脉冲激光辐照可见光面阵CCD的入瞳衍射效应
- 格式：pdf
- 大小：883.78 KB
- 文档页数：5
王彦斌 ， 亓凤杰 ， 李 华， 黄成功， 李 波， 王 敏， 邹前进
（ 中 国 人 民解 放 军 ６ ３ ８ ９ ２部 队 ，河南 洛 阳 ４ ７ １ ０ ０ ３ ）
摘 要 ： 采用波长 为 ５ ３ ２ ｎ ｍ 的脉 冲激 光 从 ３ １ ． ５ Ｉ ｎ的 距 离 辐 照 可 见光 面 阵 电荷 耦 合 器 件 （ Ｃ Ｃ Ｄ） ， 实 验 观 察 到 了规 律 性 圆环 条 纹 的产 生 。通 过 增 大激 光束 的入 射 角 度 、 调节衰 减倍率 、 重复频率 和作用距 离 ， 研 究 了 这 些 规 律 性 圆环 条 纹 的产 生 条件 和机 理 。 结果 发 现 ： 保持激光器 与 Ｃ Ｃ Ｄ 的作 用 距 离 ３ １ ． ５ ｍ不变 ， 在 激 光 束 的入 射 角 小 于或 者 稍 稍 大 于光 学 系统 半 视 场 角 ６ ． ８ 。 的情况下 ， 只要光学 系统 入瞳处 的功率 密度达 到 １ ０ Ｗ／ ｃ ｍ 量级 ， 就 可 以 观 察 到 规 律 性 的 圆环 条 纹 。通 过 对 探 测 器 表 面能 量 分 布进 行 数 学仿 真 ， 证 实 规 律 性 的 囤环 条 纹 是
南 于光 学 系 统入 瞳 的 衍 射 效 应 而 产 生 的 。 关键词 ： 激光辐照 ； 圆环 条 纹 ； 衍 射 效 应 ； 面阵 Ｃ Ｃ Ｄ 中 图分 类 号 ： ＴＮ ２ ４ ９ 文 献标 志 码 ： Ａ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ７ ８ ８ ／ ＨＰ Ｌ Ｐ Ｂ ２ ０ １ ４ ２ ６ ． ０ ｌ ｌ ０ ０ ９
整个变化趋势与实验观察结果非常一致fig4simulationofenergydistributionondetectorssurface探测器表面的能量分布仿真需要指出的是光传输的衍射效应一般是在激光条件下观察到的17这就解释了实验中随着圆环条纹整体不断向探一定的发散角因此在距离激光源较近的范围内不能视为单色平面波或者远处观察到明显的衍射效应激光器与ccd之间必须保持一定的作用距离例如要产生夫琅禾费衍射二者距离满足17r31mm的平方对于532nm的激光波长来说不等式右边所以实验中将激光器与ccd的作用距离调整为10很难观察到衍射条纹的这就是短距离总之在激光辐照光电探测器ccd的试验中首次观察到规律性圆环条纹入射角稍稍大于光学系统的半视场角时仍然可以观察到圆环条纹的出现这就从另一个角度证实了激光视场外干扰探测器的可行性
＊ 收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ ５ — １ ６ ；
的圆 环条 纹 。实验 现象 和模 拟结 果证 实这些 圆环 条 纹正 是激 光 束在 光 学 系统 中传 输 时 入 瞳产 生 的衍 射效 应 ，
这 些 圆环 条纹 的 出现显 著增 大 了激光在 探测 器光 敏 面上能 量分 布 面积 ， 提高 了干 扰效果 。
ｌ 实 验 方 案
图 １是本 文研究 激 光辐 照可 见光 面阵 Ｃ Ｃ Ｄ的实 验布局 图 。图中虚 线是 激光束 的传ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ输 方 向 ； 箭 头所指 是 光 学 系统 主轴 的方 向 ， 实 验 中将 光学 系统和 Ｃ Ｃ Ｄ固定 放在 三维 转 台上 ， 通 过 调 整转 台可 以改 变 光 学 系统 的主 轴
