1 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院, 安徽 合肥 230026
3 先进激光技术安徽省实验室, 安徽 合肥 230037
4 安徽大学物质科学与信息技术研究院, 安徽 合肥 230601
5 中国工程物理研究院流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
为了探究激光在自由高空湍流大气中传输的短曝光光斑特性,在云南高美古3200m的高海拔地区,选择远离下垫面的地势条件,开展了532nm固体激光1,2,3,4, 4.7km大气传输光斑成像探测实验。利用4000frame/s采样速率下的短曝光光斑数据,定性地描述了湍流大气中短曝光远场激光光斑的网纹状形态结构以及零星亮点的移动、消散和重构过程,并对激光光斑灰度值进行了定量的统计分析。结果表明:利用二维的光斑图像数据,可以较为方便地获得光强闪烁的孔径平均因子和理想的点闪烁指数,进而得到包括湍流强度和湍流内尺度在内的关键光学湍流参数;同时,也可对激光闪烁频谱、截止频率以及光斑的空间相关特性进行定量的判断。相关数据有助于研究高原或高空长程传输条件下的激光能量在目标靶面上的空间分布及其时间变化特性,为研究激光长程大气传输后光电系统的变化提供了一定的参考。
大气光学 激光大气传输 光学湍流 短曝光 光斑图像 闪烁指数
1 四川大学 电子信息学院, 成都 610064
2 中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
在利用CMOS阵列探测器成像时,探测阵列单元间的串扰将直接影响器件成像质量.为了更好地了解串扰对器件响应过程的影响,针对CMOS图像传感器的电串扰特性进行了分析,建立了电串扰数学分析模型,对电串扰的大小进行了定量计算.具体分析了不同扩散长度、感光面积、耗尽层宽度、像素尺寸和温度对电串扰的影响.分析结果表明,感光面积、耗尽层宽度与像素尺寸对电串扰的影响最大,扩散长度和温度对电串扰的影响相对较小.感光面积由3.8 μm2增加到12.8 μm2后,归一化的电串扰减小了约13%;像素尺寸由7 μm×7 μm增加为15 μm×15 μm时,电串扰增加了约95.4%;温度由100 K增加到180 K后,电串扰下降了约0.6%.
阵列探测器 CMOS图像传感器 电串扰 感光面积 array detector CMOS image sensors electrical crosstalk active area 强激光与粒子束
2015, 27(6): 061019
中国工程物理研究院 流体物理研究所,四川 绵阳 621900
绝缘体上硅(SOI)材料的激光损伤特性研究对基于该材料的光学器件在激光环境中的应用具有重要价值。本文使用1064 nm脉冲激光对SOI材料进行了辐照实验,在脉冲宽度分别为190 ps和280 μs的条件下,测得的损伤阈值能量密度分别为2.5 J/cm2和19.8 J/cm2,SOI材料表面的激光损伤模式也存在明显差别。根据实验结果,利用ANSYS软件的热分析模块,采用有限元方法数值模拟了激光辐照结束后SOI材料内部的温度场分布,并结合损伤形貌的观测对SOI材料的激光损伤机制进行了讨论。
光学材料 SOI材料 激光损伤阈值 脉冲激光 损伤机理
中国工程物理研究院 流体物理研究所， 四川 绵阳 621900
利用载流子输运模型对飞秒激光辐照下单晶硅亚微米薄膜中的能量输运过程进行数值模拟。研究了不同辐照能量密度和不同激光波长对载流子密度和温度超快变化过程的影响规律。结果表明，在800nm激光辐照下，不同入射能量密度仅影响载流子密度和温度响应的峰值，但达到峰值的时刻不变。平衡态的恢复过程受入射能量密度影响很小。在不同波长激光辐照下，光子能量越大，载流子密度和温度达到峰值所用时间越短，对应峰值越大，但衰减速度也越快。当入射光子能量大于单晶硅的直接带隙时，快速衰减时间常数可以与载流子能量弛豫时间相当。
飞秒激光 能量输运 数值模拟 单晶硅薄膜 femtosecond laser energy transport numerical simulation monocrystalline silicon film
中国工程物理研究院流体物理研究所,四川 绵阳 621900
