高重复频率飞秒激光对面阵CCD的干扰和破坏
脉冲激光辐照可见光面阵CCD的入瞳衍射效应
（ 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
LD泵浦的高重复频率全固态飞秒激光器(特邀)
第49卷第12期Vol.49N o.12红外与激光工程Infrared a n d Laser Engineering2020年12月Dec.2020 L D泵浦的高重复频率全固态飞秒激光器（特邀）郑立s汪会波u,田文龙\张大成\韩海年2,朱江峰、魏志义2(1.西安电子科技大学物理与光电工程学院，陕西西安710071;2.中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室，北京100190)摘要：G H z飞秒激光器相比于传统的百M H z飞秒激光器，其频域中相邻纵模的间隔更大、可分辨 率更高，相同光谱范围内纵模密度更小，每个纵模分得的平均功率相对更高，在梳齿可分辨光谱学、直 接频率梳光谱学、光学任意波形产生以及天文摄谱仪校准等诸多领域有着更重要的应用价值。
文中从G H z飞秒脉冲的产生方案出发，着重对激光二极管泵浦的G H z重复频率全固态飞秒激光的产生方 案以及相应的技术挑战进行了详细介绍，然后重点综述了国际上基于S E S A M被动锁模以及克尔透镜 锁模全固态G H z飞秒激光器的研究进展，并结合笔者所在课题组取得的初步研究结果对全固态G H z重复频率飞秒激光器的应用价值以及笔者所在课题组的研究目标进行了展望。
关键词：G H z重复频率；全固态飞秒激光器；克尔透镜锁模；被动锁模中图分类号：T N242 文献标志码：A D O I：10.3788/I R L A20201069LD-pumped high-repetition-rate all-solid-statefemtosecond lasers {Invited)Zheng Li1,W a n g Hu i b o1'2,Tian W e n l o n g1，Zh a n g D a c h e n g1，H a n Hainian2,Z h u Jiangfeng1，W e i Zhiyi2(1. School of Physics and Optoelectronic Engineering, Xidian University, Xi'an 710071, China;2. Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics and Institute of Physics, Chinese Academy o f Sciences, Beijing 100190, China)Abstract:C o m p a r e d with traditional 〜100 M H z femtosecond lasers,the m o d e spacing i s larger of G H z femtosecond lasers so that each c o m b can simply be resolved.Furthermore,the less dense of longitudinal m o d e s results in higher average p o w e r.Therefore,i t has more important application value in m a n y research fields,such as comb-resolvabled spectroscopy,direct optical frequency c o m b spectroscopy,optical arbitrary waveform generation and astronomical spectrograph calibration.In this review,the generation schemes of G H z femtosecond pulses and the corresponding technical challenges of G H z-repetition-rate all-solid-state femtosecond lasersp u m p e d by laser diode were introduced in detail firsly.Secondly,the international research progresses of all-solid-state G H z femtosecond lasers based on S E S A M passively mode-locking and Kerr-lens mode-locking were summarized.Finally,the application value and research object of our group in all-solid-state G H z-repetition-rate femtosecond lasers were forcasted based on our preliminary research results.K e y w o r d s:G H z repetition rate;all-solid-state femtosecond lasers;Kerr-lens m o d e locking;passively m o d e locking收稿日期:2020-09-12;修订日期:2020-10-14基金项目:国家自然科学基金（11774277, 60808007);中央高校基本科研业务费（JB190501，Z D2006);陕西省自然科学基础研究计划(2019JCW-03)作者简介:郑立（1995-)，男，博士生，主要从事全固态激光技术方面的研究。
飞秒激光系统图像调焦装置以及方法
第46卷第6期 2020年12月空间控制技术与应用Aerospace Control and ApplicationVol.46 No.6Dec.2020D O I：10.3969/j.issn. 1674-1579.2020.06.005飞秒激光系统图像调焦装置以及方法#寇千慧\刘华〃，谭明月、陆子凤、张有旋2，王雨时2摘要：飞秒激光直写技术在复杂三维微结构加工领域具有显著优势，而调焦是否精准直接影响了所加工结构的完整度.提出了在光路中临时置入调焦光源和物的图像调焦技术，通过调节物的位置使其成像面与激光聚焦面一致，从而通过清晰可分辨的成像状态间接反映激光聚焦状态.利用Zem ax软件模拟分析了原飞秒激光光路与加入调焦光源和物的调焦光路，二者可实现相同加工物镜后工作距离与良好成像质量，证明了该方法的可行性.通过分析得到该过程的成像误差主要由成像镜头焦深（3.9 ijuii)引起，我们获得的理想调焦精度可达到1/2焦深以内.设计了单层高度为5 ixm的二层圆柱结构，通过多次实验验证了所加工元件高度误差在1. 5 p m范围以内，与理论分析一致，满足飞秒激光系统的调焦要求.关键词：飞秒激光直写系统；调焦技术；光学设计；模拟分析；加工精度中图分类号：043 文献标志码：A文章编号：1674-1579(2020)06-0037-06An Image Focusing Device and Method for Femtosecond Laser System KOU Qianhui*1 ,UU Hua1* ,TAN Mingyue1 ,LU Zifeng' ,ZHANG Youxuan2,WANG Yushi2Abstract：F emtosecond laser direct writing technology has significant advantages in the field of complex three-dimensional microstructure processing,and the accuracy of the focusing directly affects the integrity of the processed structure.This paper presents an image focusing teclinicjue in which light source and ol>-ject are temporarily placed in the optical path.By adjusting the position of the object,the imaging plane is consistent with the laser focusing plane,so that the laser focusing state ran be indirectly reflected by the clear and resolvable imaging state.The Zemax software is used to simulate the processing optical path and the focusing optical path respectively.The results show that the two kinds of simulation results can a-chieve the same back working distance and good imaging quality,which proves the feasibility of the method.The analysis shows that the imaging error of this process is mainly caused by the focal depth of the imaging lens (3.9 (JLin) ,anti the ideal focusing accuracy can reach within 1/2 focal depth.A two-layer cylindrical structure with a single-layer height o f5fJim is designed for testing.It is verified through multiple experiments that the height error of the processed components is within the range 1.5 fxm，which is consistent with the theoretical analysis and meets the focus requirements of the femtosecond laser system.Keywords：femtosecond laser direct writing system；focusing technology;optical design；simulation a-nalysis；precision收稿日期：2020-10-19;录用日期：2020-l 1 _22.Manuscript received Oct. 19,2020；accepted Nov. 22,2020.