随着光电技术的发展，彩色电荷耦合器件（CCD）探测器在各种应用中的重要性不断提升。因此，分析其在激光辐照下的损伤特性是提升其可靠性的关键。选用波长为532 nm，脉冲宽度为10 ns，重复频率为1 Hz的纳秒激光对彩色CCD探测器进行损伤实验研究，分析其在不同峰值功率密度下的损伤特性。通过金相显微镜、扫描电子显微镜和三维表面测量仪观察彩色CCD探测器损伤区域的微观结构和深度，从而确定内部损伤的位置。结果表明：在2.675×105 W/cm2功率密度下，损伤集中在分色滤色片层，出现白洞损伤，当功率密度增至3.534×106 W/cm2时，遮光铝膜熔化，引发白线损伤，进一步增加功率密度至4.526×106 W/cm2，损伤深入到N型光敏区，导致灰-白屏损伤，在最大功率密度5.926×106 W/cm2时，N型硅基底受损，彩色CCD探测器完全失效。
彩色CCD探测器 激光辐照 输出图像 峰值功率密度 color CCD detector laser irradiation output image peak power density
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
2 上海理工大学 光学仪器与系统教育部工程研究中心，上海 200093
3 恒迈光学精密机械（杭州）有限公司，浙江 杭州 311421
为研究MgF2/Lumogen复合薄膜应用于真空紫外探测的高能辐照损伤特性，以300 W高能1064 nm连续激光进行辐照。通过改变激光功率和扫描速率，调控膜层受激光辐照的能量和时间，并测试辐照前后薄膜光致发光强度、荧光衰减、透过率等光信号性能。结果表明，在能量密度0.58～2.94 W/mm2、扫描速率50～10 mm/min激光辐照后，深紫外160 nm激发的荧光响应强度衰减了1%～61%，近紫外273 nm激发的荧光响应强度衰减了1%～21%，可见光500～700 nm透过率衰减了2%～3%。对比单层Lumogen薄膜的辐照损伤结果以及复合薄膜的热传导分析，MgF2薄膜对Lumogen具有减反增透作用的同时还具有一定的抗辐照损伤能力。
荧光薄膜 紫外增强 激光辐照 损伤效应 fluorescent film ultraviolet enhancement laser irradiation damage effect
中国工程物理研究院 流体物理研究所，绵阳 621000，中国
为了获得激光加工等应用中气流环境激光辐照材料的热响应特性和熔穿规律，采用面热源近似和不定常热传导分析方法构建了包括热传导、对流换热、熔化烧蚀等主要机制的物理模型，并通过实验校核后进行了气流环境激光辐照铝合金热学响应定量评估，获得气流环境不同激光功率密度下铝合金靶板温升和烧蚀熔穿规律。结果表明，相同靶参数下，熔穿时间随着激光功率密度增加而急剧减小，并且熔穿时间变化规律与热平衡积分方法气化烧蚀模型结果一致；不同条件下熔穿时间显示，在激光功率密度较小（500 W/cm2附近）时，气流引起对流换热因素对激光烧蚀熔穿影响较大，而在激光功率密度较高（1500 W/cm2以上）时，气流引起对流换热因素对激光烧蚀熔穿影响较小。建立的气流条件下激光辐照热响应模型与实际物理过程更接近，计算获得的熔穿规律为激光辐照模型合理简化提供了定量的参考依据。
激光技术 激光辐照 气流环境 热响应 激光烧蚀 laser technique laser irradiation airflow thermal response laser ablation
1 中国科学院上海光学精密机械研究所王之江激光创新中心，上海 201800
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院，北京 100049
3 西北核技术研究所激光与物质相互作用国家重点实验室，陕西 西安 710024
基于量子阱红外探测器长波8.2 μm单脉冲激光辐照二维轴对称热学和力学简化模型，通过有限元方法数值模拟计算了不同脉宽条件下探测器瞬态温度场和应力场分布，初步给出了1~300 ns脉宽范围内的器件热分解、熔融和应力诱导损伤阈值随激光脉宽的变化规律。结果表明，探测器的激光峰值能量密度损伤阈值随脉宽的减小而降低。当激光脉宽从300 ns减小至1 ns时：量子阱探测器的热分解损伤阈值从3.16 J/cm2降至2.43 J/cm2，降低了23.10%；熔融损伤阈值从5.50 J/cm2降至4.22 J/cm2，降低了23.27%；应力诱导损伤阈值从8.92 J/cm2降至4.94 J/cm2，降低了44.62%。
