CCD强光饱和效应的温度因素分析

采用1.06μm的连续激光对可见光CCD成像系统进行干扰实验,依次观察到了饱和串扰、串扰亮线加粗、全屏饱和与全屏布满黑白雪花点的实验现象。利用有限元分析的方法对实验中的探测器升温情况进行模拟计算。并通过数值分析,发现随着温度的升高,暗电流不断增大,当温度超过350K时,增大的速度显著上升;像元的饱和阈值相应地减小,当温度达到350K时,其数值就已经减为零。根据模拟升温的大小,结合温度升高时探测器暗电流、像元饱和阈值的变化,对实验现象进行了合理的解释。结果表明:除了考虑光电转换产生的光电子以外,由于激光辐照导致探测器表面升温,进而引起暗电流增大和像元饱和阈值减小,是CCD产生饱和效应的重要影响因素。

近红外激光对图像传感探测器的干扰研究

为了研究近红外激光对图像传感器的干扰机理,利用波长为1064nm的连续激光辐照黑白电荷耦合器件相机,观察激光对黑白相机的干扰现象,将实验中采集到的数字图像进行处理,提取了黑白相机在不同激光功率下的干扰程度曲线,并进行了分析。结果表明,图像传感器相机干扰包括干扰光斑和串音线,激光功率越高,干扰光斑半径越大,串音线缓慢变宽,相应干扰区域中饱和像元数越多,干扰程度越严重;对于1064nm激光对黑白相机的干扰过程,饱和像元数量正比于激光功率基本呈线性增长;对实验现象中出现的规律性点阵光斑和旁支串音线的新现象解释为与光学镜头的傅里叶频谱性质有关;利用相关公式推导得出一般干扰过程的拟合曲线,并根据图像传感器基本像元结构的电容势阱特点和载流子溢出方式来对干扰过程进行仿真模拟,仿真结果与实验数据基本相符。该结果有助于近红外激光对CCD的干扰研究。

白光辐照多光谱CCD的干扰效应研究

为了研究多光谱CCD相机的干扰效果,分别采用氙灯(白光)、671nm激光、473nm激光和532nm激光对多光谱CCD相机进行干扰实验,提取了红、绿、蓝三通道下的干扰图,并对干扰效果进行了分析,最后利用光生载流子的扩散模型对白光辐照多光谱CCD进行仿真。结果表明,白光辐照多光谱CCD相机时,红、绿、蓝三通道会同时被干扰,干扰效果明显优于单波长的干扰效果;当白光的入射功率为10.5μW时,白光辐照多光谱CCD的饱和像元数为2382pixel,随着入射功率的增大,多光谱CCD的饱和像元数也逐渐增加,当白光的入射功率为980μW时,白光辐照多光谱CCD的饱和像元数稳定在320078pixel;多光谱CCD对各个波长连续激光干扰响应程度从大到小依次为白光、532nm、473nm、671nm;仿真所得干扰图以及饱和像元数随激光功率的变化关系曲线与实验结果基本相符。该结果有助于多光谱CCD相机干扰机理的深入研究。

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。

不同背景下超连续谱激光对成像系统的干扰

超连续谱激光辐照可见光成像系统的干扰效应研究具有广泛的应用前景。针对超连续谱激光干扰效应,开展了不同辐亮度背景下超连续谱激光对可见光成像系统的干扰实验研究。采用白光光纤激光器产生超连续谱干扰源,搭建了超连续谱激光对可见光成像系统的干扰实验系统,得到不同辐亮度下探测器的干扰阈值数据,建立了探测器饱和像元数与干扰激光功率密度之间的数学关系模型,并对干扰阈值数据进行分析。结果表明,探测器饱和像元数与干扰激光功率密度近似呈线性对数关系,在低辐亮度背景下可见光成像系统更易受到干扰。实验结果对超连续谱激光干扰装备的设计、论证及作战使用具有一定的参考意义。