闻家自然科学基金资助项0(6丨875036).Supported by National Nature Science Foundation of China( 61 875036).1.东北师范大学先进光电子功能材料研究中心、紫外光发射材料与技术教育部重点实验室，长存吉钵130024;2.北京控制丁.程研究所，北京100190.1. Advanced Optoelectronic Functional Materials Research Center, Key Laboratory of Ultraviolet Kmitting Materials and Technology Ministry-of Education, Northeast Normal University , Changchun , Jilin , 130024 ;2. Beijing Institule of Control Engineering, Beijing 100190, China.* 通信作者.E-mai丨：***********************0引言现代社会科学技术朝着“微”方向发展，微型器件广泛应用于电子、光学、机械、生物、仿生等各个领域，而高精元件势必对加工方法提出更高要求15 .飞秒激光加x技术因其可加工材料范围广、加工精度高、分辨率高、对加工环境要求低等优点使其在众多三维加工方法中脱颖而出.自从2001年 S u n等利用该技术成功制备“微纳米牛”之后，• 38•空间控制技术与应用第46卷国内外很多相关机构对飞秒激光加工技术展开了深人研究，并成功获得了多种功能型微结构器件.飞秒激光加工技术以其独特的逐点扫描方式实现了极高的加工精度，但因此也存在着加工效率低的问题，加工单个复杂微结构器件可能需要花费数十分钟到几个小时的时间.因此，加工之前准确地找到焦面位置显得尤为重要，这样才能确保每次加[:的成功率并最大程度保证所加工结构的完整度.目前常见的调焦方式主要分3种：镜组调焦，即加人变焦镜组，通过调整镜组间透镜位置改变其间焦距，实现调焦；平面反射镜调焦，光路中加入一块反射镜改变光路方向，并通过改变反射镜位置进行焦面调整；焦面调焦，通过调整焦平面位置使其与像面重合，实现调焦N5_〜.基于实验室飞秒激光系统的具体结构形式，工作中采用了焦面调焦的方式，并在此基础上形成了一种相对简单的、稳 定的图像调焦方法.该方法是通过在光路中加人调焦光源和物，将激光聚焦状态通过成像清晰度表现出来，大幅简化了调焦流程.基于课题组自主搭建的飞秒激光加工系统所提出的图像调焦方法有其独特优势.首先，光路中不再使用二向色镜或半反半透镜作为分光器件，而 是直接在基片正上方安装一显微物镜与C C D连接构成图像监测系统，避免了分光器件引起的激光能量损失.此外，加工用镜头放大倍率为40 x，成像用显微物镜放大倍率为20 x ,两种镜头结合使用，满 足加工需求的同时，扩大成像视场，实现全视场对准.调焦过程中，先通过定标工作确定物面的位置并固定，之后每次加工前，只需微调加工物镜位置使成像条纹清晰即可，操作简单，易于实现.1 图像调焦技术1.1 飞秒激光直写系统图1所示为飞秒激光直写系统的示意图，它主 要由以下几个部分构成：光源系统（飞秒光纤激光器，中心波长为780 mn，重复频率为80 MHz)、光路 传输系统、三维精密移动系统、实时监测系统、软件控制系统.光源发出的激光经扩束后先后通过二维振镜系统，以及由透镜I和透镜2组成的4f光学系统后（4f系统等焦距设计保证偏转后的激光束顺利进人加工物镜，减少截断作用对激光能量的损失），经一 反射镜进人高数值口径的油浸加工物镜丨（40 x，丨.30 N A)，聚焦后在光刻胶SU-8中引起双光子聚合反应，实现微结构的加工.在微结构制作过程中，水平方向由扫描振镜控制激光聚焦点移动，竖直方 向由压电平台控制样品上下移动，构成=维自由度的 精密移动系统，其精度为0. 1|xm.显微镜头2(20 x , 0.4 N A)与C C D相连接，构成实时监测系统，由计 算机软件读取三维加工数据实现整个加工过程的监控.C C D秒激光4=卜反射镜透镜2 透镜1扫描振镜图1飞秒激光直写系统结构图Fig. 1Femtosecond laser direct writing system structure diagram1.2图像调焦技术基本原理1.2.1调焦原理及误差分析调焦的最终目的是将激光聚焦到基片的上表面.然而，通过反复调节激光光斑大小进行调焦，不 仅有时结果会不准确，而且不易掌控，容易引人人工误差.图像调焦原理如图2所示，调节激光聚焦面和调焦光路成像面一致，以图像清晰度作为激光聚焦状态的等效替换判定标准.通过上方镜头所连接的C C D进行观察，若能同时观测到清晰的基片上表面（以表面杂质、灰尘清楚为准）与清晰的成像条纹，说明此时激光恰聚焦到加工基片上表面.Fig. 2图2图像调焦技术原理示意图Schematic diagram of image focusing technology第6期寇千慧等：飞秒激光系统m 像调焦装置以及方法_•39 •190 380 570 760 950 1 140 1 330 1 520 1 710 1 900空间频率/m mPOLYCHROMATIC DIFFRBCTIOH I0 230 460 690 920 1 150 1 380 1 610 1 840 2 070 2 300空间频率/m mPOLyCHRQHRTIC DIFFRACTION MTFFRI RUC 21 2020 DRTO FOR 0.7800 SURFACE: IMACE1 ZMXCONFIGURRTION(r)飞秒激光系统M T F 图像FRI «JC 21 OOTR FOR 0 SURFACE "2020 1.6250 H f t C ETO 0 62502. ZMXCONFIGURATION(d)调焦系统M T F 图像通过分析调焦过程，得出影响调焦精度的主要 w 素是上下两个显微镜的同有焦深，镜头焦深的存 在会导致调焦位置与实际焦面位置存在一定的差 异.已知焦深的汁算公式为IM I其中，1;代表焦深，比例常数k 为工艺因子，一般取 0.8,A 为波长，A M 为镜头数值孔径.已知飞秒激光 加工光源工作波长为780 nm ,现用调焦光源工作波 长为625 nm ,油浸加I :物镜数值孔径为1.3,干燥显 微物镜数值孔径为0.4.将以上数值代入式（丨），M f 计算得出两个镜头的焦深分別为Az , = ±0.369 pm 和Az : = ± 3.9 (xm .显然加工物镜的焦深远小于上 方成像用显微物镜焦深，也就是说，调焦过程中的 误差主要与有关.而图像调焦技术通过人眼判 断成像清晰度，调焦精度一般可精准到焦深的1 /2 (± 1 ■ 95 jjmi )范围以内.1.2.2光路模拟分析图3 ( a )为由Z e m a x 软件模拟的飞秒激光系透镜2-nd透镜im ,^ l l !itiU i ki物+调焦光源 _(a )飞秒激光系统光路模拟分析阁7S O U T . L I H I T I T S 0.0B B 0 0.M B B 0E C统光路图.基于上述调焦原理，将调焦光源与物 放在图3 ( a )透镜1与透镜2组成的4f 系统之 间，构成调焦系统.在Z e m a x 软件中模拟分析此 方式下的光路聚焦情况，结果如图3(b )所示.选 用实验室现有625 n m 面光源作为调焦光源，光 源携带的物面信息经过透镜2和一反射镜后，由加工镜头聚焦.与原飞秒激光光路相比，调焦光 路可实现相同的物镜后工作距离约4.45 mm .将 飞秒激光系统与调焦系统的传递调制函数 (M TF )相比较，如图3 ( c )和图3 ( (1)所示，可见 两系统M T F 曲线相近，说明调焦系统同样能够达 到衍射极限，实现a 好的成像质量.通过上述分析，可见利用外加调焦用面光源成 像反映激光聚焦状态是可行的.也就是说，在实际 操作中，可将调焦光源以及物放置在4f 系统透镜2 之前，搭建调焦光路.另外，图3(a )中，最佳成像状 态对应物距为71. 2 mm ,这也为之后的实际调焦实 验提供了理论依据.透镜20>)调焦系统光路模拟分析图TSB.00M.-S.ewts e .e e e e ^ B.me m its B .e B t e . 5 mee mm987.6.5.4.3.2.1C 0•0.0•0•0•0•0.0•0•ci987654321釤s l om 3飞秒激光系统与调焦系统的光路模拟分析及M T F 图像对比图Fig. 3 Optical path simulation analysis and M T F image comparison charts of the femtosecondlaser system and the focusing system•40 •空间控制技术与应用第46卷1.2.3图像调焦过程图4为基于飞秒激光直写系统的图像调焦系统 结构示意图.具体调焦操作流程如下：R 14基于飞秒激光系统的图像调焦系统结构图Fig. 