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
开展了单结GaAs太阳电池808 nm、10.6 μm连续激光辐照实验研究, 结果显示, 相同激光耦合强度下两种激光对电池的损伤模式相似, 且随着激光耦合强度逐渐提高, 电池最大输出功率呈现“阶梯”状下降。通过对比辐照过程中温升速率、温度峰值以及高温持续时间对损伤结果的影响, 结合能谱仪和扫描电子显微镜的测量结果以及方差分析结果对损伤机理进行了分析和验证。认为高温导致GaAs分解、电极氧化是单结GaAs太阳电池性能退化的主因。
激光辐照效应 单结GaAs太阳电池 连续激光 热损伤 性能退化 laser irradiation effect single junction GaAs solar cell continuous wave laser thermal damage performance degradation 红外与激光工程
2018, 47(5): 0506001
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
通过硅光电二极管激光辐照效应实验获取了辐照前后器件的I-V特性曲线, 利用粒子群优化算法对二极管的等效电路参数进行提取, 考察受损前后等效参数的变化规律。认为光电二极管在激光辐照受损后, 其反向饱和电流会减小, 等效串联电阻会增大, 等效并联电阻会减小。随后, 基于半导体物理理论, 对这些参数变化的内在因素进行了定性分析。认为反向饱和电流减小是由掺杂离子浓度减小造成的, 串联电阻增大是因掺杂离子浓度以及载流子寿命减小共同引起的, 并联电阻减小则是由半导体表面及内部的缺陷引起的。
二极管等效电路 激光辐照效应 粒子群优化算法 equivalent circuit of diode laser irradiation effect particle swarm optimization algorithm 红外与激光工程
2018, 47(1): 0106002
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
为研究光伏探测器瞬态响应特性在短脉冲激光作用下的变化规律, 以一种室温下零偏压工作的HgCdTe光电二极管为实验对象, 测量了该器件对脉冲宽度约16 ns的不同强度响应波段内激光的响应信号波形。在探测器的对数线性响应区内, 随着入射激光能量密度从约7.2 nJ/cm2增大到75 μJ/cm2, 响应波形的宽度逐渐增大, 半高宽约由55 ns增大到235 ns, 底宽约由170 ns增大到380 ns。脉冲响应波形的展宽意味着器件的瞬态响应特性发生了退化。通过分析强注入条件下光电二极管准中性区光生载流子扩散过程, 以及结电场与结电容变化对过剩载流子输运过程的影响, 对上述光伏探测器瞬态响应特性退化的特征进行了机理解释。
激光辐照效应 光伏探测器 瞬态响应 脉冲信号展宽 laser irradiation effect photovoltaic detector transient response pulse signal widening HgCdTe HgCdTe 红外与激光工程
2018, 47(1): 0106001
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
烧蚀热可用于材料抗激光加固性能表征和材料的激光加工效率描述。实验研究了亚音速表面切向空气气流速度和激光功率密度对玻璃纤维/树脂复合材料烧蚀热的影响规律，结果表明，相同气流速度下，烧蚀热在100~500 W/cm2 激光功率密度范围内先迅速降低然后趋于稳定，转折点约位于200 W/cm2；相同激光作用下，功率密度较低时，烧蚀热随着气流速度提升而变大，功率密度高于一定值(约200 W/cm2)后，烧蚀热随气流速度提升而降低。分析认为材料内部扩散、热解气体燃烧、残碳氧化放热、辐射能量损失、气流剥蚀等多个因素的竞争是激光能量利用效率变化的原因。
激光光学 激光辐照效应 烧蚀热 玻璃纤维复合材料 切向气流速度 激光功率密度
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