量子阱红外探测器 长波红外单脉冲激光 激光辐照损伤脉宽效应 激光与光电子学进展
2024, 61(21): 2114012
1 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学中山研究院，广东 中山 528400
3 西安航天复合材料研究所，陕西 西安 710065
阵列激光辐照技术是实现碳纤维复合材料（CFRP）快速高效固化的有效办法，辐照区域温度场的均匀性是影响构件质量的重要因素，因此对温度场均匀性进行量化分析具有重要意义。基于阵列激光辐照原理建立了CFRP的有限元温度场分析模型并完成了实验验证，通过计算辐照区域内温度场的均匀性指数，分析了不同激光光斑间距、不同激光光斑尺寸和不同激光功率条件下温度场的变化趋势。结果表明：在单个激光光斑边长为50 mm的条件下，当激光光斑中心间距从45.0 mm增加至55.0 mm时，热影响区面积逐渐增大，均匀性指数先增大后减小，当光斑中心间距与光斑边长相等时，均匀性指数最高为0.95；当激光光斑边长从40 mm增加至60 mm时，热影响区面积逐渐增大，均匀性指数从0.92增加至0.98；当激光功率从50 W增加至250 W时，热影响区面积几乎不变，均匀性指数从0.97减小至0.93。
碳纤维复合材料 激光辐照 有限元 温度场 均匀性评价 中国激光
2024, 51(14): 1401007
1 航天工程大学研究生院, 北京 101416
2 航天工程大学宇航科学与技术系, 北京 101416
3 航天工程大学航天指挥学院, 北京 101416
太阳能电池作为一种高效的光电转化器, 被广泛地应用于光伏发电系统中。 激光作为一种高亮度光源辐照电池时, 会导致其出现损伤, 可利用电池的表面散射光谱特性, 对其损伤程度进行判别。 通过目标表面散射光谱测量系统, 对激光辐照后的三结砷化镓电池散射光谱进行测量, 并计算双向反射分布函数（BRDF）。 其中测量系统主要由FX 2000和NIR 17型光纤光谱仪组成, 针对电池表面的强镜反射特性, 在实验中采用了入射角和反射角为30°的测量几何模型。 原始三结砷化镓太阳能电池的结构主要包括减反射膜DAR层、 顶电池GaInP层、 中电池GaAs层和底电池Ge层, 其散射光谱特征包括可见光谱段(500~900 nm)的吸收特性及近红外谱段(900~1 200 nm)的类周期振荡特性, 在对连续激光辐照损伤后电池的光谱特性进行实验测量后, 得到了损伤电池光谱BRDF的变化, 并结合基于薄膜干涉理论的电池散射光谱模型, 对各膜层损伤后的特征进行了分析。 结果表明: DAR层的主要作用是降低光谱反射能量, 对光谱曲线的特性影响较小; Ge层对光谱曲线形状基本无影响; 电池散射光谱吸收和干涉等特征主要由GaInP层和GaAs层所引起, 其中, GaInP层主要影响可见光谱段的吸收特性, 并对近红外谱段内的干涉特性起到调制作用, 而GaAs层主要影响近红外谱段的干涉特性, 当其损伤到一定程度后, 会导致可见光谱段内出现干涉特性。 最后, 在实验结果分析的基础上, 通过模型研究了电池各层对散射光谱特性的影响, 并讨论了基于散射光谱特性的电池损伤程度判别, 研究结果可为电池激光损伤判别提供参考。
激光辐照 三结砷化镓电池 散射光谱 表面形貌 损伤特性 Laser irradiation Triple junction gallium arsenide battery Scattered spectrum Surface appearance Damage characteristics 光谱学与光谱分析
2023, 43(12): 3674
1 国防科技大学电子对抗学院，安徽 合肥 230037
2 脉冲功率激光技术国家重点实验室，安徽 合肥 230037
3 先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 230037
4 安徽省红外与低温等离子体重点实验室，安徽 合肥 230037