4 Structure diagram of image focusing system based onfemtosecond laser system(1) 在图像调焦之前，首先需要调节压电确定基片上表面，之后借助激光在记号笔所作墨迹上产 生划痕的方式，调节激光使其恰聚焦到基片上表 面：在洁净基片的上表面无光刻胶的位置用记号笔 作一墨痕，处理完之后将基片固定到加工台上.水 平方向手动移动压电平台，使激光正对于无胶无墨 迹的基片表面，通过计算机软件微调压电平台z 向 位置，使C C D 视野中基片上表面清晰.接下来将激 光调到正对墨迹的位置，手动平移压电平台一段距 离使激光在墨迹里刻出划痕，然后通过调节显微镜 z 轴改变激光聚焦位置，直到激光刻出最清晰并连 续的划痕，说明此时飞秒激光恰好聚焦到基片上 表面.(2)确定物的位置并固定：CCD 、压电平台、显微镜位置固定不动，关闭激光光源.在4f 系统透镜2前放置调焦光源和物，调整好高度之后前后改变物的位置，当C C D 视野中观察到图2中所示的最清晰成像条纹时将物固定.此时，我们通过前后两次操 作配合，找到了飞秒激光恰好聚焦到上表面时对应 的调焦光路中物的位置.至此，定标工作完成.(3)后续加工：鉴于不同基片之间会存在几微米的高度差，所以在后续的每一次加工中，固定基 片将上表面调至清晰后，只需要微调显微镜z 轴位 置使条纹成像清晰后即可开始加工，具体操作流程 如图5所示.需要说明的一点是，在整个图像调焦过程中， 所使用照明光源与调焦光源应保持一致.这是易于 实现的，W 为两种光源并不会同时使用，依次取用 即可，如此可避免引人不必要的色差.而文章中提到的调焦光源为625 n m 波长的红光面光源，此光源 也是可以随意更换的.应用其他波长的光源时，只 需要通过定标工作重新找到新的物面位置即可.也 就是说，该调焦方法在保证调焦准确性的同时，对 设备无硬性要求，易于投人使用.定标加工图5罔像调焦技术流程mFig. 5Flow chart of image focusing technology2实验结果与讨论为了探究图像调焦方法的加工精度，设计了ffl 6所示的上下均为5 p m 的二层基础圆柱测试结 构（关于结构的设计，一层圆柱结构足以实现加工 高度的测试工作，二层结构设计的目的在于，如果 出现下层结构缺失的显著调焦误差时，便于对失误 操作进行总结）.实验时，需要更换不同基片进行多次加工，并记录每次加1:的结构高度，对底层圆柱的高度误差进行分析.如果平均高度误差小于1.95pm ( 1 /2成像镜头焦深），说明加工所用的图像调焦方法完全满足正常加工系统调焦要求，且能实现较高的加工精度.h 2图6二层圆柱测试结构[冬|F i g . 6 Two-layer cylindrical test structure diagram数次加工结果表明，上层圆柱高度h 与设计高 度相同，因此只需分析下层高度即可.表1为多次加 工记录的下层圆柱高度数据/<,,为了更直观表示7第6期寇T慧等：飞秒激光系统图像凋焦装置以及方法_•41•-1.5加T次数图7圆柱结构表面图与底层圆柱高度误差分析图Fig. 7 Th e surface m a p of the cylindrical structure and the analysis of the height error of the bottom cylinder3结论本文基于传统焦面调焦方式，设计了一种在光路中临时置人调焦光源和物的图像调焦技术.借助激光划过基片表面墨痕的方式找到激光光斑聚焦位置，再以此位置为准，确定调焦光路中物的对应位置并固定，以成像状态清晰度间接反映激光聚焦状态.若C C D在同一位置，既能观测到清晰的基片表面，乂能观测到清晰条纹成像，说明调焦准确.后续加工中，为了弥补不同基片之间的高度差，只需 要微调加工物镜z向位置使条纹清晰即可.实验测试结果表明，应用此调焦方法，可将加工误差控制在 1.5 (x m范围以内，完全满足正常调焦要求，可实 现高精度加工.与传统的调焦方法相比，基于飞秒激光直写系统的图像调焦方式具备以下优点：在基片上方通过显微物镜与C C D连接构成成像监测系统，避 免在光路中加人分光元件对激光能量造成损失；高倍 宇加工物镜与低倍率成像物镜配合使用，满足加工要求的基础上扩大成像视场；调焦用光源可更换，只需 在定标工作中重新确定物面位置即可，实验设备选择灵活；相比于传统调焦方式，操作步骤相对简单，对实 验仪器及实验环境要求不高，易于实现.参考文献[1]W U N,R U S S E L W B. Micro and nano-patterns createdvia electrohydrodynamic instabilities [J ]. N a n o Today ,2009, 4(2)：180-192.[2]廉正刚，陈翔，王鑫，等.微结构和集成式功能光纤的制备和潜在应用[J].激光与光电子学进展，2019，56(17)：231-242.L I A N Z G,C H E N X,W A N G X,et al. Preparation andpotential applications of microstructured and integratedfunctional optical fibers [ J ]. Laser &OptoelectronicsProgress,2019,56 ( 17) ：231 -242.[3]K O D H, T U M B L E S T O N J R, H E N D E R S O N K J,et a l.Biomimetic microlens array with anti reflective ** moth-eye^ surface[J]. Soft Matter, 2011, 7( 14) ：6404-6407. [4]刘顺瑞，王丽，孙艳军，等•利用截头圆锥形仿生蛾眼结构提高L E D光提取效率[J].光学学报，2018,38(01 )：277-283.LI U S R,W A N G L, S U N Y J, et al. E n h a n cement oflight extraction efficiency of L E D by bionic moth-eyestructure with frustum of a cone^ J j. Acta Optica Sinica,2018,38(01 )：277-283.[5]熊耀旭，胡友根，朱朋莉，等.微纳结构柔性压力传感器的制备及应用[J]•化学进展，2019,31( 06 ):800-810.X I O N G Y X,H U Y G,Z H U P L,et al. 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Exposure optical system in lithographic main scale of absolute optic-al encoder [J ] ■Optics and Precision Engineering, 2014,22(7) ：1814-1819.作者简介：寇千慧（1997—），女，硕士研究生，研究方向飞秒激光系统丁艺与衍射元件设计；刘华(1976—），女，研究员，研究方向为光学检测、光学设计、衍射光学；谭明月（1993 —)，女，博士研究生，研究方向为复合加T.技术在3D微纳中的应用；陆子凤( 1974—)，女，讲师，研究方向为光学检测、衍射光学元件的制备；张有旋（1985 —），男，工程师，研究方向为空间光学成像敏感器；王雨时（1993—），男，助理工程师，研究方向为空间光学成像敏感器.。
利用光谱测量脉冲激光频率的稳定性
中 图分类 号 ：Ｎ ５ ． Ｔ ９ ８９ ８
文 献标识 码 ： Ａ
文 章 编 号 ：０ ７ ２ ７ （０ ８ ０ — ６ ０ ０ １０ — ２６ ２０ ）４ ０６ — ３
Ｓ ｅ ｔ ａ ｅ ｓ ｒ ｍ ｅ ｅ ｈｏ ｏ ｔ ｂ ｌｔ ｆ ｐ ｓ ａ ｅ ｒ ｑ ｎｃ ｐ ｃ ｒ ｌｍ ａ ｕ ｅ ｎｔｍ ｔ ｄ ｆ ｒ ｓ ａ ｉｉｙ ｏ ｕｌｅ ｌ ｓ ｒ ｆ ｅ ｕｅ ｙ
宋 宝安 ， 卫 疆 ， 德 明 ， 赵 任 曲彦 臣 ， 霜 ， 殊 ， 孝 勇 莫 张 胡 （ 尔滨 工 业 大 学 可调 谐 激 光 国 家 重 点 实验 室 ， 龙 江 哈 尔滨 １０ ０ ） 哈 黑 ５０ １
摘 要 ：多普 勒测 风激 光 雷达 中脉 冲激 光频 率的稳 定性 是 一个 重要 参数 。使 用 高分辨 率 Ｆ Ｐ标 —
ｒ ｇ Ａ ｐ ｓｉｅ ｉ ． ｎ ａｓｖ Ｑ ・ｗｉ ｈ ｓ ｔ Ｎｄ ＹＡＧ ｗａ ｕ ｅ ， ｗｈｃ ｃ ｎ ｅｉｅ １０ ｍ ｗａ ｅｅ ｇ ａ ｄ Ｈｚ ｃ ： ｓ ｓｄ ｉｈ ａ ｄ ｌ ｒ ．６ ｖ ４ ｖ ｌｎ ｔ ｎ ｌ ｈ
ｒ ｐ ｔｔ ｎ ｒｑ ｅ ｃ ｐ ｌｅ ， ａ ｄ ２ ０ ｅ ｅ ｉ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｕ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｌ ０ ｐｉｔｒ ｓ ｃｕ ｅ ｗｅｅ ｏ ｔ ｕ ｕ ｌ ａ ｈ ｅ ｅ ｉ ２ ｍｉ ｕ ｅ ｕ ｉ ｇ ｈ ｓ ｒ ｃ ｎ ｎ ｏ ｓｙ ｃ ｖ ｄ ｎ ０ ｉ ｉ ｎ ｔｓ ｓｎ ｔ ｉ ｍｅ ｏ ｈ ｔ ｄ． Ｔｈ ｓ ｐ ｃｕ ｅ ｗｅ ｅ ｒ ｃ ｓｅ ｂ ｔ ｎ ｍ ｅ ｃ ｌ ｎａｙ ｉ ｍ ｅ ｏ ｓ ｓ ｃ ａ ｍ ｏ ｉ ｇ ｍｅ ｎ， ｅ ｅ ｉｔ ｓ ｒ ｒ ｐ ｏ ｅ ｓ ｄ ｙ ｈｅ ｕ ｒ ａ ａ ｌ ｓｓ ｉ ｈ ｔ ｄ， ｕ ｈ ｓ ｖｎ ａ ｔ ｒ ｓ ｏ ｄ ｓ ｔｉｇ，ｒ ｃ ｃ ｅ ｃ ｍ ｐ ｒｎ ，ｔ ｉｄ・ ｒ ｅ ｓ ｌ ｅ ｉ ｔｒ ｏ ａｉ ｎ ｈ ｅ ｈ ｌ ｅｔ ｎ ｅ ｙ ｌ ｏ ａ ｉ ｇ ｈ ｒ ｏ ｄ ｒ ｐ ｉ ｎｅ ｐ ｌｔｏ ．Ｔｈ ｅ ｕｔ ｓ ｏ ｈ ａ ｅ ｍ ｅ ｓ ｅ ｎ ｅ ｒｓ ｌ ｓ ｈ ｗ ｔ ｔ ｔ ｈ ａｕ ｄ ｒ
面阵CCD相机的飞秒激光损伤分析
