1 国防科技大学脉冲功率激光技术国家重点实验室，安徽 合肥 230037
2 先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 230037
3 西北工业大学物理科学与技术学院，陕西 西安 710129
4 陆军装甲兵学院士官学校，吉林 长春 130000
常规成像系统的焦平面结构决定其具有极高的光学增益和有限的焦深范围，导致系统高成像质量与弱激光防护能力的矛盾性问题。波前编码成像技术具有大焦深特点和光场调控作用，通过像面离焦能够在保证成像质量的前提下有效提升系统的激光防护性能。研究波前编码成像系统成像质量和激光防护性能的权衡问题，分析系统激光防护性能的极限至关重要。以反正弦型相位掩膜板为例，分别建立离焦波前编码成像系统的成像模型和激光传输模型，研究系统的成像质量和激光防护性能随离焦参数的变化规律。通过解耦方式将系统的成像质量作为基本约束条件，引入定量评价指标得到系统允许的最大离焦参数为9.70λ（λ为波长），并在此基础上评估系统的极限激光防护性能。结果表明，在该条件下系统的最大单像素接收功率的降幅达到96.37%，回波探测器接收功率降至0.217‰，成像系统的抗激光损伤和反激光主动探测性能分别提升一个和三个数量级以上。
波前编码 成像系统 激光防护 成像质量 光学学报
2024, 44(10): 1026026
红外与激光工程
2023, 52(6): 20230192
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Pulsed Power Laser Technology, National University of Defense Technology, Hefei 230037, China
2 Advanced Laser Technology Laboratory of Anhui Province, Hefei 230037, China
The development of laser systems leads to an increasing threat to photoelectric imaging sensors. A cubic phase plate wavefront coding imaging system is proposed to reduce the risk of damage owing to intense laser radiation. Based on the wavefront coding imaging model, the diffracted spot profile and the light intensity distribution on the observation plane are simulated. An experimental device is set up to measure the laser-induced damage thresholds and investigate the morphology of laser-induced damage patterns of the conventional and the wavefront encoding imaging system. Simulations and experimental results manifest the superior laser suppression performance of the proposed method, which can help diminish the undesirable effects of laser irradiation on an imaging sensor.
wavefront coding imaging system laser suppression laser-induced damage thresholds Chinese Optics Letters
2023, 21(4): 041403
脉冲功率激光技术国家重点实验室, 安徽 合肥 230037
为了探究高功率连续激光作用下CCD的损伤特性随时间的演化规律, 根据其结构特点和工作原理, 建立了1.06 μm连续激光辐照CCD的六层结构热力耦合三维模型。综合考虑了微透镜聚焦和铝膜开口率等因素的影响, 通过改变CCD不同损伤阶段的激光辐照方式, 数值模拟分析了CCD多层结构的层层损伤机理, 研究了CCD各个损伤阶段的时间阈值, 并与实验结果进行了对比。结果表明, 微透镜聚焦光束阶段, 微透镜由于熔点较低, 发生熔融分解, CCD表现为点损伤; 微透镜熔融阶段, 失去聚光能力, 在应力损伤和熔融损伤共同作用下, 铝膜层熔融剥落, 表现为纵向亮线损伤; 铝膜层熔融剥落阶段, 激光直接辐照在硅电极上, 硅电极上表面熔融, 造成布线电路的损伤, 导致部分像元中的电荷无法转移, 出现横向暗线损伤; 最后, SiO2绝缘层受剪切应力而断裂, 使得硅电极和硅基底相互导通, 造成完全损伤。实验与仿真结果趋势一致, 误差较小, 相互验证。
连续激光 CCD探测器 损伤机理 损伤时间 continuous laser charge-coupled device damage mechanism damage time
国防科技大学 脉冲功率激光技术国家重点实验室, 合肥 230037
建立了猫眼回波探测成像光学系统损伤程度的实验系统, 得到激光损伤CCD时猫眼回波峰值功率随辐照时间的变化曲线, 分析了回波峰值功率的变化机理, 并据此建立回波峰值功率变化与CCD损伤程度之间的联系.研究表明, 受CCD不同损伤区域的反射率及粗糙度差异的影响, 猫眼回波峰值功率随CCD损伤程度的加深呈现先显著上升再迅速下降的变化规律, 实际应用时可通过探测CCD猫眼回波强度的变化,再依据此规律来推断CCD各层结构的损伤状态.
