532+nm脉冲激光辐照CCD实验研究

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1、万方数据第21卷第10期2009年10月强激光与粒子束HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSV01．21。No．10Oct．。2009文章编号：1001—4322(2009)10-1449-06532nm脉冲激光辐照CCD实验研究’沈洪斌，沈学举，周冰，毛少娟，姜楠，李刚(军械工程学院光学与电子工程系，石家庄050003)摘要：采用532nm，10tl$的脉冲激光对面阵CCD进行辐照实验。对每一阶段的实验现象和电路层面的破坏机理进行了深入分析，根据实验现象，把脉冲激光对CCD的硬破坏分为3个阶段：第1阶段在低能量密度激光辐照下，被破坏的CCD局部出现无法恢复的白色

2、盲点．但其它部分仍可正常成像；第2阶段CCD探测器受到激光辐照后，在光斑处的时钟线方向出现白色竖直亮线，亮线处无法正常成像且激光辐照撤去后无法恢复；第3阶段受高能量密度激光辐照后，CCD完全失效，无法恢复成像。针对CCD的饱和及恢复阶段，利用Matlab编码对分辨力靶板的成像数据进行处理，分析了激光辐照CCD对饱和像元数和对比度的影响。结果表明：当CCD受到激光辐照时，饱和像元数迅速增多，图像对比度迅速下降为零，激光脉冲消失后，整个CCD成像亮度下降，饱和像元数迅速下降为零，经过一段时间后CCD又恢复至线性工作状态，激光的能量密度越高，CCD恢复所需的时间就越长。研究还发现：当恢复时间

3、超过0．6s，CCD出现不可恢复的白色条带，严重影响成像质量。关键词：激光辐照；破坏机理，CCD探测器；光电对抗中图分类号：TN249文献标志码：A在光电对抗中，以CCD探测器为核心的光电装备极易受到激光的干扰与破坏以致不能正常工作，因此开展激光对CCD探测器的干扰及破坏机理研究具有十分重要的意义。国外早在20世纪70年代就已经开始了激光辐照探测器方面的研究[1。3]，国内虽起步较晚，但这方面的研究至今仍未停止[4{]，以往的工作都是针对不同探测器的破坏阈值、饱和干扰、热恢复等问题进行实验研究。近年来，随着激光技术的发展，人们对飞秒激光辐照CCD进行了研究，郭少锋等人【6]指出了作用于

4、CCD的飞秒激光与纳秒激光相比，没有带来更多的新现象。在理论方面，李莉等人口]分析了双波段组合激光辐照光电探测器的温升情况，姜楠等人[80利用有限元方法分析了脉冲激光辐照CCD多层结构的热应力分布。本文对532nm脉冲激光对CCD的硬破坏进行研究，根据实验现象把破坏过程分为3个阶段，对每一阶段的实验现象和破坏机理进行电路层面的分析；针对CCD的饱和及恢复阶段，利用Matlab编码对分辨力靶板的成像数据进行处理，深入分析激光辐照CCD对饱和像元数(或饱和面积)和对比度的影响。1实验装置实验装置如图1所示，为研究激光辐照对CCD对比度的影响，CCD对分辨力靶板进行成像，利用计算机图像采集系

5、统对CCD进行图像采集，采集卡为OK—C20A型，激光束经衰减片组、分束镜后汇聚到CCD摄像头进行干扰破坏，激光器为北京镭宝光电公司生产的SGR一10型Nd：化。。lutiYAG脉冲激光器，其输出倍频激光脉宽10ns、波缸8翟长532nm，能量可调。实验中使用美国相干公司圈的EPMl000型能量计对激光脉冲能量进行实时测量，使用Agilent54622A型示波器记录CCD输出脉冲波形，CCD器件的微观形态用上海光学仪器厂生产的6XB-PC型正置金相显微镜观察并拍摄记录。Fig．1Schematicdiagramofexperimentalsetup图1实验装置示意图_收稿日期：2009

6、一Ol，09；修订日期：2009—06—02作者简介：沈洪斌(1980一)，男，硕士。讲师，从事激光技术与军用光学仪器的教学和研究工作；shenhongbinll(孕sina．corn。万方数据强激光与粒子束第21卷实验中所用CCD摄像头为敏通公司生产的MTV一1881EX一3型CCD，它采用SONY公司的ICX0559CL型CCD芯片，是典型的行问转移型面阵CCD(IT-CCD)，尺寸为8．47mm，总像素数为795(水平)×596(垂直)，像素单元尺寸6．50pm(水平)×6．25pm(垂直)，实验中CCD探测器在CCIR制式下工作，50场／s，共525线。2实验结果及分析实验中逐

7、步升高脉冲激光能量密度，使CCD摄像头由线性工作状态到发生饱和串音直至无视频信号输出，观察CCD随激光辐照能量密度增加而变化的全过程。根据实验中观察到的激光破坏情况不同，可把脉冲激光对CCD的硬破坏分为3个阶段：第1阶段在低能量密度激光辐照下，被破坏的CCD局部出现无法恢复的白色盲点，但其它部分仍可正常成像；第2阶段CCD探测器受到激光辐照后，在光斑处的时钟线方向出现白色竖直亮线，亮线处无法正常成像且激光辐照撤去后无法恢复；第3阶段受高能量密度