（ １ ． 中国 科学院 长春光学机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 １ ３ ０ ０ ３ ３ ；
２ ． 中国科学院大学， 北京 １ ０ ０ ０ ４ ９ ）
摘要 ： 研究 了飞秒激光对 Ｃ Ｃ Ｄ相机的干扰和损伤效应。采 用波长为８ ０ ０ ｎ ｍ， 脉宽为 １ ０ ０ ｆ ｓ ， 单脉 冲能量 为 ５ ０ ０ ・ 的脉 冲
第 ６卷
第 １ 期
中国光学
Ｃｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ｏｐ ｔ ｉ ｃ ｓ
Ｖｏ １ ＿ ６ Ｎｏ． １ Ｆ ｅ ｂ． ２ ０１ ３
２ ０ １ ３年 ２月
文章编号
１ ６ ７ ４ — ２ ９ １ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ － ０ ０ ９ ６ － ０ ７
面阵 Ｃ Ｃ Ｄ相 机 的飞秒 激 光 损伤 分 析
激光辐照行间转移型面阵 Ｃ Ｃ Ｄ相机 ， 测量 了飞秒激光对 Ｃ Ｃ Ｄ相机 的损 伤阈值 。在逐步提 高到达 Ｃ Ｃ Ｄ靶 面能量 的过程 中观察点损伤 、 线损伤和全靶面损伤等实验现象 ， 得到 了点损伤 阈值为 １ ５ １ ． ２ ｍ Ｊ ／ ｃ ｍ ， 线损伤 阈值为５ ０ ８ ． ２ ｍ Ｊ ／ ｃ ｍ。 ， 全靶 面损伤阈值为 ５ ． ９ １ Ｊ ／ ｃ ｍ 。测量 了 Ｃ Ｃ Ｄ在不 同损伤情况下时钟信号线间及其 与地 问的电阻值 ， 通过对比 Ｃ Ｃ Ｄ损 伤前 后 的电阻值 ， 发现线损伤和全靶面损伤时 Ｃ Ｃ Ｄ垂直转移时钟线间及其 与地 间的电阻值 明显变 小。最后分析讨论 了损伤部
ｔ ｏ ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｔ ｅ ａ ｎ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｌ ｉ ｎ ｅ ＣＣＤ ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ— ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｉ ｍａ ｇ ｅ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｄ ａ ｍａ ｇ ｅ ｔ ｈ ｒ ｅ ｓ ｈ ｏ ｌ ｄ ｗａ ｓ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈｅ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ． Ｔ ｈｅ ｐ ｈ ｅ ｎ ｏ ｍｅ ｎ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｄ ａ ｍａ ｇ ｅ，ｌ ｉ ｎ ｅ ｄ ａ ｍａ ｇ ｅ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｗｈｏ ｌ ｅ ｔ ａ ｒ ｇ ｅ ｔ ｓ ｕ ｆａ ｒ ｃ ｅ ｄ ａ ｍａ ｇ ｅ ｗｅ ｒ ｅ ｏ ｂ ｓ ｅ ｒ ｖ ｅ ｄ ｗｈ ｉ ｌ ｅ
飞秒激光频率梳绝对测距技术综述
飞秒激光频率梳绝对测距技术综述华卿;周维虎;许艳【摘要】卫星编队飞行、地球观测、深空探测成像以及高端制造技术的快速发展,对绝对距离测量提出了更高的要求,大距离、超高准确度和快速绝对测距已成为重要的技术支撑,传统的激光测距方法已难以满足此类应用需求.飞秒激光频率梳技术的问世给高性能绝对距离测量带来了革命性的突破.本文主要分析和综述了飞秒激光频率梳测距技术的最新研究进展.【期刊名称】《计测技术》【年(卷),期】2012(032)001【总页数】6页(P1-5,14)【关键词】飞秒激光频率梳;大尺寸测量;绝对距离测量【作者】华卿;周维虎;许艳【作者单位】中国科学院光电研究院,北京 100094;中国科学院研究生院,北京100049;中国科学院光电研究院,北京 100094;中国科学院光电研究院,北京100094;华中科技大学光电子科学与工程学院,湖北武汉 430074【正文语种】中文【中图分类】TH741.1;TN2490 引言大尺寸空间绝对距离快速测量是卫星编队飞行、地球观测、深空探测成像以及高端制造领域不可或缺的关键技术，卫星编队队形保持与控制是决定高分辨干涉成像任务成败的关键，要实现星间位置和姿态的精确控制，必须突破长距离 (数十千米)、超高准确度(微纳米量级)、快速 (数千赫兹)绝对测距，高端制造领域大型零部件外型测量、大型设备装配对接也对大尺寸高准确度快速无导轨测距提出了迫切需求。
现有的激光干涉测长技术虽然具有很高的分辨力 (纳米量级)，但是只能测量相对位移，无法给出绝度距离，干涉测量的测程一般仅有数十米至一百米，难以满足空间任务需求。
现有的绝对距离测量技术一般分为飞行时间法、相位法和多波长干涉法，限于各自的局限，难以解决测程、准确度和实时性之间的矛盾[1]。
随着超快光学的发展，“光学频率梳”技术在精密测量领域已崭露头角，其光谱范围宽、脉宽窄、重复频率稳定性高等优良的时频域特性给精密光谱测量、时间频率测量和绝对距离测量提供了新的技术手段。
高重复频率飞秒激光对面阵CCD的干扰和破坏
ｆ激 光 辐照 线阵 Ｃ Ｄ的研 究工作 ［引。本 文 对高 重复 频率 ｆ 激光 辐 照下 面 阵 Ｃ Ｄ的破 坏 效应 进 行 了初 步 的 ｓ Ｃ ｓ Ｃ
研究 。
１ 实验 概 况
实验 装 置如 图 １ 示 。实验 所用 激光 波长 为 所
８ ０ｎ 脉 宽 为 １ ０ ｆ， 散 角 为 １ ５倍 衍 射 极 ０ ｍ， ０ ｓ 发 ． 限， 光斑 直 径 为 ６ｍｍ， 脉 冲能 量 为 １ｍＪ 重 复 单 ， 频 率为 １ ０ 可调 。ｆ 激光 经可 调衰 减 片 ～１０ ０Ｈｚ ｓ 做适 当衰减后 ， 又经小 孔滤 掉杂 散光 ， 分束 镜 将一 小 部分 激光 导人 能 量 计 ， 部 分 激光 由扩 束 系统 大 整 形后 辐 照进 入 Ｃ Ｄ 相机 系 统 。根 据 激 光 器 的 Ｃ 参 数 进行 计 算 得 到 Ｃ Ｄ人 瞳处 的光 斑直 径 约 为 Ｃ ４ ２ ｍｍ。 实 验 所 用 探 测 器 为 Ｂ １ １ ． Ｃ ３ Ａ１面 阵
ｅ ｅ ｇｙ ｍｅ ｅ ｎ ｒ ｔｒ
Ｆｉ ． Ｓ ｈｅ ｔｃ ｏ ｘ ｅ ｉ ｎ ｅ ｕ ｇ１ ｃ ｍａ ｉ ｆｅ ｐ ｒ ｍｅ ｔ ｓ ｔ ｐ
《光电子技术》本科期末考试试卷(A卷)
西南科技大学 2013-2014-2 学期光电子技术 》本科期末考试试卷（ A 卷）、单选题（每题 2 分，共 20分） 1、光电子技术主要研究（）。
A. 光与物质中的电子相互作用及其能量相互转换的一门技术B. 光电子材料制备的一门技术C. 光信息转换成电信息的一门技术D. 介绍光电器件的原理、结构和性能参数的一门科学David J. Wineland ）。
大卫·维因兰德是利用光或光子来捕捉、 控制以及测量带电原子或者离子， 而沙吉 ·哈A. 光子或粒子B. 电子C.载流子D.声子5、光纤是一种能够传输光频电磁波的介质波导，其结构上由（）组成。
A. 纤芯、包层和护套B.单模和多模C. 塑料、晶体和硅D. 阶跃和梯度光纤 6、直接调制是把要传递的信息转变为（ ）信号注入半导体光源，从而获得调制光信号。
A. 电流B. 电压C. 光脉冲D.正弦波7、以下基于光电导效应制成的光电器件是（ ）。
A. 光敏电阻 B.光电管 C.雪崩光敏二极管 D. 光电池8、光电成像转换过程需要研究（ ）。
A. 能量、成像、噪声和传递 B. 产生、存储、转移和检测 C. 调制、探测、成像和显示D. 共轭、放大、分辨和聚焦9、微光光电成像系统的工作条件就是环境照度低于（ ） lx 。
A. 0.1B. 0.01C. 0.001D. 0.000110、PDP 单元虽是脉冲放电，但在一个周期内它发光（ ）次，维持电压脉冲宽度通常 5~10μs ，2、波长为 0.78 μm 的光子能量为（A.3.2eVB.1.59eVC.1.24eV3、光波在大气中传播时，气体分子及气溶胶的（A. 折射和反射B. 吸收和散射）。
D.2.4eV）会引起光束能量的衰减。
C. 弯曲和漂移D. 湍流和闪烁哈罗彻（ Serge Haroche ）与美国科学家大卫 ·温罗彻通过发射原子穿过阱，控制并测量捕获的（ ）。
幅度 90V~100V ，工作频率范围 30KHz~50KHz ，因此光脉冲重复频率在数万次以上，人眼不会感到闪烁。
一种抗高重频激光有源干扰的方法[发明专利]
![一种抗高重频激光有源干扰的方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/887f903684254b35effd345c.png)
专利名称：一种抗高重频激光有源干扰的方法专利类型：发明专利
发明人：王恩德,曹晖,韩冰,李学鹏,彭良玉
申请号：CN201910433105.9
申请日：20190523
公开号：CN111981905A
公开日：
20201124
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种抗高重频激光有源干扰的方法，包括在选通波门前打开取样波门；根据取样波门内的信号数量判断是否受到高重频干扰，记录取样波门内最后一个信号的特征定义为参照信号；若没有受到高重频干扰则直接处理选通波门内的制导信号；若受到高重频干扰则逐个计算当前选通波门内信号的脉冲宽度并与预先设定的制导信号比较，直到找到脉宽相同的信号并判断当前信号为可疑信号；将当前可疑信号与参照信号的特征进行比较，若相同则判断当前可疑信号为高重频信号，否则判断为待提取的制导信号。
本发明根据制导信号频率选择开放选通波门，优先排除大量高重频干扰信号，以脉冲宽度作为筛选制导信号的特征初次提取制导信号并二次验证提高准确率。
申请人：中国科学院沈阳自动化研究所
地址：110016 辽宁省沈阳市沈河区南塔街114号
国籍：CN
代理机构：沈阳科苑专利商标代理有限公司
代理人：许宗富