不 同距 离处 的功 率密 度如 表 １ 所示 。
Ｆｉ ｇ ． １ Ｅｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｌ ａ ｙ ｏ ｕ ｔ
图 １ 实 验 布 局 图
实 验 中采用 Ｃ Ｃ Ｄ 是 深 圳 格 林 斯 克 电子 有 限 公 司 生产 的黑 白１ ３ ” 面 阵Ｃ Ｃ Ｄ， 型 号 为Ｃ Ｓ Ｋ一 ６ ０ ８ Ｂ， 它 采 用索
方向， 如 图 中标 号 ① ， ②， ③， ④， ⑤， ⑥ 所示 ， 进 而可 以实现 激 光束 以不 同 的人 射 角辐 照 光 学 系统 。 实验 中采 用 的波 长 为 ５ ３ ２ ｎ ｍ 的脉 冲激 光 器 ， 是 由北 京 镭宝 激 光技 术 有 限公 司生 产 的 Ｎｄ ： ＹＡＧ 激光 器 ， 它 采 用 电光 调 Ｑ 方式 输 出 １ ０ ６ ４ ｎ ｍ激光， 再 通过 非线 性变 换输 出 ５ ３ ２ ｎ ｍ 激 光 。具 体 参数 为 ： 光 束发 散 角 为 ３ ｍｒ ａ ｄ ； 单 脉 冲能 量 ５ ０ ｍＪ ； 重 复频率 可 以设置 为 １ ０ ， ５ ０ ， １ ０ ０ Ｈｚ ， 对 应输 出功 率为 ０ ． ５ ， ２ ． ５ ， ５ ｗ 。该激 光器 在不 同重 复频 率下 和
电荷耦 合器 件 （ Ｃ Ｃ Ｄ） ， 是 由美 国贝尔 实验 室 ｗ． Ｓ ． Ｂ ｏ ｙ ｌ ｅ和 Ｇ ． Ｅ ． Ｓ ｍｉ ｔ ｈ于 １ ９ ６ ９年首 次 提 出 ， 并于 １ ９ ７ ０
年研 制 成功 。发展 至今 ， 已具 有体积 小 、 功耗低 、 灵敏度 高 、 动 态范 围大 等优 点 ， 而 被 广 泛应 用 于 Ｔ 业 、 农 业、 科研 等 领域。 。 。 。 。 。然 而 ， Ｃ Ｃ Ｄ具有 极 高 的光探测 灵敏 度 ， 也使得 其 极容 易受 到激光 的干扰 和损 伤 。 近 年来 ， 人们 对 于激光 辐照 Ｃ Ｃ Ｄ干扰 效应 的研 究 。 ， 已有 大量 的文 献 报道 ， 但 是 这些 研 究 工作 主要 集 中 于实 验 室范 同 内光学平 台上开 展短距 离激 光辐 照 Ｃ Ｃ Ｄ 的实 验 、 Ｃ Ｃ Ｄ相关 阈值 和参 数 的测量 “ Ｊ 以及实验 中新
第 ２ ６卷第 １期 ２ ０ １ ４年 １月
强 激 光 与 粒 子 束
ＨＩ ＧＨ ＰＯＷ ＥＲ Ｉ ＡＳ ＥＲ ＡＮＤ ＰＡＲＴＩ ＣＩ Ｅ ＢＥＡＭ Ｓ
Ｖｏ １ ． ２ ６，ＮＯ ．ｉ
Ｊ ａ ｎ ． ，２ Ｏ １ ４
脉 冲 激 光 辐 照 可见 光 面 阵 Ｃ Ｃ Ｄ 的入 瞳 衍 射 效 应
现象 的产生机 理 研究 。 ’ ’ 。很 少工 作研 究激 光束 在长 作 用 距离 下 （ 超 出实 验 室 范 围） 对 Ｃ Ｃ Ｄ 的干 扰效 应 和
产 生机 理 ， 而这 部分 工作 在光 电对抗 领域 激 光有 源压 制干扰 光 电观 瞄设备 、 光 电精 确制 导等 方面却 有 着重 要 的
意 义 。为此 ， 我们 将激 光 器与 Ｃ Ｃ Ｄ的作用 距 离拉 开到几 十米 的量 级 ， 开展 较远 距离 下激 光辐 照 Ｃ Ｃ Ｄ的干扰 效
