凝视光电成像系统猫眼回波特性的理论与实验研究

以惠更斯-菲涅尔衍射公式为基础,推导了猫眼系统的回波光场,并以二维光栅作为凝视光电成像系统的焦平面器件进行理论计算和实验验证.分析了光阑孔径对回波图像与焦平面器件调制之间相关性及空间截止频率对猫眼回波的影响.结果表明:随着光阑孔径的减小,回波图像信息减少,与焦平面上光斑的相关性降低;随着光阑孔径的增大,光栅干涉形成的次级光斑逐渐出现在回波图像中,回波图像也由于各级光斑的干涉变得复杂,对应的空间频谱变化反映了各级光斑的交叠情况.该研究对利用回波特征用于凝视光电成像侦察设备实施激光主动探测具有实际应用价值.

猫眼回波探测1.06μm激光引发硅的损伤演化

利用猫眼回波的变化研究焦平面上硅在激光辐照下的损伤演化。随着激光辐照时间的增加,回波图像出现抖动,产生新的纹理,判定焦平面上硅受到损伤。损伤对应的回波图像面积不断扩大,损伤区内光斑结构逐渐变得复杂,且光斑面积不断减小,最终形成动态稳定的损伤回波图像。依据回波图像的变化分析硅的损伤形貌,依次出现表面氧化、小尺度形貌损伤、损伤面积扩大等现象。初步分析了回波图像纹理特征与焦平面上硅损伤形貌的对应关系,认为回波图像损伤区光斑的自相关性与角二阶矩随着损伤形貌粗糙度的增大而减小。

CCD损伤进程中光学成像系统猫眼回波特性研究

建立了CCD损伤进程中光学成像系统猫眼回波探测系统,记录了CCD损伤进程中光学成像系统猫眼回波功率与猫眼回波偏振度数据并绘制了变化曲线,分析了猫眼回波特性的变化机理、CCD损伤状态与猫眼回波功率、偏振度变化之间的联系,研究得出:光学成像系统CCD探测器件受脉冲激光辐照产生点损伤、线损伤至全靶面损伤进程中,猫眼回波功率、偏振度变化与CCD损伤状态变化没有良好的相关性,提高损伤激光能量使CCD受到首个脉冲辐照时完全损伤,在0~8个脉冲损伤进程中,猫眼回波功率与偏振度先增大后减小,再增大最后不断减小,可以此规律对CCD是否完全损伤进行判断。

CCD损伤进程中光学成像系统激光猫眼回波实验研究

建立了猫眼回波探测成像光学系统损伤程度的实验系统,得到激光损伤CCD时猫眼回波峰值功率随辐照时间的变化曲线,分析了回波峰值功率的变化机理,并据此建立回波峰值功率变化与CCD损伤程度之间的联系.研究表明,受CCD不同损伤区域的反射率及粗糙度差异的影响,猫眼回波峰值功率随CCD损伤程度的加深呈现先显著上升再迅速下降的变化规律,实际应用时可通过探测CCD猫眼回波强度的变化,再依据此规律来推断CCD各层结构的损伤状态.

CCD不同损伤状态下光学成像系统猫眼回波

建立了不同损伤状态下光学成像系统的猫眼回波模型,分析了CCD各层被损伤对猫眼回波功率的影响,得到猫眼回波功率变化与CCD损伤程度的对应关系,并通过实验进行了验证.研究发现,在远场情况下成像光学系统的猫眼回波中心位置光强最强,且回波功率随CCD损伤程度的加深呈现先显著上升再迅速下降.最后缓慢下降的变化规律,可由此判断CCD各层结构的损伤状态.研究结果对远场条件下CCD被损伤程度的实时监测有一定的参考价值.

猫眼回波图像随CMOS器件激光损伤变化的实验研究

成像系统中的CMOS探测器被激光损伤后,其猫眼回波会发生变化。对猫眼回波图像的变化进行了实验研究,发现随着用于损伤的激光功率增加,CMOS器件的微透镜发生分解,直至最终消失,并使器件表面形成由遮光铝膜和光敏区构成的二维光栅,猫眼回波图像内的阵列光斑也经历了逐步消失又恢复的过程。以高斯随机表面模拟微透镜表面形貌,建模计算了猫眼回波图像随微透镜损伤程度的变化,计算结果与实验现象相符。