表明,随着入射激光脉冲峰值功率增加,激光诱导CCD探测器铝层表面的最高温度逐渐升高,铝层材料的液-固相变起始时刻往后延迟,且液-固相变时间长度增加;随激光入射角度的增大,铝层表面的最高温度逐渐降低,液-固相变起始时刻不断前移,而液-固相变时间长度逐渐变短。研究结果表明,激光脉冲峰值功率密度和激光入射角对激光诱导CCD探测器的液-固相变时间特性有重要影响,对揭示纳秒激光诱导CCD探测器的热损伤机制有重要的理论意义。

激光入射角度对CCD探测器损伤特性的影响

开展了激光入射角度对高重频纳秒激光诱导CCD探测器损伤特性研究。通过傅里叶热传导方程理论计算了CCD探测器表面的温升曲线,发现随着激光入射角度变大,激光辐照区域中心点位置的最高温度逐渐降低,且液-固相变凝固时间缩短,降低了CCD探测器的损伤可能。实验结果表明,随着入射激光功率的增加,激光诱导CCD探测器表面损伤形貌的横向尺寸和纵向尺寸都逐渐变大。随着激光入射角度变大,激光诱导CCD探测器形貌损伤面积增大,并且形貌损伤阈值增加。这是由于激光入射角度增大导致了CCD探测器表面辐照的激光光斑面积变大,使探测器表面的激光功率密度降低,从而造成CCD探测器的激光损伤阈值增大。

电子运动补偿在CCD探测器上的应用

文章在阐述电子运动补偿工作原理和优势的基础上,介绍了集成补偿装置的50 M 像元 CCD 探测器的设计及研制情况,并对 CCD 探测器的发展趋势进行了分析和预测。由于电子运动补偿具备简单有效、重量轻、可靠性高等独特优势,因此,该技术目前已经广泛应用于 CCD 探测器上。采用集成了该补偿装置的CCD 探测器将会大大提高 CCD 相机的整体性能。

单脉冲激光损伤CCD探测器的有限元仿真

为了研究激光对CCD探测器的损伤效应,采用有限元分析的方法进行了激光损伤CCD的理论分析和实验验证。阐述了激光辐照CCD探测器的损伤机理,设计了激光辐照CCD探测器热效应的仿真模型,针对波长为532nm的高功率激光辐照硅基CCD探测器而产生的热效应,利用有限元法进行了仿真计算,得到了CCD探测器受到532nm激光辐照时硅电极的温度曲线以及硅电极损伤时间阈值,并相应计算出损伤CCD探测器所需要的激光能量阈值为220m J/cm2左右。结果表明,损伤阈值随着激光功率密度的增大而减小,但变化幅度不大;当多脉冲毫秒激光辐照CCD探测器,在一个脉冲结束、下一个脉冲到来之前,探测器温度恢复到环境温度。该模型可以较为准确地对单脉冲激光辐照CCD探测器时产生的热损伤效应进行模拟。

低温制冷CCD探测器在医疗机器人中的应用

医疗机器人系统中,立体影像的成像质量好坏直接决定了手术的成败。如果使CCD(Charge Coupled Device,电荷耦合器件)工作在低温状态下,由于内外温差过大,很容易导致CCD前端的通光玻璃凝结水雾,使通光率下降,成像模糊。为解决这个问题,文章提出了一种低温制冷CCD探测器在医疗机器人中的应用方法。经实验验证,该方法成像清晰、可延长器件使用寿命,对医疗机器人的应用和发展具有重要意义。

连续激光辐照CCD探测器饱和阈值研究

随着精确制导武器的广泛应用,对于光电探测器的对抗研究也就变得十分重要了。文章重点从对CCD类探测器的饱和阈值研究出发,使用matlab中的simulink工具对整个实验过程进行仿真并分析,得出连续激光对CCD探测器的干扰共性,为实际应用提供了良好的基础。

1064 nm激光光热效应对CCD探测器干扰实验研究

为了研究激光的光热效应对CCD探测器的干扰效应,利用1064 nm激光开展了对CCD探测器的干扰实验。实验采集数字图像的处理分析可明显观察到1064 nm激光对于CCD探测器的串扰现象。进行了激光照射CCD探测器随时间变化产生热噪声差对比实验,观察到了激光光热效应对于CCD探测器的干扰效果。实验表明CCD探测器表面温度随1064nm激光辐照功率的升高而逐渐升高的现象,由于光热效应带来的图像热噪声明显影响到了CCD探测器的成像效果。由于硅基CCD探测器对1064 nm波长的低光电响应率,研究光热效应对CCD探测器干扰效应尤为重要。

CCD探测器的数字读出技术

探测器的读出噪声是表征其性能的一个重要参数,它不仅限制了探测器的能量分辨,还影响探测器系统的动态范围。传统的CCD探测器信号读出部分都采用由模拟器件构成的相关双采样(Correlated Double Sampling,简称CDS)电路,这种方法已被证实能够有效抑制探测器噪声,但与此同时,由于CDS电路本身比较复杂,引入了新的噪声,它成为进一步减小读出噪声的一个屏障。为了消除模拟电路本身的噪声屏障,作者采用了一种基于高速ADC和FPGA的直接数字化读出方法,去除CDS电路,简化信号路径,由FPGA控制高速ADC对CCD探测器输出信号的参考电平和信号电平进行多次采样,用数值计算方法实现CDS功能,提高了信噪比,改善了探测器的性能。