针对隐身和电磁防护技术对轻质、高效新型吸波材料的需求，以ZIF-67为前驱体，通过1064 nm激光辐照快速制备Co/C复合粒子。研究辐照功率对Co/C复合材料物相、微结构、电磁参数及其2~18 GHz波段吸波性能的影响。结果表明，激光辐照制备的Co纳米晶尺寸可稳定在5~20 nm，复合材料展现出丰富的Co-C界面，从而利于提升材料对电磁波的介电损耗能力。特别地，45 mW激光辐照获得的Co/C工作频段可覆盖完整的X波段（厚度为2.6 mm），最低反射损耗高达-53.9 dB，展现出优异的吸波能力。
材料 激光辐照 ZIF-67 Co纳米晶 宽频 吸波 光学学报
2023, 43(17): 1716001
1 中国电子科技集团公司第二十七研究所，河南 郑州 450047
2 光电对抗测试评估技术重点实验室，河南 洛阳 471026
3 长春理工大学 物理学院，吉林 长春 130022
从理论仿真计算方面开展了脉冲激光诱导CCD探测器铝层金属温升变化的液-固相变时间特性研究。通过傅里叶热传导方程计算仿真了纳秒激光诱导CCD探测器铝层金属材料的温升曲线，获得了铝层金属材料液-固相变起始时刻和液-固相变时间长度随激光脉冲峰值功率和激光入射角度的变化规律。理论计算结果表明，随着入射激光脉冲峰值功率增加，激光诱导CCD探测器铝层表面的最高温度逐渐升高，铝层材料的液-固相变起始时刻往后延迟，且液-固相变时间长度增加；随激光入射角度的增大，铝层表面的最高温度逐渐降低，液-固相变起始时刻不断前移，而液-固相变时间长度逐渐变短。研究结果表明，激光脉冲峰值功率密度和激光入射角对激光诱导CCD探测器的液-固相变时间特性有重要影响，对揭示纳秒激光诱导CCD探测器的热损伤机制有重要的理论意义。
激光辐照 液-固相变 CCD探测器 激光入射角度 laser irradiation liquid-solid phase transition CCD detector laser incident angle
1 国防科技大学 电子对抗学院 脉冲功率激光技术国家重点实验室，安徽 合肥 230037
2 国防科技大学 电子对抗学院 先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 230037
3 安徽理工大学 力学与光电物理学院，安徽 淮南 232001
高能激光是对抗光电成像系统的有效手段。随着互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS)图像传感器性能和制作工艺的快速发展，其市场占有率已逐步赶超电荷耦合器件 （Charge Coupled Device, CCD），成为当前主流的图像传感器。CMOS图像传感器的激光干扰和损伤也随之成为国内外相关领域的研究热点。文中首先根据CMOS图像传感器的发展历程，对其结构和工作原理进行了介绍，并在此基础上简要分析了CMOS图像传感器在激光辐照过程中的薄弱环节，之后综述了CMOS在激光辐照下受到干扰及损伤现象的研究进展，并对干扰的评价方法和损伤阈值的主要测量方法进行了总结归纳，最后探讨了利用复合激光系统提升损伤CMOS图像传感器能力的发展现状和前景。
CMOS图像传感器 激光辐照 干扰 损伤 CMOS image sensor laser irradiation dazzle damage 红外与激光工程
2023, 52(6): 20230269
1 中国科学院上海技术物理研究所，上海200083
2 西北核技术研究所，陕西 西安 710024
3 中国科学院大学，北京100049
针对室温工作的光伏型碲镉汞中波红外探测器激光辐照饱和特性进行了仿真，结果表明，中红外激光对碲镉汞材料的加热效应以及光照导致零偏压阻抗降低，是影响探测器输出量子效率的重要因素。利用一维数值仿真方法，建立了室温碲镉汞pn结的模型，计算了稳态激光辐照下器件量子效率以及零偏压阻抗。理论计算了激光辐照下的稳态温度分布近似模型，并将温度场分布耦合到仿真计算中，发现衬底厚度会影响芯片的温升，从而显著影响器件饱和阈值的大小。另外，计算表明，随着光照强度的增加，器件的零偏压阻抗降低，并将仿真结果与实测芯片参数进行了比较。计算分析为设计高饱和辐照度阈值的中波红外碲镉汞探测器提供了参考。
激光辐照 温度场 饱和特性 数值仿真 laser irradiation temperature field saturation properties numerical simulation 
