激光与光电探测器相互作用的研究现状

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国外研究状况在国外，六十年代初，随着调Q激光器的出现，激光诱导光学元件的损伤就为人们察觉。七十年代初，随着高功率激光器的出现，科研人员意识到系统中元件本身的抗激光损伤能力己成为限制激光器发展的重要因素之一。1965年苏联学者提出了激光维持的爆轰波(LSD)的重要概念，这是激光对光电探测器力学损伤的主要因素[1]。1975年美国海军研究室的Bartoli，Kruer，a1lmen等研究了CO2激光器对HgCdTe，PbSnTe光电探测器的损伤[2]，后来他们对光电探测器的损伤机理进行了分析。1994年美国人Nathan研究了光电探测器的损伤机理[3]。1996年，Lawrence Livermore实验室的Gregg和Thomas用红宝石激光器辐照不同材料时就测出了靶材上的应力[4]。之后，Thomas Walker等对光学薄膜的热应力损伤进行了全面的理论分析和实验研究，针对激光波长和脉冲宽度对材料热应力损伤的影响进行了分析[5]。到了1999年德国人Lars Sjoqvist归纳了激光对光探测器的损伤类型，并对激光损伤的方法作了总结[6][7]。在上世纪末，德国人U.Loschner和H.Exner[8]对光学材料在高温下的塑性变形的可行性进行了理论分析和实验研究。美籍华裔学者R.XZhang等人[9]在近几年分别用连续脉冲激光器和短脉冲激光器照射陶瓷和光学玻璃等材料，研究其温度分布情况。67767

2 国内研究状况

随着科技的飞速发展，国内己经开展了不少有关激光与光电探测器作用方面的研究并且取得了不少的成果。国内最早进行该方面研究的是国防科技大学，主要研究者是蒋志平、陆启生等人，他们[10]使用不同波长的激光器辐照光伏型Insb、光导型HgCdTe红外探测器和可见光硅CCD进行了强激光辐照光电探测器所产生的各种效应研究，介绍了一些典型的实验及理论分析方法。陈德章等人[11]研究了1.06μm和0.53μm激光对硅PIN光电二极管以及硅雪崩光电管的永久性损伤效应。实验发现，光电探测器的PN结受到激光热烧伤是造成其永久性损伤的重要因素，损伤阈值的太小与激光渡长、脉冲宽度以及光电探测器结构有关。姜宗福[12]在进行激光引起半导体红外光电探测器失效的研究中提出了一种新机制:半导体内光生载流子的产生复合过程的非线性，在强激光辐照下，器件中产生了混沌现象，从而使探测器失效。陆启生、蒋志平等人[13]在进行光电探测器的非线性光学效应中提出了激光与光电探测器相互作用瞬间可能产生的光学记忆、光学饱和、混沌、受激光散射等一系列非线性光学效应而使光电探测器受到损伤。沈中华等[14]考虑了材料的热物性参数在计算过程中的变化和入射激光的空间分布，采用二维模型，得到硅材料在强激光作用下的轴向和径向温升分布，给出了表面层开始熔化的时间与激光功率密度关系。钟海荣等人[15]跟踪调研国内外关于激光辐照光电探测器及其光电材料所导致的各种软硬破坏效应的研究资料，系统收集各种形态破坏闭值和电学性能破坏阑值，并对其进行对比分析。同时，对激光辐照光电探测器的各种破坏机理及其理论计算模型进行分析讨论。刘天华等人[16]分析激光辐射各种光电探测器及其相似材料结构时，所产生各种破坏效应的物理机制，进而分析讨论产生各种破坏效应时的理论计算模型及其适用性。最后探讨光电探测器及其相似材料的激光破坏机理相关研究的发展方向。刘天华等人[17]收集各种光电探测器及其相似材料在受到激光辐照时所导致的软、硬破坏效应(有时称为激光损伤) ，综合对比分析各种破坏阈值的大小。论文网马丽芹、程湘爱[18]等人在进行PV型HgCdTe光电探测器中的混沌及其诊断研究中通过求输出功率谱，计算Lyapunov指数对混沌进行了诊断。马丽芹、陆启生等人[19]在进行激光辐照光电探测器的非线性效应时用氟化氘连续波激光器的3.8μm激光对工作温度在77K下的PV型HgCdTe发现了探测器新的非线性效应-混沌及“零输出”现象。袁永华和刘颂豪[20]进行了脉冲激光辐照硅材料形成表面波纹的实验研究。当脉冲激光辐照硅材料时，在激光功率密度略大于硅材料的损伤闭值的条件下，发现了硅材料表面形成的平行等间距直线条纹结构。用光学显微镜和原子力显微镜分别测量了被辐照硅材料表面的波纹形貌特征。在假设硅材料表面波纹的产生与声波在材料中的传播速度有关的条件下，由声波传播速度和激光辐照硅材料的脉冲宽度较好地解释了材料表面形成条纹的宽度，并认为在形成表面波纹的过程中，热应力起主要作用。毕娟等人[21]采用脉宽为毫秒的高能脉冲激光与PIN结光电二极管进行相互作用，建立了包含热源项的导热方程，并考虑了热物性参数随温度变化的情况。利用有限元方法计算并研究了热物性参量的变化对材料开始熔化时间的影响。结果表明，热传导将直接影响着整个相互作用过程，而材料热物性参数的变化亦将影响材料的熔化时间。徐立君等人[22]研究了强激光辐照下，探测器响应度变化与被损伤程度的关系。Wang X等人[23]对被1064毫秒的Nd:YAG激光损坏的单晶硅的表面损伤形貌进行了研究，分别用光学显微镜和原子力显微镜进行观察。此外，比较了脉冲宽度为2ms和10ns激光诱导的损伤形貌。发现毫秒脉冲激光的损伤机理不同于纳秒脉冲激光。李泽文等人[24]建立了一个轴对称的数学模型，用毫秒脉冲的Nd:YAG激光加热硅PIN光电二极管。采用有限元方法，得到了瞬态温度场。研究结果表明结果表明，形态的损伤阈值随着增透膜涂层的增加，掺杂浓度的增加而减小并且和结深度有关。电老化阈值的增加只与结深度有关。