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激光对cmos光电成像器件干扰原理
激光对cmos光电成像器件干扰原理
激光是一种高能量的光源，可以对CMOS光电成像器件产生干扰。
这种干扰主要来自激光的光强和频率。
激光的光强可以导致CMOS光电成像器件的像素饱和。
饱和像素会导致图像失真和失真。
此外，激光的高光强还可能烧毁CMOS光电成像器件的像素。
激光的频率可以干扰CMOS光电成像器件的读取电路。
激光的高频率会导致读取电路的串扰和噪声，从而影响图像质量。
为了避免激光对CMOS光电成像器件的干扰，可以采用以下措施：
1. 使用低功率的激光源，尽量避免像素饱和和烧毁。
2. 选择与光电成像器件频率匹配的激光源，避免串扰和噪声。
3. 在实验过程中，尽量避免激光直接照射到CMOS光电成像器件上。
4. 在必要时，可以采用屏蔽措施，如使用遮光罩或屏蔽材料来减少激光的干扰。
- 1 -。
飞秒激光直写Nd
D O I :10.3969/j.i s s n .1001-5337.2024.1.089收稿日期:2022-11-30基金项目:国家自然科学基金(61205055).通信作者:李士玲,女,1977-,博士,教授;研究方向:离子注入光波导㊁飞秒激光直写光波导及稀土离子的掺杂;E -m a i l :l i s h l i n g@q f n u .e d u .c n .飞秒激光直写N d :Y V O 4晶体包层波导激光李士玲, 宋 艳(曲阜师范大学物理工程学院,273165,山东省曲阜市) 摘要:采用飞秒激光(500k H z 重复频率)直写技术,在N d :Y V O 4晶体中制备了埋藏晶体表面以下的包层光波导.具体研究了脉冲能量㊁深度㊁扫描速度和飞秒激光偏振等写入条件对光波导性能的影响.1.06μm 波长的激光在光波导中传播时,光波导的插入损耗低至2.4d B .利用808n m 波长的激光泵浦,在室温下实现了1064n m 波长发射的连续波导激光器.对不同直径的光波导,均实现了多模光波导和波导激光.直径为60μm 的波导产生的最大输出功率为143mW ,斜率效率为21.3%.利用微拉曼光谱对光波导进行了表征,激光直写轨迹处晶格被破坏,伴随折射率降低.关键词:飞秒激光直写;光波导;波导激光;N d :Y V O 4晶体中图分类号:O 436 文献标识码:A 文章编号:1001-5337(2024)01-0089-060 引 言掺钕钒酸钇(N d :Y V O 4)具有高的发射截面㊁宽而强的吸收带㊁良好的热和机械性能及高拉曼获得,是有效激光介质的优良增益介质之一[1,2].光波导是集成光子学的基本部件,它可以将光限制在微小体积内传播,对光束具有良好的限制和引导作用,与体材料相比可以获得更高的腔内光强度[3,4].波导激光器比与体激光器具有较低的阈值和较高的斜率效率[5,6].此外,波导激光还是可以集成在光子回路中的有着广泛应用的次光源.目前制备光波导的方法有:离子扩散㊁离子/质子交换㊁离子注入/辐照㊁外延层沉积及飞秒激光直写等[7-11].自D a v i s 等人在1996年利用飞秒激光直写成功制备光波导的开创性工作以来,飞秒激光直写已被证实是制备各种三维光波导的强大技术,该技术具有高精度㊁可重复性㊁加工材料种类多㊁无掩模加工能力等优点[11-15].在直写过程中,聚焦的飞秒激光脉冲可以在直接辐照区域(激光焦点处)产生局部的微修饰,伴随正的或负的折射率改变,这取决于激光直写参数和材料本身的固有性质[4,16-18].根据不同的折射率改变和光波导结构的几何形状,飞秒激光直写光波导结构可以分为3类[4,19-22]:一是Ⅰ类波导,直写轨迹处具有正的折射率改变,该处即为导光区域;二是Ⅱ类波导,直写轨迹处的折射率降低,由于应力诱导效应,其周围区域折射率升高,因此两条临近的相互平行的飞秒激光直写轨迹中间具有正的折射率改变,该处为导光区域,因而该类波导也被称为应力诱导双线波导.三是Ⅲ类包层波导,由一系列临近(间隔几个微米)的具有较低折射率的直写轨迹所包围的区域即为导光区域.这种包层波导的几何形状和尺寸可以被灵活改变,所以能够很好的支持单模和多模导光,而且,包层波导的横截面可以设计成与商用的光纤相匹配.目前包层光波导已经在许多介电晶体中实现,用于波导激光和非线性光学应用[23-25].另外,多模光波导由于其在光通信㊁光传感和量子信息技术等领域的应用前景而受到了新的关注[26].本文报道了飞秒激光直写N d :Y V O 4晶体包层光波导,研究了写入参数(如波导中心轴距离晶体表面以下的深度㊁脉冲能量㊁扫描速度及超快激光束偏振状态)对制备的光波导传输性能的影响.在不同直径的包层光波导中都实现了多模传导,得到了1064n m 波长的连续激光振荡输出,进一步测试了波导激光特性.第50卷 第1期2024年1月 曲阜师范大学学报J o u r n a l o f Q u f u N o r m a l U n i v e r s i t yV o l .50 N o .1J a n .20241实验实验中使用的样品是a-切N d(1a t.%):Y V O4晶体,尺寸为8mmˑ2.6mmˑ10mm.飞秒激光直写使用的是超快Y b掺杂的光纤主振荡器功率放大器(I M R AF C P Aμ-J e w e l D400),其重复频率为500 k H z,脉冲宽度为460f s,中心波长为1047n m.晶体样品被放置在一个计算机控制的三维移动平台上.利用数值孔径为0.68的非球面透镜,将飞秒激光通过8m mˑ10m m表面沿着b轴聚焦到晶体内部.通过计算机控制移动平台,样品沿a轴平移产生直写轨迹,在晶体样品内的不同深度处写入许多低折射率的平行轨迹,从而形成横截面为圆形的包层波导.图1描述了飞秒激光直写包层光波导的示意图.图1飞秒激光直写制备包层光波导的加工示意图直写之后,利用光学显微镜观察晶体样品中的加工结构.通过端面耦合系统研究所制备光波导的导光传输性能,将近红外(约1.06μm)激光通过一个物镜耦合进样品的一个端面(光波导的输入端),用另一个物镜耦合输出通过光波导的激光,然后将输出光成像到C C D上,从而得到光波导的导波模式近场分布.通过测量输入光和输出光的功率来估计光波导的插入损耗,具体表示为α=-10l g(P o u t/P i n),其中P o u t和P i n分别是输出和输入的激光功率.需要注意的是,插入损耗包括了菲涅耳损耗㊁耦合损耗和传输损耗.因此,光波导的传输损耗远低于插入损耗.采用端面泵浦装置进行了波导激光测试.泵浦光源是一个钛蓝宝石连续波激光器(S p e c t r a-P h y s-i c s,3900S),它被调谐至发射808n m波长的激光.激光谐振腔由两个平面介质镜分别与晶体的两个抛光的端面对接耦合形成,其中一个是输入镜,对激光(1.06μm)波长具有高反射率(>99%),对泵浦(808n m)波长具有高透射率(98%),另一个是输出耦合器,对激光波长有不同的透射率.用一个10ˑ(f=15mm)显微镜物镜(N e w F o c u s,5709)将泵浦激光束耦合到波导结构中.用另一个10ˑ的显微镜物镜从输出端收集产生的激光束.最后用微拉曼分析系统表征制备光波导的芯区㊁直写轨迹处的晶体结构的变化.2结果与讨论为了获得低损耗包层光波导,飞秒激光直写过程中采用了不同的关键参数,如脉冲能量(从320到680n J,间隔40n J)㊁波导中心轴距离晶体表面以下的深度(之后文中表示为 深度 从60到250μm)㊁扫描速度(从0.5到7.0m m/s)㊁激光偏振等.图2(a)和2(b)是直径44μm的包层光波导的光学显微横截面图和测得的光波导近场模式分布图,这些包层光波导由脉冲能量480n J和扫描速度3.0m m/s,圆偏振超快激光及不同深度60㊁100㊁140㊁160㊁180㊁210和250μm直写得到.如图2(a)所示,不同的激光直写轨迹组成圆形,激光直写轨迹附近没有观察到晶体裂缝.在深度为250μm时激光诱导轨迹没有形成完整的圆形,可能是当深度大于250μm时,由于激光能量的衰减,在晶体中沉积的能量会小于材料的损伤阈值,所以没有损伤的直写轨迹形成,也意味着没有形成光波导.如图2(b)所示,光波导具有良好的引导约束和多模分布.这些光波导的插入损耗分别为3.8㊁3.6㊁3.3㊁3.2㊁3.4和3.5d B .图2在脉冲能量为480n J㊁扫描速度为3.0mm/s㊁不同深度直写包层光波导中(a)光学显微镜的横截面图,(b)导波模式近场分布图表1(下页)列出了用其他不同的写入参数制备的光波导的插入损耗.表1的第一行为固定扫描速度(3.0mm/s)㊁深度(160μm)和飞秒激光偏振(圆偏振),改变脉冲能量(360~640n J,间隔40n J)直写得到的直径44μm的包层光波导的插入损耗,发现脉冲能量为480n J时,插入损耗最小(约3.2d B).脉冲能量为360~400n J时,没有观察到直写轨迹,09曲阜师范大学学报(自然科学版)2024年也没有测得导波近场模式分布,所以没有形成光波导.脉冲能量为440~520n J 时,形成了较好的光波导.当能量增加到560n J 时,可能是由于较多的能量沉积,从而影响了直写轨迹附近的区域,传播损耗明显增加.当脉冲能量大于等于600n J 时,对直写轨迹及附近区域的晶格损伤太大,没有形成光波导.表1的第二行是固定脉冲能量(480n J )㊁深度(160μm )和飞秒激光偏振(圆偏振),改变扫描速度(0.5~7.0mm /s )直写得到直径60μm 的包层光波导的插入损耗,当扫描速度为3.0m m /s 时,损耗最小(约2.4d B ).此外,固定脉冲能量(480n J)㊁扫描速度(3.0m m /s )和深度(160μm ),改变飞秒激光偏振分别为水平偏振㊁45ʎ偏振及垂直偏振,在前两种偏振情况下没有观测到直写轨迹.在垂直偏振下,有直写轨迹且直写轨迹包围的中间部分有明显的损伤,也没有测到导波模式分布.总之,制备低损耗波导的参数为深度140~200μm ㊁脉冲能量440~520n J㊁扫描速度1.0~7.0m m /s 以及圆偏振飞秒激光束.