大功率垂直腔面发射激光器阵列的热优化

提出了一个新的参数——温度影响因子,其统筹考虑了垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列单元之间的间距、氧化孔径尺寸、单元的数量和输入电流,并可用于表征阵列受热串扰影响程度。在此基础上,基于Python设计了VCSEL阵列的优化布局算法,并建立了热电耦合模型,验证了优化布局对温度特性的优化效果,与常规布局相比,优化阵列内部温升显著降低。另外,在固定电流密度和发光面积的条件下,同时减小氧化孔径尺寸和增加单元数可以有效地改善VCSEL阵列的温度特性。10μm氧化孔径的平均温度比30μm氧化孔径的平均温度低28 K。研究结果表明,本文所提出的VCSEL阵列优化方案有效减低了热串扰的影响,通过对温度影响因子中各变量的分析,可以为VCSEL阵列的设计提供指导。

高功率垂直腔面发射激光器阵列热特性

为了改善垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列的热特性,提高器件的可靠性,本文基于有限元模型,研究了不同单元间距、排布方式对阵列器件的热串扰现象、热扩散性能的影响.在理论分析的基础上,制备了几种不同排布方式的VCSEL阵列器件,并对其进行测试分析.结果显示,相较于正方形排布方式,新型排布方式器件具有更高的输出功率,同时阈值电流也有所降低.其中五边形排布方式的器件表现出最佳的性能,其输出功率高达150 mW,比正方形排布方式提高了约73%.这表明通过调整阵列单元的间距、排列方式,可以使各单元间的热串扰现象得到有效改善,降低器件的热效应,进而降低器件温度,提高输出特性.

连续激光辐照面阵CCD串扰现象时空分布特性

研究了532 nm连续激光辐照面阵CCD串扰现象的时空分布特性。以CCD垂直传输沟道的最上游、中游、最下游三个部位作为典型辐照部位。研究结果表明,激光辐照CCD垂直沟道方向上不同位置,不会影响主光斑出现的时序,只要连续激光开始辐照时刻或结束辐照时刻在读出转移动作之前,主体信号电荷将形成干扰图像中的主光斑;但辐照部位对串扰线的时空分布具有重要影响。串扰线长度和空间分布位置,在激光结束辐照于读出转移时刻之前时,与携带溢出电荷的垂直传输势在读出转移时刻到达的位置有关;在激光结束辐照于读出转移时刻之后时,与获得溢出电荷的垂直传输势阱对应的绑定像素位置有关。研究结果进一步完善了连续激光对面阵CCD成像器件的干扰效应研究。

CCD的光电特性研究

根据ＭＯＳ器件的基本工作原理推导出了电荷耦合器（ＣＣＤ）的输入输出函数关系的解析解，并在此基础上求得了ＣＣＤ的各光电特性（如响应度、串音阈值等），定性地分析了ＣＣＤ的温度效应，讨论了激光干扰ＣＣＤ的对抗措施。

面阵Si-基CCD串音干扰实验研究

电荷耦合器件(CCD)受强激光照射时,会出现干扰、饱和及串音现象。在现代光电对抗中,正是利用这些特性对CCD造成软损伤,进而对目标起到防护的作用。主要针对632.8nm激光辐照面阵Si基CCD时产生的饱和、干扰及串音现象进行了相关研究。搭建了实验系统,获取了实验数据;在对实验数据作深入分析和研究的基础上,总结了串音区域和干扰区域面积与辐照激光功率之间的关系,根据此关系拟合计算出了干扰阈值为0.57W/cm^2和串音阈值为8.26W/cm^2;最后将拟合出的CCD参数与实际CCD的参数作了比较,误差为2%。拟合结果证明本文所提出的干扰模型是合理的,能够很好地用于面阵CCD实际干扰效果评估和预测。

CCD强光串扰效应的串扰线缺口现象及其机制

在激光辐照行间转移CCD相机的实验中发现了关于CCD串扰效应的一个新现象,即在串扰线上出现缺口,该缺口紧邻主光斑上侧且随光强增大而减小。基于行间转移面阵CCD的构造和工作过程,利用CCD串扰效应的一种新机制对现象作出了合理的解释。串扰线的形成依赖于在垂直转移动作过程中CCD信号积分势阱中的载流子向垂直转移CCD寄存器中的溢出。串扰线上缺口的出现则是由于CCD的信号积分势阱被读出转移动作清空后再次填满需要经过一定时间,该时间内无信号电荷溢出至转移沟道;读出转移清空存储势阱的时刻是构成主光斑的主体信号电荷按正常时序进入垂直转移CCD寄存器的时刻,故缺口紧邻主光斑的上侧;光强越大,光电子再次填满存储势阱乃至溢出形成串扰线所需要的时间越短,则缺口越小。

