基于等效电路参数提取的硅光电二极管激光损伤机理分析

通过硅光电二极管激光辐照效应实验获取了辐照前后器件的I-V特性曲线,利用粒子群优化算法对二极管的等效电路参数进行提取,考察受损前后等效参数的变化规律。认为光电二极管在激光辐照受损后,其反向饱和电流会减小,等效串联电阻会增大,等效并联电阻会减小。随后,基于半导体物理理论,对这些参数变化的内在因素进行了定性分析。认为反向饱和电流减小是由掺杂离子浓度减小造成的,串联电阻增大是因掺杂离子浓度以及载流子寿命减小共同引起的,并联电阻减小则是由半导体表面及内部的缺陷引起的。

单结GaAs太阳电池连续激光辐照热损伤机理

开展了单结GaAs太阳电池808 nm、10.6μm连续激光辐照实验研究,结果显示,相同激光耦合强度下两种激光对电池的损伤模式相似,且随着激光耦合强度逐渐提高,电池最大输出功率呈现"阶梯"状下降。通过对比辐照过程中温升速率、温度峰值以及高温持续时间对损伤结果的影响,结合能谱仪和扫描电子显微镜的测量结果以及方差分析结果对损伤机理进行了分析和验证。认为高温导致GaAs分解、电极氧化是单结GaAs太阳电池性能退化的主因。

FT-CCD的纳秒脉冲激光毁伤效应

用1 064 nm波长8 ns脉宽激光,以1-on-1模式辐照在评估板驱动工作下的FT50M型FTCCD图像传感器进行实验。结果显示,随着脉冲能量密度的逐渐提高,在FT-CCD输出图像中依次出现辐照点单侧黑线、白点、两侧白线等典型毁伤现象。这区别于IT-CCD在脉冲激光辐照下依次出现白点、白线的毁伤过程。通过对比FT-CCD与IT-CCD的结构异同,结合已知的IT-CCD的毁伤机制,分析认为单侧黑线毁伤现象的首先出现表明了FT-CCD多晶硅电极先于硅衬底受损的激光毁伤模式。文中丰富了对CCD图像传感器激光毁伤效应的认识,为深入探索CCD激光毁伤机制提供了新的线索。

IT-CCD串扰强度与积分时间的无关性研究

利用632.8 nm连续激光辐照以KAI-1020型IT-CCD为图像传感器的Basler piA1000-48 gm相机,观察了CCD相机输出视频中通过光斑中心区域贯穿整个画面的均匀串扰线现象。实验发现,当成倍改变相机的积分时间时,与光斑及环境杂光亮度产生明显变化不同,串扰线宽度及亮度几乎不变。通过对IT-CCD激光光斑均匀串扰线产生机制的进一步分析,对串扰线强度与积分时间的无关性进行了解释。

波段内外连续激光对单结GaAs太阳电池辐照效应研究

在激光耦合强度、辐照面积和辐照时间对应相同的条件下,对单结GaAs太阳电池分别开展了波段内808nm、波段外1 070nm连续激光单独辐照以及两者联合辐照实验,发现三种辐照方式对应的样品损伤程度十分接近。结合等效电路输出的I-V曲线随太阳电池参数的变化、电致发光图像及小光斑激光响应扫描测试结果对损伤机理进行了分析。结果表明:激光辐照导致太阳电池损伤的实质是PN结内缺陷增多。

三结GaAs太阳电池连续激光辐照累积效应

开展了三结GaAs太阳电池1.1μm连续激光辐照效应实验,获取了太阳电池损伤温度范围,据此将效应结果分3个温度区间分别分析。结合太阳电池耦合特性测量结果,设计并开展了相同辐照功率密度不同辐照时间及相同温度历程不同辐照次数累积效应实验。实验结果表明:当最高温度低于490℃时,太阳电池不会发生明显损伤;当最高温度超过490℃时,太阳电池激光辐照有明显的累积效应,增加辐照次数会加重太阳电池损伤程度;若最高温度为490~660℃时,随着辐照次数增加,太阳电池性能逐渐降低直至趋于一个定值;若最高温度超过660℃,随着辐照次数增加,太阳电池性能逐渐降低直至接近完全失效。

激光诱导三结砷化镓太阳电池短路电流增大现象与机理

为研究三结太阳电池在强光辐射下的损伤效应规律,采用1 070 nm连续激光作为强辐射光源开展了n-on-1模式三结砷化镓(Ga As)太阳电池激光辐照效应实验。通过分析电池I-V曲线发现,不同于单结太阳电池短路电流随辐照功率增加呈现出的单调降低,三结Ga As太阳电池短路电流在辐照功率密度达到11.1 W/cm2时会出现显著增加。文中对短路电流增大的机理进行了推导分析,得到了短路电流与限流层并联电阻间关系式,并结合子电池量子效率谱分析认为,短路电流的增加是由于激光导致的限流层并联电阻减小使得其限流失效所致。基于机理分析的等效电路模型模拟结果与实验数据吻合较好,从而说明了机理分析的正确性。