表1 用不同直写参数制备的包层光顾波导的插入损耗脉冲能量/n J(扫描速度:3.0mm /s ,深度:160μm ,直径:44μm )插入损耗/d B 360400440480520560600640 3.43.23.65.1扫描速度/(mm /s )(脉冲能量:480n J ,深度:160μm ,直径:60μm )插入损耗/d B 0.51.03.05.07.03.93.52.42.73.5图3(a )和(b )是不同直径(32㊁44㊁60及80μm ,所有情况下的比例尺均为80μm )光波导横截面和顶视的光学显微图,光波导的制备参数为圆偏振飞秒激光束,脉冲能量为480n J ,聚焦深度为160μm ,扫描速度为3.0mm /s .由图可以看到,在晶体材料中形成了由激光诱导轨迹组成的圆形.图3(c )是测得的这些不同直径光波导的导波模式的近场光强分布,所有直径的光波导都支持高阶模,是多模光波导.这些光波导的插入损耗分别为4.1㊁3.2㊁2.4㊁2.8d B .图3 不同直径光波导的显微镜图(a )横截面图;(b )顶视图;(c)不同直径光波导在1.06μm 处测得的导波模式分布图图4是包层光波导的激光发射光谱,中心激光波长为1064.3n m ,全波的半最大值(F WHM )值为1n m ,对应于N d 3+离子的4F 3/2ң4I 11/2跃迁.其中插图是输出激光束(激光模式)的近场分布,呈现出多模结构.图4 从60μm 包层光波导中输出激光的强度分布(插图为波导激光的模式分布)图5(下页)显示了直径60μm 光波导的斜率效率η,这些斜率效率是使用反射系数分别为80%㊁60%和30%的输出耦合器测量得到的.由图5可以看出,使用30%反射输出耦合器时,得到了最佳激光性能,斜率效率为21.3%的,泵浦阈值为80mW ,19第1期 李士玲,等:飞秒激光直写N d :Y V O 4晶体包层波导激光输出功率为143mW (对应输入功率770mW ).图5 在60μm 包层光波导中,使用不同反射率输出耦合器测得的波导激光斜率效率图6是从不同直径(32㊁44㊁60及80μm )的包层光波导测得的激光模式分布图.可以看到,激光模式有相当明显的边界,这表明激发产生的1064n m 波长的激光在传播过程中被很好地限制在光波导内.所有直径的包层光波导支持多模激光发射.图6 直径为32,44,60和80μm光波导的输出激光模式分布图图7描述了用30%反射输出耦合器测得的不同直径光波导的激光斜率效率.由图可以看出,直径为32μm 的光波导中,激光斜率效率为6.3%,最大输出功率为43.6mW (对应输入功率为770mW ).当波导的直径从44~60μm 变化时,斜率效率随直径的增加而增大,直径为60μm 的波导的斜率效率达到21.3%.然而,随着直径继续增加到80μm 时,斜率效率开始降低,80μm 光波导的斜率效率为19.9%.32μm ㊁44μm ㊁60μm 和80μm 光波导的泵浦阈值功率分别为80mW ㊁80mW ㊁80mW 和200mW.80μm 波导激光器的阈值要高得多,这可能是由于泵浦激光器与波导模之间的耦合效率降低以及波导的模场直径增加所致.图7 直径分别为32㊁44㊁60和80μm 的光波导的激光斜率效率图8是由60μm 光波导的输出端横截面得到的体材料㊁波导中心区域和激光直写轨迹处的微R a m a n 光谱图.图中测量了在832和885c m -1附近的拉曼位移峰对应的声子模.结果表明,在两种拉曼模态下,在激光诱导轨道上,拉曼强度明显下降.对于885c m -1拉曼位移峰,与晶体体材料区域相比,波导区域的拉曼峰值强度降低了约35%,激光诱导轨迹处的拉曼峰强度降低了约71%,表明激光直写轨迹处的晶格结构被破坏,产生缺陷,因而导致了该区域的折射率降低[2].图8 从体材料㊁波导区域和飞秒激光直写轨迹处测得的微拉曼光谱29 曲阜师范大学学报(自然科学版) 2024年3结论利用飞秒激光直写技术在N d:Y V O4激光晶体中制备了不同直径的低损耗包层光波导.研究了直写参数如脉冲能量㊁扫描速度㊁深度及激光偏振等对包层光波导传输质量的影响,得到制备低损耗光波导的最佳参数为:440~520n J脉冲能量㊁1.0~ 7.0mm/s扫描速度㊁140~200μm深度和圆偏振激光束.在所制备的不同直径的光波导中均实现了1064n m波长的连续激光发射.当使用30%反射输出耦合器时,直径32μm的波导激光的斜率效率为6.3%,最大输出功率为43.6mW.直径60μm的波导激光器斜率效率为21.3%,激光泵浦阈值为80mW,最大输出功率为143mW(输入功率为770mW).微拉曼光谱研究表明飞秒激光在直写轨迹和它们包围区域产生了局部晶格破坏.参考文献:[1]C H E N Y F.C wd u a l-w a v e l e n g t ho p e r a t i o no f ad i o d e-e n d p u m p e dN d:Y V O4l a s e r[J].A p p l P h y sB,2000,70:475-478.[2]S I L V A W F,J A C I N F O C,B E N A Y A SA,e t a l.F e m t o s e c-o n d-l a s e r-w r i t t e n,s t r e s s-i n d u c e d N d:Y V O4w a v e g u i d e s p r e s e r v i n g f l u o r e s c e n c ea n d R a m a n g a i n[J].O p t L e t t, 2010,35(7):916-918.[3]B O G A E R T SW,e t a l.B a s i c s t r u c t u r e s f o r p h o t o n i c i n t e-g r a t e d c i r c u i t s i ns i l i c o n-o n-i n s u l a t o r[J].O p tE x p r e s s, 2004,12:1583-1591.[4]C H E N F,d e A L D A N AJR V.O p t i c a lw a v e g u i d e s i nc r y s t a l l i n ed ie l e c t r i cm a t e r i a l s p r o d u c e d b yf e m t o s e c o n d-l a s e rm i c r o m a c h i n i n g[J].L a s e rP h o t o n i 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高速高清CCD自适应相关双采样技术
高速高清CCD 自适应相关双采样技术王士绅，隋修宝，陈钱，顾国华(南京理工大学电光学院，江苏南京210094)摘要：相关双采样技术被广泛地应用于CCD 视频采集，能够有效地消除复位噪声，白噪声等CCD输出噪声。
但是当CCD 工作在高帧频状态下，需要高速的输出数据，由于像素时钟较快会出现采样位置不稳的情况。
文中采用自适应相关双采样技术，可以自适应地调整采样脉冲的相位，使相关双采样的两个采样脉位于合理的采样位置，能够正确地采集像素信息。
采用自适应调整CCD 相关双采样位置的技术，能使高清高速CCD 在像素频率很高的情况下，也能稳定地工作，输出高质量的图像。
关键词：自适应相关双采样；高速高清；噪声；CCD中图分类号：TN202文献标志码：A 文章编号：1007-2276(2014)01-0155-05High speed HD CCD adaptive correlated doublesampling techniqueWang Shishen,Sui Xiubao,Chen Qian,Gu Guohua(Electro 鄄optic College,Nanjing University of Science and Technology,Nanjing 210094,China)Abstract:Correlated double sampling technique is widely used in CCD video capture,and can effectively eliminate the reset noise,white noise CCD output noise.However,when the CCD works in the state of the high frame rate,the need for high 鄄speed output of data faster pixel clock appears the sampling position is unstable.This article used adaptive correlated double sampling technique,could adaptively adjust the phase of sampling pulses,so that the correlated double sampling of two sampling pulses were collected at a reasonable sampling positions,and pixel information could be collected correctly.Adaptive technology was used to adjust the CCD correlated double sampling location,to make HD high 鄄speed CCD pixels high frequency,correlated double sampling also could be adopted in a reasonable sampling location,the CCD working in good condition.Key words:adaptive correlated double sampling;HD and high 鄄speed;noise;CCD收稿日期：2013-05-11；修订日期：2013-06-20基金项目：江苏省自然科学基金(BK2011698)，教育部博士点新教师基金(20113219120017)；总装十二五预研作者简介：王士绅(1987-)，男，硕士生，主要从事数字图像处理方面的研究。