电荷耦合器件(CCD)图像传感应用中，通过非实测手段获取器件的干扰效应阈值非常重要，有时甚至是唯一手段。分析了行间转移型CCD 单像素饱和与串扰等典型激光干扰效应的影响因素，研究了垂直拖尾、光晕和串扰3种效应的物理本质间的内在联系与区别，初步证实垂直拖尾系数对串扰效应而言为非敏感参数。提出了基于饱和信号电荷量、像元尺寸、量子效率以及光晕抑制率等器件参数，从现有的效应数据预估相似器件单像素饱和阈值、串扰线饱和阈值的外推方法。对柯达面阵CCD 器件的饱和阈值测量与干扰效应实验显示，预估结果与实验值之间的偏差量分别为3%和20%，属于可以接受的范围，表明预估方法切实可行。
传感器 激光辐照效应 阈值预估 图像传感器 电荷耦合器件 干扰
1 哈尔滨师范大学 光电带隙材料教育部重点实验室
2 黑龙江省先进功能材料与激发态重点实验室物理与电子工程学院, 哈尔滨 150025
3 牡丹江师范学院 物理系，黑龙江 牡丹江 15701
基于热传导理论，构建了高斯分布的连续激光辐照GaAs材料的二维轴对称非稳态物理模型，且利用多物理场直接耦合分析软件COMSOL Multiphysics求解热传导方程得到了材料表面温度分布曲线以及光斑中心处温度沿厚度方向分布曲线，并得出GaAs材料的分解损伤时间与入射光功率密度的关系曲线.研究表明，在连续激光辐照下，GaAs材料可能会发生分解损伤，激光功率越高，材料被破坏所需的时间越短.理论计算结果与相关的实验结论一致，说明所建立的激光辐照效应模型具有科学性.
激光辐照效应 高斯光束 温度场 损伤阈值 Laser irradiation effect Gauss beam Temperature field Damage threshold
1 海军驻西安二十所军事代表室，陕西西安710065
2 西安电子科技大学 理学院物理系，陕西西安710071
3 应用光学研究所，陕西西安710065
光电探测器吸收激光后的温升以及因温升造成的各种现象，致使探测器遭受到不同程度的损伤。利用热弹性理论对CO2激光器辐照K9玻璃材料进行研究，建立激光辐照材料温升及热应力分布二维平面模型，通过解析计算得到由激光辐照半导体材料引起的温度场和应力场的瞬态分布。研究表明, K9玻璃材料的激光辐照损伤阀值与辐照时间和光斑半径相关。在同一条件下,造成的热应力损伤阀值较熔融损伤的低，故K9玻璃材料的破坏形态为热应力破坏。
光电探测器 激光辐照效应 温度场 热应力场 electro-optical detectors laser radiation effects temperature field thermal stress field
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室,吉林 长春 130033
2 中国科学院研究生院,北京 100049
3 中国人民解放军63880部队,河南 洛阳 471003
为了研究波段内激光辐照焦平面阵列热像仪时的性能表现，设计了一系列视场内辐照实验。理论上采用了平顶高斯函数和有限个复高斯函数之和模拟激光器输出的平顶型光束以及激光器输出镜和光路中各种光学元件构成的光阑，结合近轴光学系统的柯斯林光束衍射公式计算了激光光束的传递以及变换。在实验中，通过在光路中放置单透镜光学元件以及调节该元件和激光器与热像仪之间距离的方法实现了实验室激光光束对热像仪的有效干扰。实验结果表明，通过设计的光路，连续的低功率激光能够对热像仪成像形成干扰，激光光束在热像仪焦平面上形成的弥散斑能覆盖热像仪近30%的像元，使热像仪无法识别背景目标物。理论分析与实验结果相符。
激光辐照效应 热像仪 CO2激光 laser irradiation effect thermal imager CO2 laser
在室温条件下，利用KrF准分子激光辐照技术，实现了超疏水性聚偏氟乙烯高分子材料的快速制备,最快制备时间为10 s。实验结果表明，在改性后的材料表面上，与水静态接触角由原来的53°增加到170°左右。采用原子力显微镜和X射线光电子能谱等检测手段对辐照后的材料表面进行了微观形貌和化学结构分析，结果表明激光辐照区域产生了具有极规整三维网络结构的改性层，并且C-CF2和C-F两种化学基团取代了原有的化学结构CH2和CF2成为该改性层的主体。表面的粗糙化与低表面能化学基团的共同作用，使改性后的聚偏氟乙烯表面有效地产生了较强的超疏水性能。
激光技术 超疏水性 激光辐照效应 高分子材料 聚偏氟乙烯