脉冲激光对CCD的软损伤技术研究

根据CCD的结构特点,研究分析了YAG脉冲激光对CCD的损伤及其损伤机制,开展了脉冲激光对CCD的软损伤实验,实验验证了光饱和及光饱和串音现象,并提出了光电对抗中可以利用CCD的光饱和串音现象实现干扰对方的光电传感系统的结论。

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。

变焦彩色CCD成像系统的激光干扰实验

开展了变焦彩色CCD成像系统的激光外场干扰实验,测得了半导体激光(750 nm)对变焦距(17~187 mm)彩色CCD相机的干扰效果;同时利用典型的激光干扰CCD模型,完成了对实验结果的验证与理论分析。理论与实验结果表明:750 nm激光对彩色CCD成像系统的干扰效果明显,CCD靶面出现了明显的光饱和和串扰现象;在激光辐照条件相同情况下,光学系统焦距f越大,被光阑截断的激光就越少,到靶的激光功率密度就越高,CCD靶面的光饱和面积就越大;光学系统焦距f为17 mm时,CCD靶面的光饱和面积为0.33 mm×0.29 mm,而当光学系统焦距f增大至120 mm时,CCD靶面的光饱和面积为1.8 mm×1.2 mm。仿真结果与实验结果基本一致,证明了理论模型的正确性。研究结果将对CCD器件的实际应用具有一定的指导意义。

相位法激光测距接收系统

为了提高相位法激光测距的速度和精度,提出了一种新的相位差放大测量方法,在不增加测量时间的同时将测相精度提高1/N倍,并结合欠采样技术避免了混频器和其他多余器件的使用,减小了串扰对系统的影响。考虑高频弱光信号入射到雪崩光电二极管上会在输出信号上产生相位延迟,提出灵活控制加在雪崩光电二极管上的反向偏压来减小相位延迟的方法,对于调制频率为18.5 MHz,波长为650 nm的激光,当入射光强度为0.5μW时,可将相位延迟从1.4°压缩到0.03°之内。建立了信号串扰产生测相误差的数学模型,并通过实验给出了采取不同屏蔽措施时串扰对测相误差的影响。实验结果表明,采用上述方法,当调制频率为18.5 MHz时,测相精度为0.014°,相应的测距精度可达0.3 mm。

调强连续波激光测距系统中的电子交调干扰

在调强连续波激光测距系统中，调制激光器的高频电流源产生的泄漏干扰是影响测距精度的主要因素。本文对此泄漏干扰进行了系统研究，分析了干扰产生的原因，干扰与测距精度的关系，给出了干扰误差的计算公式以及补偿方法。

532nm激光对面阵和线阵CCD损伤效应实验研究

为了研究面阵CCD和线阵CCD由结构差异所致激光损伤效应的区别,针对这两种类型CCD器件进行了机理分析和对比实验研究。分别测量出波长为532nm的激光对线阵CCD和面阵CCD图像传感器的光饱和串音阈值、所有像素串音阈值和硬损伤阈值。结果表明,面阵CCD的光饱和串音阈值和永久破坏阈值比线阵CCD低,而串音扩散到所有像素的阈值高于后者。反映出线阵CCD由于其1维结构更能抵抗激光的干扰和破坏,而面阵CCD在抵御饱和串音在像素间扩散上比线阵CCD有优势。

大功率垂直腔面发射激光器列阵的热模拟及优化

对垂直腔面发射激光器的产热情况进行了分析,简化了热源,建立了列阵的热传导模型,利用Comsol Multiphysics软件对模型进行了模拟计算。通过改变底发射列阵的单元直径和间距,对列阵的温升进行了计算。研制了4×4、5×5和8×8三种不同尺寸的列阵,功率分别为580,1 440,2 100 mW,对应功率密度分别为115,374,853 W/cm2。通过光谱的波长漂移计算出4 A时的温升分别为120,58,38℃。采用小孔径单元制作的列阵可以有效地降低列阵单元间的热串扰,获得高功率输出。

F-P半导体激光器中的串扰现象

研究应用F-P半导体激光器的两个模式时,在不同输入功率和失谐波长下的各种串扰现象.发现对已实现注入锁定的模式,注入功率越大,串扰现象越小;失谐波长越大,串扰现象越小.