天文光梳技术现状与分析
天文光梳技术现状与分析张志刚（北京大学电子学院区域光纤通信网和新型光通信系统国家重点实验室，北京100871）摘要：天文光谱定标用的天文光梳是解决天体物理学中很多重大科学问题的有力工具。
文章简述天文光谱仪对天文光梳的需求和产生天文光梳的几种技术的现状，并对这些技术的优势和缺点进行分析，最后对天文光梳技术进行展望。
关键词：激光频率梳；天文光谱定标；电光调制光梳；微腔光频梳中图分类号：TB9；O436文献标识码：A文章编号：1674-5795（2022）05-0023-07Advances and analysis of astrocomb technologyZHANG Zhigang(State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks,School of Electronics,Peking University,Beijing100871,China)Abstract:As a necessary tool for the calibration of astronomical spectrograph,the astrocomb can help to solve a lot of major problems in astrophysics.This paper reviews the requirements of astronomical spectrograph for astrocombs and the current status of technologies for generating astrocombs,analyses the advantages and defects of those astrocomb technologies.The prospect of astrocombs is also given.Key words:laser frequency comb;astronomical spectrograph calibration;electro-optically modulated comb;microcavity comb0引言自从激光频率梳被提出作为新型天文光谱仪定标工具——天文光梳，科学家们就期盼我国天文台能用上中国自己研发的这种新型光谱定标仪。
飞秒脉冲激光辐照FRAM诱发的毁伤效应及热演化
飞秒脉冲激光辐照FRAM诱发的毁伤效应及热演化乔相信;成艺光;唐恩凌;韩雅菲【摘要】空间高能粒子辐照航天器电子器件诱发的毁伤和热演化特征,直接关系到航天器的在轨安全运行和在轨任务的顺利实施.本文利用自行构建的飞秒脉冲激光辐照系统、激光诱发毁伤的数据采集系统、数据读写系统和红外热成像系统,开展了不同激光输出重复频率、不同作用区域下辐照铁电存储器(FRAM)实验,获取激光辐照于铁电存储器被照面的稳态温度场和铁电存储器的暂态失效和永久失效出现时间,并观测了辐射效应对铁电存储器的毁伤效果,经MATLAB软件处理得到了激光辐照铁电存储器不同区域热演化过程的温度场分布.实验结果表明:在激光输出功率近似相同的飞秒脉冲激光辐照条件下,激光脉冲输出重复频率越低,诱发永久性毁伤出现时刻的时间越长,近似呈非线性增长;随着激光输出重复频率的增大,激光对铁电存储器的作用由激光电离存储器介质产生的高能带电粒子对铁电体自发极化的破坏为主,逐步转变为以热辐射与热应力诱发的毁伤;当激光在器件表面产生的最高温度接近存储器最高工作温度时,永久毁伤的出现时间将显著延长.并通过对回归参数的计算和假设检验,给出了回归参数的置信度1-α为95％的条件下激光辐照区域1与区域2的最高辐射温度与激光输出重复频率的拟合关系式.【期刊名称】《发光学报》【年(卷),期】2019(040)006【总页数】11页(P815-825)【关键词】飞秒脉冲激光;毁伤效应;铁电存储器(FRAM);温度场分布【作者】乔相信;成艺光;唐恩凌;韩雅菲【作者单位】沈阳理工大学装备工程学院,辽宁沈阳 110159;沈阳理工大学装备工程学院,辽宁沈阳 110159;沈阳理工大学装备工程学院,辽宁沈阳 110159;沈阳理工大学装备工程学院,辽宁沈阳 110159【正文语种】中文【中图分类】O432.1+21 引言目前，空间辐射效应及其衍生问题严重影响航天器的在轨安全运行，单粒子效应(SEE)已成为空间高能粒子辐射下电子设备故障的主要原因，而激光辐射的热效应及其带来的热演化问题是单粒子效应中的关键问题［1-2］。
抗高重频激光有源干扰的方案研究
抗高重频激光有源干扰的方案研究06061204孟璞辉摘要：在对激光末制导武器的抗干扰现状分析的基础上, 对高重频干扰进行了分析, 提出了抗高重频激光有源干扰的方案。
该方案将高重频干扰建立数学模式后, 对该数学模式进行分析, 总结出该模型的规律, 从而判断出高重频周期, 该原理将构成方案的核心思想。
该高重频信号处理方案的关键点, 包括高重频周期的测定和反向高重频信号同步点的确定。
该方案将有效的消除高重频有源干扰, 和我们曾提出过的激光末制导炮弹武器系统的一类新型激光编码方案, 构成了完备的激光末制导武器系统抗激光有源干扰方案。
关键词：激光技术；激光干扰；高重频激光信号；抗干扰1.引言由于激光制导武器在现代战争中发挥了非常大的作用, 激光干扰技术得到了相当大的发展。
激光干扰是指利用各种有源与无源设备, 对各种光电装备实施干扰的一种光电对抗技术。
其中激光有源干扰是一种非常重要的干扰方式。
它包括同步转发式干扰, 应答式欺骗干扰和高重频干扰等各种方式。
目前,激光对抗领域对同步转发式干扰和应答式欺骗干扰都有了相应的应对措施。
但对激光高重频干扰的应对措施还没有得到相应的研究, 抗激光有源干扰没有形成完备的系统方案。
在对抗激光有源干扰方面, 我们已经基于激光末制导武器系统的激光编码及波门设置特点的分析, 提出了激光末制导炮弹武器系统的一类新型激光编码方案’ 。
该方案同时具有脉冲间隔编码和有限位随机周期脉冲序列的优点, 首脉冲易确定, 无固定重频、无周期性, 我方容易解码而敌方难以识别, 具有较强的抗应答式干扰能力。
在我们提出新型激光编码方案之后,本文将在研究高重频激光有源干扰原理的基础上再对激光高重频干扰的对抗方法作系统的研究。
这样就为激光末制导武器系统中的激光有源干扰形成比较完备的对抗方案。
本文首先简述高重频激光干扰原理, 然后提出抗高重频激光干扰方案, 论述高重频信号的处理要点,并给出实验论证结果, 最后给出小结。
一种调节飞秒激光脉冲时空重合的新方法
一种调节飞秒激光脉冲时空重合的新方法史彦超;刘作业;赵培茜;郭泽钦;丁鹏基;刘情操;胡碧涛【摘要】为了实现调节两束飞秒激光脉冲在时间和空间区域上的精确重合,采用利用CCD成像系统调节光束在空间上的重合及利用能量计测量激光脉冲核心能量变化来调节飞秒脉冲间的时间间隔的新方法,取得了核心能量随延迟时间变化的数据,并记录了相应的等离子体荧光图像.结果表明,与传统方法相比,这种方法可以达到飞秒级的时间重合精度.这为确定激光的时空重合提供了一种简便有效的途径,且在激光光束以大角度相交时仍然可以确定最佳重合点.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2013(037)003【总页数】4页(P385-388)【关键词】激光技术;延迟时间调节;核心能量;能量计【作者】史彦超;刘作业;赵培茜;郭泽钦;丁鹏基;刘情操;胡碧涛【作者单位】兰州大学核科学与技术学院,兰州730000;兰州大学核科学与技术学院,兰州730000;兰州大学核科学与技术学院,兰州730000;兰州大学核科学与技术学院,兰州730000;兰州大学核科学与技术学院,兰州730000;兰州大学核科学与技术学院,兰州730000;兰州大学核科学与技术学院,兰州730000【正文语种】中文【中图分类】O437近10年来，随着啁啾脉冲放大技术的产生，激光脉冲的脉宽发展到10fs量级［1］且脉冲能量不断地提高。
这一技术的发展刺激了激光与物质之间的相互作用的研究［2］，开启了阿秒物理、电子加速［3］、激光聚变、相对论等离子体物理及强场物理等领域的研究。
但是多束飞秒激光脉冲之间时间、空间重合的调节和测量的困难，严重制约了相关研究工作的进程。
激光脉冲在空气中传输时会形成等离子体光丝［4］，而时空相互重合的两条光丝会由于干涉作用产生等离子体光栅［5］，传统的飞秒激光脉冲延迟的调节就是基于这一原理，根据等离子体光栅的产生来判断两束激光脉冲是否重合。
等离子体光栅只能在大约2倍的脉冲宽度的时间范围内产生，对应的精密位移台的行程仅仅为十几个微米，这样给调节工作带来了极大的制约。
飞秒激光成丝及其伴生效应
02
伴生效应一：光谱展宽与 频率转换
光谱展宽现象描述
非线性光学效应
飞秒激光成丝过程中，强激光场 与物质相互作用，导致光谱展宽
这一非线性光学效应的产生。
新频率成分
光谱展宽表现为激光脉冲频谱中出 现新的频率成分，这些成分来源于 激光与物质相互作用的复杂过程。
影响因素
光谱展宽的程度受激光脉冲能量、 脉宽、物质性质等多种因素影响。
成丝动力学过程深入研究
进一步揭示飞秒激光成丝的动力学过程，完 善相关理论和模型。
多波长飞秒激光成丝
研究多波长飞秒激光成丝过程中的新现象和 新效应，拓展应用领域。
应用领域拓展
挖掘飞秒激光成丝在新能源、环保等领域的 应用潜力，推动相关产业发展。
THANK YOU
感谢观看
等离子体在材料加工中应用
表面改性
利用飞秒激光成丝产生的等离子体对 材料表面进行改性，可改变材料表面 的物理和化学性质，如硬度、润湿性 等。
微纳结构制备
通过精确控制等离子体的产生和演化 过程，可在材料表面制备出具有特定 功能的微纳结构，如光栅、纳米颗粒 等。
04
伴生效应三：非线性光学 现象观察
非线性光学现象简介
速度。
03
伴生效应二：等离子体产 生与演化
等离子体形成条件及过程
高功率密度
飞秒激光脉冲的功率密度达到一定程度时，可使空气或其他气体 电离形成等离子体。
非线性吸收