激光诱导三结GaAs太阳电池量子效率异常响应现象与机理

通过对三结太阳电池进行激光辐照实验,研究了激光辐照引起三结砷化镓(GaAs)太阳电池量子效率谱的变化情况。在功率密度为11.1 W·cm^(-2),波长为808nm的激光辐照后,发现顶电池量子效率在吸收波段内降为0,而在吸收波段外出现了量子效率约为10%的异常响应。测量辐照后样品AM0光辐照下的I-V曲线发现,短路电流出现了较为明显的增加。根据量子效率测量原理分析认为,激光诱导的顶电池(限流层)限流失效是导致其吸收波段外量子效率异常增加的主要原因。

高功率密度激光辐照下镀膜镜片热变形的模拟和测量

为研究近红外高功率密度激光辐照下熔融石英镜片的热变形,基于有限元分析软件建立了镜片热力学模型并进行了计算分析,同时开展了实验测量。首先,建立了镀增透膜楔形石英镜片的有限元分析模型,得到了激光辐照下温度和形变量随时间的变化关系和镜体形变图像。其次,计算分析了楔镜体吸收率、膜层吸收率对热变形的影响,研究了不同功率密度和总功率的激光辐照时熔融石英镜片热变形的规律。最后,研究了镀增透膜石英楔镜在总功率为12 kW和最高功率密度为44 kW·cm^(-2)激光辐照下的温升和形变规律,并对实验和建模计算结果进行了分析,激光功率在5~15 kW范围时,面型计算值与实验测量值最大相对偏差约为6%。激光功率在2~15 kW范围时,温度计算值与实验测量值最大相对偏差约为8%。研究结果表明:热变形主要取决于膜层的吸收,楔镜的温升和形变量随膜层吸收和体吸收率呈准线性变化关系;膜层吸收和体吸收形变方向的不同可能造成面型凹坑。

不同激光损伤程度下K9玻璃形貌的Sinc函数表征

为满足对高能激光系统中损伤光学元件修复及对后端光学系统进行分析的应用需求,针对高斯激光造成不同损伤程度的K9光学元件建立了损伤表面轮廓的数学表征方法。首先,开展了激光辐照效应实验,获取了不同损伤程度的K9光学元件样品,并通过Zygo白光干涉仪获取样品表面3维形貌原始数据;其次,利用高斯滤波算法对表面轮廓进行提取,并构建合适的坐标系;最后,利用Sinc函数构建了一组正交轮廓曲线。结果表明,3种不同损伤程度K9玻璃的1维轮廓均可用类Sinc函数描述,表征结果与实际滤波后轮廓曲线之间的拟合偏差为0.5~7μm。

基于液晶相控阵高精度高效率光束偏转数值仿真

液晶相控阵技术通过对光束波前进行控制,实现一定视场范围内高精度、任意角度的光束偏转。研究了基于多孔干涉原理和随机并行梯度下降算法实现光束偏转的方法,并通过对这两种方法进行数值仿真,实现对远场目标的指向,重点分析对比两者的指向精度和偏转效率。提出了一种新型的光束偏转方法,这种方法能够在整个光束偏转范围内都具有较大的指向精度和偏转效率。

光束扫描技术研究新进展

光束扫描技术作为空间光通信、定向能应用等领域的关键技术,得到了广泛研究。介绍了当前国内外光束扫描技术的最新研究进展,分析了几种主流光束扫描技术的优缺点,尤其是对基于液晶相控阵实现的光束扫描技术进行了深入研究。最后,对光束扫描技术的发展做了展望。

行间转移型CCD激光干扰效应阈值估算方法

电荷耦合器件(CCD)图像传感应用中,通过非实测手段获取器件的干扰效应阈值非常重要,有时甚至是唯一手段。分析了行间转移型CCD单像素饱和与串扰等典型激光干扰效应的影响因素,研究了垂直拖尾、光晕和串扰3种效应的物理本质间的内在联系与区别,初步证实垂直拖尾系数对串扰效应而言为非敏感参数。提出了基于饱和信号电荷量、像元尺寸、量子效率以及光晕抑制率等器件参数,从现有的效应数据预估相似器件单像素饱和阈值、串扰线饱和阈值的外推方法。对柯达面阵CCD器件的饱和阈值测量与干扰效应实验显示,预估结果与实验值之间的偏差量分别为3%和20%,属于可以接受的范围,表明预估方法切实可行。

初级像差对角向偏振光深聚焦场的影响

角向偏振光经深聚焦得到的轴对称环状光斑在粒子捕获和高分辨率成像等领域有重要应用,但是实际的深聚焦系统必然存在一些像差。基于Richards-Wolf矢量衍射积分理论,利用数值方法具体分析了五种初级像差对角向偏振光深聚焦场光强分布的影响。结果表明:球差、场曲不会破坏会聚场关于光轴旋转对称的特性,在实际焦面上仍可得到较为紧凑的中空光斑;畸变仅使焦面上的中空光斑位置发生偏移,但不改变其形状;像散会拉长中空光斑;彗差使光强向中空光斑的一边偏移,当彗差系数较大时,光斑中空特性消失。