为了研究脉冲激光辐照CMOS相机时拍摄图像产生间断现象的原因, 利用1 064 nm脉冲激光对卷帘快门式CMOS相机进行了辐照实验。在获得的图像中观测到了间断现象, 表现为垂直方向上的亮区和暗区, 计算表明各帧图像中暗区的行数为固定值。根据CMOS图像传感器积分方式和扫描机制, 分析了图像间断现象的形成机理为卷帘快门式CMOS存储的不同时性。理论计算结果与实验结果一致, 并理论分析了完全无暗区图像存在的原因。提出了基于多帧间断图像采用拼接手段获得完整连续图像的方法, 得到的图像与直接拍摄图像基本一致。

在开展激光对光电成像系统的干扰实验时, 观察到光电探测器上多组圆环条纹并存的现象, 并采用对光学系统拆解、测量、建模重构和光线追迹的方法揭示了每一组圆环条纹的产生机理。首先, 对实验所用的光学系统进行拆解, 测量各个镜片的曲率半径、厚度、通光孔径等几何结构参数, 并采用TRACEPRO光线追迹软件建立了该光学系统的理论模型。基于该光学系统模型, 追迹大量光线经光学系统传输后在光电探测器上的能量分布, 分析每一种能量组分的来源, 发现多组圆环条纹的出现是由于不同激光能量组分的干涉效应而产生的, 并揭示了产生每组圆环条纹的对应能量组分。文中的研究结果可为激光对光电成像系统的干扰效果评估提供技术支撑。

为了研究不同入射角下的激光干扰效果, 采用逐步调节光轴指向的方法, 对不同入射角下的干扰效果进行了实验研究和理论分析, 取得了不同入射角下激光束在探测器上光斑位置、接收能量和光斑形状的数据。结果表明,光斑位置随入射角的增大而线性移动, 对于本文中的光电成像系统而言, 移动速率为入射角每增加0.1°,光斑偏离探测器中心16个像素; 接收能量随入射角的增大而减小, 对于本文中视场角为8°的光学系统而言, 减小的幅度不超过1%; 不同入射角下的激光光斑形状满足空间平移不变性。这一结果对开展激光干扰光电成像系统试验是有帮助的。

采用1064 nm纳秒脉冲激光辐照单晶Si、单结GaAs太阳能电池, 针对不同强度激光辐照太阳能电池的损伤特性进行了实验研究, 得出激光光斑聚焦在电池栅线上时, 电池更易损伤, 单晶Si电池的栅线打断之后仍能很好工作, 单结GaAs电池却完全失效, 这是由于高掺杂的基底锗熔融凝固连接栅线, 导通电池正负极.实验结果还表明, 激光辐照在电池表面时, 对单晶Si电池基本没有影响, 而GaAs电池输出性能也没有很大幅度的下降.理论分析了纳秒激光对电池的损伤主要是热、力效应共同作用的结果.热效应使材料熔化、气化, 力效应主要沿着激光传输的方向, 垂直于材料表面.常温下Si材料对1 064 nm有较强的本征吸收, GaAs电池的GaAs层透过1 064 nm, Ge基底本征吸收1 064 nm, Ge材料的熔点低于Si材料且其禁带宽度更窄, 故其初始损伤阈值略低.通过SEM扫描电镜、激光拉曼材料分析及X射线光电子能谱仪等分析手段对实验结果进行了验证.

实验研究了光学系统不同F数下的激光干扰效果。测试了暗背景下、无激光干扰时CCD输出图像的噪声灰度和分布概率。通过比较光学系统不同F数下的激光干扰图像和灰度分布，发现各灰度级的像元数随F数的减小近似线性增加，而并非指数或者对数增加。最后基于夫琅禾费衍射理论，仿真了五边形光阑产生的衍射图样，仿真结果表明在F数较大时，激光干扰图像正是光阑的衍射图样。研究结果可为评估光电成像系统在不同F数下的激光干扰效果提供技术支持和理论参考。

针对532 nm纳秒单脉冲激光辐照单晶硅、砷化镓(GaAs)太阳能电池的损伤效应，结合电池的结构和等效电路，分析了纳秒单脉冲激光对两种太阳能电池的损伤机理。结果表明，激光辐照区域的太阳能电池组成成份改变，PN结内部缺陷增多，载流子复合几率增大，导致太阳能电池输出性能下降，单晶硅材料的电池输出性能下降并不明显，而GaAs材料的电池由于砷等元素的升华，镓等金属元素的熔融再凝固过程，形成一个连接电池正负极的导电通路，导致GaAs电池不能正常工作。

实验采用60 ns、1064 nm单脉冲激光辐照前照式有源型可见光CMOS探测器，随着损伤程度的加深，分别观察到点损伤、半边黑线损伤以及十字交叉黑线损伤等硬损伤现象。各损伤现象出现时对应的探测器表面激光能量密度分别为0.38、0.64、1.0 J/cm2。进一步提高激光能量密度，观察到十字交叉黑线变粗，覆盖面积扩大。即使激光能量密度达到2.8 J/cm2，此时黑线已经覆盖绝大部分探测器像元，但探测器仍然没有完全失效，未损伤区域还可以成像。基于CMOS样品的结构和工作原理，对损伤机理进行了理论分析，认为点损伤是由于热效应引起结构缺陷从而造成漏电流增加，半边黑线损伤和十字交叉黑线损伤是由于器件电路的熔断导致信号中断。