激光对抗 激光猫眼回波 CCD光电探测器 回波峰值功率 Laser confrontation Laser cat′s eye echo CCD photodetector Cat′s eye peak power
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
利用有限元法对组合激光辐照单晶硅的温度及应力场进行了数值分析, 在组合激光与连续激光平均功率密度相同的前提条件下比较了组合激光和连续激光分别作用于单晶硅的损伤效果。计算结果表明, 组合激光与连续激光相比更有利于实现对单晶硅的热损伤; 组合激光作用下单晶硅内部的Von Mises应力、轴向应力和环向应力比在连续激光作用下要大, 组合激光对单晶硅的损伤比连续激光更强。
组合激光 激光损伤 数值分析 单晶硅 combined laser laser damage numerical analysis single crystal silicon 红外与激光工程
2018, 47(11): 1106011
国防科技大学 脉冲功率激光技术国家重点实验室, 合肥 230037
建立了不同损伤状态下光学成像系统的猫眼回波模型, 分析了CCD各层被损伤对猫眼回波功率的影响, 得到猫眼回波功率变化与CCD损伤程度的对应关系, 并通过实验进行了验证.研究发现, 在远场情况下成像光学系统的猫眼回波中心位置光强最强, 且回波功率随CCD损伤程度的加深呈现先显著上升再迅速下降.最后缓慢下降的变化规律, 可由此判断CCD各层结构的损伤状态.研究结果对远场条件下CCD被损伤程度的实时监测有一定的参考价值.
猫眼回波模型 回波功率变化 CCD的损伤程度 远场 CCD CCD Cat′s eye echo model Variation of echo power Degree of damage to CCD Far field
国防科技大学 脉冲功率激光技术国家重点实验室, 合肥 230037
首先介绍了基于猫眼效应的激光主动探测方法的发展历程, 分析了离焦量、探测距离、大气湍流等因素对猫眼回波的影响; 然后介绍了激光损伤CCD的研究过程及研究现状, 分析了激光损伤CCD的机理及效果; 最后介绍了利用猫眼效应探测CCD被损伤程度的方法, 并指出了此方法的发展方向。
猫眼效应 激光损伤 cat eye effect laser damage CCD charge-coupled device (CCD)
脉冲功率激光技术国家重点实验室, 安徽 合肥 230037
自从第一次观察到飞秒激光大气成丝后, 光丝备受科学家的关注。它的潜在应用价值主要包括电子加速、激光雷达远程遥感、太赫兹辐射和超短脉冲压缩。利用数值仿真的方法, 通过改变艾里光束的衰减系数, 研究了不同能量背景的环形艾里光束飞秒激光大气成丝特性, 得到的光丝长度长于拥有相同峰值功率、弱能量背景高斯光束形成的光丝。通过分析飞秒激光光丝演化过程的时间和空间特性, 发现了环形能量背景是环形艾里光束沿传播方向形成高能量密度光丝的前提条件。比较了环形艾里光束和高丝光束在成丝过程中的光谱展宽特性, 发现不同衰减系数的环形艾里光束具有相似的光谱展宽特性, 但要明显弱于高斯光束的光谱展宽。研究成果对与提升飞秒激光成丝效果具有参考意义。
飞秒激光 艾里光束 克尔效应 自聚焦 femtosecond laser Airy beam Kerr-effect self-focusing 红外与激光工程
2017, 46(8): 0806005
脉冲功率激光技术国家重点实验室(电子工程学院), 安徽 合肥 230037
利用猫眼回波的变化研究焦平面上硅在激光辐照下的损伤演化。随着激光辐照时间的增加, 回波图像出现抖动, 产生新的纹理, 判定焦平面上硅受到损伤。损伤对应的回波图像面积不断扩大, 损伤区内光斑结构逐渐变得复杂, 且光斑面积不断减小, 最终形成动态稳定的损伤回波图像。依据回波图像的变化分析硅的损伤形貌, 依次出现表面氧化、小尺度形貌损伤、损伤面积扩大等现象。初步分析了回波图像纹理特征与焦平面上硅损伤形貌的对应关系, 认为回波图像损伤区光斑的自相关性与角二阶矩随着损伤形貌粗糙度的增大而减小。
猫眼回波 微观损伤形貌 演化 纹理特征 cat′s eye echo-wave micro damage morphology evolution texture feature 红外与激光工程
2016, 45(12): 1206007