无人驾驶汽车激光雷达脉冲信号抗干扰技术研究

在无人驾驶汽车(简称无人车)环境感知系统中,激光雷达完成了对周围环境的三维空间感知60%-75%的信息获取,是实现汽车无人驾驶技术的关键传感器。当无人车在道路上行驶时,激光雷达很可能被其他车辆发出的激光脉冲信号或人为因素所干扰,导致车辆误判或漏判,造成极为严重的后果。本文在深入分析了车载激光雷达常见干扰形式后,提出了相应的抗干扰措施。

干涉式光纤陀螺电路串扰的智能辨识技术

电路串扰会影响干涉式光纤陀螺的精度,电路串扰辨识是干涉式光纤陀螺研究领域的重点方向,针对传统方法干涉式光纤陀螺电路串扰辨识误差大等难题,为了提高干涉式光纤陀螺电路串扰的辨识效果,提出了一种干涉式光纤陀螺电路串扰的智能辨识技术。从干涉式光纤陀螺电路串扰信号中提取特征,并采用数据挖掘技术根据特征拟合干涉式光纤陀螺电路串扰变化特点,从而建立了干涉式光纤陀螺电路串扰智能辨识模型,对干涉式光纤陀螺电路串扰辨识结果表明,所提技术的干涉式光纤陀螺电路串扰辨识精度超过92%,减少电路串扰智能辨识时间,电路串扰辨识精度和效率明显优于其它方法,具有更高的实际应用价值。

激光对像增强器干扰的实验研究

为评估激光干扰对像增强器性能的影响,开展了连续激光对像增强器的辐照实验,分析了激光辐照对其增益特性的影响。实验结果表明,随着入射激光功率增加,像增强器由点饱和逐渐发展到面饱和,饱和光斑直径与入射光强的立方根成线性关系。点饱和所需的激光照度约为1.64μW/cm^2,面饱和所需的激光照度约为1 371.9μW/cm^2。像增强器线性增益允许的最大激光照度约为8.95μW/cm^2,表明点饱和前像增强器处于线性增益状态。随着入射激光功率增加,像增强器像元之间未出现串扰现象,表明像增强器出现了增益饱和,其输出光强受限。

大功率半导体激光器阵列热串扰行为

以硬焊料传导制冷,30%填充因子半导体激光器阵列为例,建立了三维有限元模型,对阵列内部各发光单元之间的热串扰行为进行了分析研究。结果表明,当其连续波工作时间大于1.2 ms后,阵列内发光单元之间出现热串扰现象;当次热沉由CuW合金改为铜金刚石复合材料时,阵列内发光单元自热阻和相邻发光单元的串扰热阻降低,有效地降低了各发光单元之间的热串扰行为。保持阵列宽度、发光单元数目及发光单元周期不变,发现随阵列填充因子的增加,器件热阻以指数衰减趋势逐渐降低,而发光单元间的热串扰特性对此变化并不敏感;保持阵列单个发光单元输出功率,发光单元尺寸及阵列宽度不变,增加发光单元个数后,阵列内各发光单元之间热串扰加剧,填充因子越高阵列升温速率越快;但在最初约70μs内,包含不同数目发光单元的阵列最高温度差异仅约0.5℃,有利于多发光单元高填充因子器件高功率输出。

波导的弯曲对阵列波导光栅传输特性的影响

依据阵列波导光栅(AWG)的传输理论,在中心波长为1550.918 nm、波长间隔为0.8nm的条件下,对33×33信道聚合物AWG波分复用器进行了参数优化,分析了阵列波导的弯曲对器件传输性能的影响。分析结果表明,波导的弯曲将使AWG中的传输光产生相移,引起传输光谱的漂移和串扰的改变。本文所设计的AWG器件的光谱漂移约为0.01 nm,远远小于波长间隔0.8 nm,串扰的变化也很小。

单CCD彩色相机激光干扰模型及外场干扰实验

开展了多波段激光（750-970 nm）对彩色CCD成像系统的外场干扰实验,测得了不同辐照条件下对外场1.3 km处彩色CCD成像系统的干扰效果;建立了彩色CCD相机的激光干扰模型,对实验结果进行了理论验证与分析。理论与实验结果表明：强激光对彩色CCD成像系统的干扰效果明显,CCD靶面出现了明显的光饱和和串扰现象,光饱和区域的形成是由激光束进入光学系统后发生衍射效应造成的;到靶激光功率密度越强,CCD靶面光饱和面积越大,激光干扰效果越好;单波段750 nm激光作用下,到靶功率密度为4.2 k W/cm2,CCD靶面的光饱和面积为0.88 mm×0.97 mm;多波段激光（750~970 nm）作用下,到靶功率密度为20.7k W/cm2,CCD靶面发生全靶面饱和现象;仿真结果与实验结果基本一致,证明了理论模型的正确性。对远场干扰能力计算结果表明：随着干扰距离的增加,到靶功率密度减小,激光干扰效果变差。