应 实验 ， 结果 发 现 当二者 的作用 距 离拉 大 以后 ， 增 大激 光器 的输 出功率 ， 在Ｃ Ｃ Ｄ探测 器光 敏 面上会 ｍ现规律 性
（ 中 国 人 民解 放 军 ６ ３ ８ ９ ２部 队 ，河南 洛 阳 ４ ７ １ ０ ０ ３ ）
摘 要 ： 采用波长 为 ５ ３ ２ ｎ ｍ 的脉 冲激 光 从 ３ １ ． ５ Ｉ ｎ的 距 离 辐 照 可 见光 面 阵 电荷 耦 合 器 件 （ Ｃ Ｃ Ｄ） ， 实 验 观 察 到 了规 律 性 圆环 条 纹 的产 生 。通 过 增 大激 光束 的入 射 角 度 、 调节衰 减倍率 、 重复频率 和作用距 离 ， 研 究 了 这 些 规 律 性 圆环 条 纹 的产 生 条件 和机 理 。 结果 发 现 ： 保持激光器 与 Ｃ Ｃ Ｄ 的作 用 距 离 ３ １ ． ５ ｍ不变 ， 在 激 光 束 的入 射 角 小 于或 者 稍 稍 大 于光 学 系统 半 视 场 角 ６ ． ８ 。 的情况下 ， 只要光学 系统 入瞳处 的功率 密度达 到 １ ０ Ｗ／ ｃ ｍ 量级 ， 就 可 以 观 察 到 规 律 性 的 圆环 条 纹 。通 过 对 探 测 器 表 面能 量 分 布进 行 数 学仿 真 ， 证 实 规 律 性 的 囤环 条 纹 是
南 于光 学 系 统入 瞳 的 衍 射 效 应 而 产 生 的 。 关键词 ： 激光辐照 ； 圆环 条 纹 ； 衍 射 效 应 ； 面阵 Ｃ Ｃ Ｄ 中 图分 类 号 ： ＴＮ ２ ４ ９ 文 献标 志 码 ： Ａ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ７ ８ ８ ／ ＨＰ Ｌ Ｐ Ｂ ２ ０ １ ４ ２ ６ ． ０ ｌ ｌ ０ ０ ９
整个变化趋势与实验观察结果非常一致fig4simulationofenergydistributionondetectorssurface探测器表面的能量分布仿真需要指出的是光传输的衍射效应一般是在激光条件下观察到的17这就解释了实验中随着圆环条纹整体不断向探一定的发散角因此在距离激光源较近的范围内不能视为单色平面波或者远处观察到明显的衍射效应激光器与ccd之间必须保持一定的作用距离例如要产生夫琅禾费衍射二者距离满足17r31mm的平方对于532nm的激光波长来说不等式右边所以实验中将激光器与ccd的作用距离调整为10很难观察到衍射条纹的这就是短距离总之在激光辐照光电探测器ccd的试验中首次观察到规律性圆环条纹入射角稍稍大于光学系统的半视场角时仍然可以观察到圆环条纹的出现这就从另一个角度证实了激光视场外干扰探测器的可行性
＊ 收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ ５ — １ ６ ；
的圆 环条 纹 。实验 现象 和模 拟结 果证 实这些 圆环 条 纹正 是激 光 束在 光 学 系统 中传 输 时 入 瞳产 生 的衍 射效 应 ，
这 些 圆环 条纹 的 出现显 著增 大 了激光在 探测 器光 敏 面上能 量分 布 面积 ， 提高 了干 扰效果 。
ｌ 实 验 方 案
图 １是本 文研究 激 光辐 照可 见光 面阵 Ｃ Ｃ Ｄ的实 验布局 图 。图中虚 线是 激光束 的传ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ输 方 向 ； 箭 头所指 是 光 学 系统 主轴 的方 向 ， 实 验 中将 光学 系统和 Ｃ Ｃ Ｄ固定 放在 三维 转 台上 ， 通 过 调 整转 台可 以改 变 光 学 系统 的主 轴