在532nm波长连续激光辐照ZnS/SiO2/K9 630~690nm多层膜滤光片的损伤实验的电镜扫描分析下观察到了“熔坑”的现象,根据这个现象建立了含有Pt杂质的532nm波长连续激光辐照ZnS/SiO2/K9 630~690nm多层膜滤光片的热损伤模型。结合温度场的计算,研究了532nm连续激光辐照630~690nm多层薄膜滤光片时杂质周围产生的温升效应,通过对计算结果与实验结果的比较,分析了杂质对滤光片薄膜激光损伤的影响。分析了连续激光作用下杂质对滤光片的破坏机制,解释了滤光片熔坑产生的原因。
杂质 损伤 激光 滤光片 温度场 impurity damnification laser filter temperature field
中国工程物理研究院流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
利用800 nm波长的飞秒抽运探测技术测量了具有不同单晶硅薄膜厚度的绝缘衬底上硅(SOI)皮秒瞬态反射率变化,并通过基于受激载流子密度和温度变化过程建立的反射率模型讨论了SOI表面载流子的超快动力学过程。研究表明,表面复合速度(SRV)是影响载流子动力学响应的主要因素,且薄膜厚度越小表面复合速度就越大,对应的表面态密度可达到1015 cm-2。对于较小的SRV,受激载流子的超快响应决定了瞬态反射率变化; 而对于较大的SRV,晶格温升对瞬态反射率变化的贡献变得显著,使得反射率在更短的时间内恢复并超过初始值。
飞秒激光 抽运-探测 载流子动力学 绝缘衬底上的硅
中国工程物理研究院流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
利用800 nm波长的飞秒抽运探测技术测量了单晶硅表面50 ps内的瞬态反射率变化,研究了表面载流子的超快动力学过程。基于自由载流子密度变化过程建立的反射率模型可以很好地描述瞬态反射率变化,说明受激自由载流子超快响应的贡献主导了反射率的变化过程,经拟合获得了样品的表面复合速度(SRV)为1.2×106 cm/s。建立了耦合的载流子输运模型,探讨了单晶硅表面热载流子的密度、温度随时间的演化过程。研究表明,表面复合过程是影响本征单晶硅表面载流子动力学的重要因素。
超快光学 飞秒激光 抽运-探测 载流子动力学 单晶硅表面
1 四川大学电子信息学院,四川,成都,610064
2 中国工程物理研究院流体物理研究所,四川,绵阳,621900
用脉宽为60 fs、波长为800nm的fs激光辐照电荷耦合器件,研究了电荷耦合器件在fs激光作用下的失效问题.实验得到fs激光作用下电荷耦合器件的失效阈值为4.22×10-3J/cm2.这比ns激光作用下电荷耦合器件的损伤阈值低2～3个量级.对该器件进行显微观测,在光敏元上没有发现损伤,但在器件的栅极上发现了明显的激光引起的损伤痕迹.
fs激光 电荷耦合器件(CCD) 失效阈值 Femtosecond laser Charge coupled devices （CCD ） Failure threshold
中国工程物理研究院,流体物理研究所,四川,绵阳,621900
对飞秒激光辐照下硅光电二极管损伤阈值进行了实验测量,对从ls到60fs不同脉宽激光辐照下硅光电二极管损伤阈值进行了讨论.实验数据表明,在ls到10ns脉宽范围内损伤所需能量密度近似而非严格地与脉宽的平方根成正比.信号分析表明硅光电二极管的损伤主要由热效应造成,而60fs激光辐照下的损伤阈值为0.1J/cm2,明显偏离普通温度分布预言的趋势.
飞秒激光 硅光电二极管 损伤阈值 脉宽效应 Femtosecond laser Si photodiode Damage threshold Duration effect
1 中国工程物理研究院流体物理研究所,四川绵阳,621900
2 中国科学院物理研究所,北京100080
对60飞秒800nm激光辐照下硅PIN光电二极管的信号饱和、损伤及失效进行了实验测量.实验得到硅PIN光电二极管的失效阈值为1.2J/cm2,损伤阈值比失效阈值低一个量级.飞秒脉冲辐照后,存在10-4s量级的饱和时间,辐照后对信号光的响应在短时间内出现不规则变化,在长时间内随脉冲能量密度增大而降低.
飞秒激光 硅PIN光电二极管 损伤 失效阈值 fs laser Si PIN diode damage failure threshold