不 同距 离处 的功 率密 度如 表 １ 所示 。
Ｆｉ ｇ ． １ Ｅｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｌ ａ ｙ ｏ ｕ ｔ
图 １ 实 验 布 局 图
实 验 中采用 Ｃ Ｃ Ｄ 是 深 圳 格 林 斯 克 电子 有 限 公 司 生产 的黑 白１ ３ ” 面 阵Ｃ Ｃ Ｄ， 型 号 为Ｃ Ｓ Ｋ一 ６ ０ ８ Ｂ， 它 采 用索
方向， 如 图 中标 号 ① ， ②， ③， ④， ⑤， ⑥ 所示 ， 进 而可 以实现 激 光束 以不 同 的人 射 角辐 照 光 学 系统 。 实验 中采 用 的波 长 为 ５ ３ ２ ｎ ｍ 的脉 冲激 光 器 ， 是 由北 京 镭宝 激 光技 术 有 限公 司生 产 的 Ｎｄ ： ＹＡＧ 激光 器 ， 它 采 用 电光 调 Ｑ 方式 输 出 １ ０ ６ ４ ｎ ｍ激光， 再 通过 非线 性变 换输 出 ５ ３ ２ ｎ ｍ 激 光 。具 体 参数 为 ： 光 束发 散 角 为 ３ ｍｒ ａ ｄ ； 单 脉 冲能 量 ５ ０ ｍＪ ； 重 复频率 可 以设置 为 １ ０ ， ５ ０ ， １ ０ ０ Ｈｚ ， 对 应输 出功 率为 ０ ． ５ ， ２ ． ５ ， ５ ｗ 。该激 光器 在不 同重 复频 率下 和
电荷耦 合器 件 （ Ｃ Ｃ Ｄ） ， 是 由美 国贝尔 实验 室 ｗ． Ｓ ． Ｂ ｏ ｙ ｌ ｅ和 Ｇ ． Ｅ ． Ｓ ｍｉ ｔ ｈ于 １ ９ ６ ９年首 次 提 出 ， 并于 １ ９ ７ ０
年研 制 成功 。发展 至今 ， 已具 有体积 小 、 功耗低 、 灵敏度 高 、 动 态范 围大 等优 点 ， 而 被 广 泛应 用 于 Ｔ 业 、 农 业、 科研 等 领域。 。 。 。 。 。然 而 ， Ｃ Ｃ Ｄ具有 极 高 的光探测 灵敏 度 ， 也使得 其 极容 易受 到激光 的干扰 和损 伤 。 近 年来 ， 人们 对 于激光 辐照 Ｃ Ｃ Ｄ干扰 效应 的研 究 。 ， 已有 大量 的文 献 报道 ， 但 是 这些 研 究 工作 主要 集 中 于实 验 室范 同 内光学平 台上开 展短距 离激 光辐 照 Ｃ Ｃ Ｄ 的实 验 、 Ｃ Ｃ Ｄ相关 阈值 和参 数 的测量 “ Ｊ 以及实验 中新
第 ２ ６卷第 １期 ２ ０ １ ４年 １月
强 激 光 与 粒 子 束
ＨＩ ＧＨ ＰＯＷ ＥＲ Ｉ ＡＳ ＥＲ ＡＮＤ ＰＡＲＴＩ ＣＩ Ｅ ＢＥＡＭ Ｓ
Ｖｏ １ ． ２ ６，ＮＯ ．ｉ
Ｊ ａ ｎ ． ，２ Ｏ １ ４
脉 冲 激 光 辐 照 可见 光 面 阵 Ｃ Ｃ Ｄ 的入 瞳 衍 射 效 应
现象 的产生机 理 研究 。 ’ ’ 。很 少工 作研 究激 光束 在长 作 用 距离 下 （ 超 出实 验 室 范 围） 对 Ｃ Ｃ Ｄ 的干 扰效 应 和
产 生机 理 ， 而这 部分 工作 在光 电对抗 领域 激 光有 源压 制干扰 光 电观 瞄设备 、 光 电精 确制 导等 方面却 有 着重 要 的
意 义 。为此 ， 我们 将激 光 器与 Ｃ Ｃ Ｄ的作用 距 离拉 开到几 十米 的量 级 ， 开展 较远 距离 下激 光辐 照 Ｃ Ｃ Ｄ的干扰 效
应 实验 ， 结果 发 现 当二者 的作用 距 离拉 大 以后 ， 增 大激 光器 的输 出功率 ， 在Ｃ Ｃ Ｄ探测 器光 敏 面上会 ｍ现规律 性