飞秒激光脉冲在介质中传播时，由于非线性吸收效应，光强逐渐衰 减并沉积能量，导致介质电离形成等离子体。
等离子体膨胀与冷却
形成的等离子体在纳秒至微秒时间尺度内迅速膨胀和冷却，伴随着 强烈的发光和冲击波效应。
光克尔效应
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第19卷 第11期强激光与粒子束Vol.19,No.11 2007年11月HIGH POWER L ASER AND PAR TICL E B EAMS Nov.,2007 文章编号: 100124322(2007)1121783204高重复频率飞秒激光对面阵CCD 的干扰和破坏3郭少锋1, 程湘爱1, 傅喜泉2, 孙运强1, 王 飞1, 李文煜1, 周玉平1, 陆启生1, 文双春2(1.国防科学技术大学光电科学与工程学院,长沙410073; 2.湖南大学计算机与通信学院,长沙410073) 摘 要: 采用800nm ,100f s 的超短脉冲激光器对硅面阵CCD 进行辐照实验,观测到饱和、串扰以及永久性损伤等多种可能造成成像器件失效的现象,特别是在激光能量较高时,发现CCD 在成像时出现了黑白屏的现象。
在飞秒激光器以1,10和1000Hz 工作的条件下,分别测量了硅面阵CCD 的饱和阈值、串扰阈值和破坏阈值。
对破坏后的CCD 器件进行了显微分析。
在1k Hz 工作的条件下进行了视场外干扰实验,观察到串扰和全屏饱和的现象。
关键词: 飞秒激光; 面阵CCD ; 破坏机理; 串扰; 饱和 中图分类号: TN249 文献标识码: A 作为一种固体成像器件,CCD 承担着侦察、监控和识别等重要功能,CCD 的损伤将导致系统功能的削弱甚至整体丧失。
CCD 与强激光的相互作用一直是国内外研究的重点,近年来随着脉冲激光技术的不断进展[122],以及f s 激光大气传输研究的升温[3],人们开始关注f s 激光对光电器件的干扰和破坏效应,开展了一些单脉冲f s 激光辐照线阵CCD 的研究工作[425]。
本文对高重复频率f s 激光辐照下面阵CCD 的破坏效应进行了初步的研究。
1 实验概况Fig.1 Schematic of experiment setup 图1 实验装置图 实验装置如图1所示。
实验所用激光波长为800nm ,脉宽为100f s ,发散角为1.5倍衍射极限,光斑直径为6mm ,单脉冲能量为1mJ ,重复频率为1～1000Hz 可调。
f s 激光经可调衰减片做适当衰减后,又经小孔滤掉杂散光,分束镜将一小部分激光导入能量计,大部分激光由扩束系统整形后辐照进入CCD 相机系统。
根据激光器的参数进行计算得到CCD 入∑处的光斑直径约为4.2mm 。
实验所用探测器为BC131A1面阵CCD ,芯片型号为SON Y ICX405AL 。
该CCD 的输出帧频为25帧/s ,每场20ms ,一行信号周期约为64μs ,每个像素的信号周期约为104ns 。
CCD 摄像器件输出的视频信号经视频采集卡进入计算机处理,可以实时观察并记录图像的变化。
为了与摄像器件输出的视频信号进行对比,我们在CCD 芯片上的信号输出管脚上直接引出接线,将芯片上的输出信号用示波器观察,据此可判断像元是否饱和以及饱和个数。
激光辐照CCD 的方式分为视场内和视场外两种。
激光束在探测系统的视场内入射时,其光斑或像点直接落在CCD 器件的感光区域;视场外入射时,激光束的几何像点应落在芯片之外。
为了比较准确地得到各种阈值,实验在暗室中进行。
激光辐照结束后,我们在正常使用环境下对CCD 相机的成像效果进行了观测,并用光学显微镜观察了像敏面的受损情况。
2 实验结果及讨论 硅CCD 的响应波段为400～1100nm ,实验所用激光的波长(800nm )位于响应波段之内。
CCD 与激光的相互作用过程首先是光电转换过程,光电子被束缚在势阱中等待被垂直寄存器和水平寄存器转移。
当激光由3收稿日期:2006211220; 修订日期:2007209215基金项目:国家863计划项目资助课题作者简介:郭少锋(1975—),男,副研究员,主要从事激光破坏机理和高功率固体激光的研究工作;sfguo @ 。
联系作者:李文煜(1970—),男,副研究员,研究方向为高能激光技术;wyli @ 。
弱逐渐增强时,首先出现局部电饱和现象,然后足够数量的光电子冲破光敏单元之间的势垒,产生串扰现象。
短脉冲激光辐照CCD 时,除了光电转换过程之外,还存在比较复杂的热2力学响应过程。
激光的部分能量在CCD 中形成热积累,达到一定程度可能发生热熔融以及热应力破坏。
对于超短脉冲的f s 激光来说,激光的功率效应将可能导致CCD 材质的光学击穿,使CCD 出现微损伤,而按照一定频率的重复作用将导致微损伤不断发展,最终CCD 出现永久性的毁伤。
图2为视场内辐照情况下的几种典型CCD 照片:图5(a )为CCD 局部饱和的结果;图5(b )是CCD 串扰的结果;图5(c )给出的是点破坏的结果;图5(d )给出的是破坏区域进一步扩大出现的黑白十字交叉线;在图5(e )中,以过破坏点的纵线为界,一半区域黑屏,另一半区域白屏,这种现象称之为黑白屏。
无论激光以何重复频率工作,这5种现象总能出现,只是重复频率不同,出现的阈值不同。
Fig.2 Typical result s of CCD irradiated by femto 2second laser in field of view图2 视场内辐照的几种典型结果 不同重复频率下CCD 器件的饱和阈值、串扰阈值和破坏阈值如表1所示,激光的作用时间均设定为30s 。
阈值定义为刚出现某种现象时对应的功率或能量密度,功率密度指平均功率密度,能量密度指单脉冲能量密度。
从表1中可以看出,饱和现象对应的能量阈值很低,数量级为10-11J /cm 2,且串扰现象对应的能量阈值的数量级为10-11～10-10J /cm 2,且它们也都随着重复频率的增加有减小趋势。
从功率密度阈值的角度看,由平均功率与单脉冲能量以及重复频率的关系,易知随着重复频率增加3个数量级,饱和和串扰对应的功率密度阈值下降了3个数量级。
破坏现象对应的能量阈值比饱和阈值和串扰阈值普遍高出几个数量级,且随重复频率的变化非常明显,当重复频率自1Hz 增加至1k Hz 时,破坏阈值减小了3个数量级(从10-3J /cm 2降到10-6J /cm 2)。
从功率密度阈值的角度看,破坏阈值在10Hz 时最小,1k Hz 最大,至于为何会出现这种现象,尚需进一步研究。
总体来说,重复频率的增加将大大降低器件的干扰或破坏阈值,增强破坏效果。
表1 CCD 饱和阈值、串扰阈值和破坏阈值的实验测量结果T able 1 Experimental measurements of thresholds of saturation ,cross 2talk and d am agerepetitivef requency/Hzsaturated threshold /(10-11J ・cm -2)cross 2talk threshold /(10-10J ・cm -2)energy threshold for damage/(J ・cm -2)power density threshold for damage/(10-3W ・cm -2)14.2 1.60 2.1×10-3 2.10105.2 1.10 4.7×10-50.471000 2.50.36 3.4×10-6 3.40 图3为轻度破坏(对应图2(c ))和重度破坏(对应图2(e ))时CCD 的显微照片和成像效果照片,重度破坏对应的功率密度为轻度破坏的几十倍。
轻度破坏情况下,CCD 的受损区域较小,深度较浅,用光学显微镜很难测得具体的深度值,但可以看出,其中一个单元的微透镜已部分被激光清除,内部的MOS 结构也可能伤及,激光作用之后,成像时总有一点纵向贯穿破坏点的饱和线。
深度破坏时,光学显微镜测得的深度约为5μm ,此时电荷包的转移电路很可能已被破坏[6],因此使CCD 完全丧失成像功能。
图4是重复频率为1k Hz 时CCD 相机视场外干扰实验的结果。
实验中相机的主轴与激光的传播方向呈4871强激光与粒子束第19卷Fig.3 Microscopy photos of damaged spot s and image effect s of CCD after damaged图3 破坏后CCD 芯片的光学显微照片以及成像效果30°夹角。
撤去激光后,CCD 显示正常。
局部串扰时对应的功率密度阈值约为6.5×10-3W/cm 2,全屏饱和时对应的功率密度阈值约为1.2W/cm 2。
局部饱和的阈值甚至大于视场内的破坏阈值。
视场外干扰不是f s 激光的优势。
Fig.4 Typical result s of CCD irradiated by femto 2second laser out of field of view图4 视场外辐照的两种典型结果 强激光与CCD 的相互作用研究目前只停留在实验观察阶段,由于CCD 的结构非常复杂,实验结果也呈现出多样化,其中许多结果得不到令人满意的解释。
若深入探讨CCD 的激光辐照效应,必须在深入透彻理解CCD 工作原理的基础上,建立具有较高置信度的物理模型。
本文测得的各种阈值代表着CCD 的本征特性,即是刚出现某种现象时对应的激光参数,例如破坏阈值是指刚出现不可恢复的点损伤时对应的激光能量密度,这并不代表CCD 在该阈值下就会失效,事实上,此时CCD 有可能还能正常工作。
这种阈值只能为研究激光与CCD 的相互作用机理提供参考。
从实际的效果评估的角度来看,CCD 应该存在一个失效阈值,即在该阈值功率下,CCD 失去了其设计功能。
失效阈值的获得取决于失效准则,这项工作须和图象质量评价以及特定CCD 的特定任务联系起来。
3 结 论 本文以普通的面阵CCD 作为靶目标,考察了高重复频率f s 激光对其作用的特点和效果,测量了其饱和阈值、串扰阈值和破坏阈值。
定性地看,f s 激光并没有带来更多的新现象,和ns 激光辐照情形类似[7],均经历了饱和、串扰、点破坏、黑白屏和黑屏等过程。
重复频率对干扰和破坏的效果影响明显,随着重复频率由1Hz 增加至1k Hz ,破坏效应对应的能量阈值和饱和效应对应的平均功率阈值均下降约3个数量级。
致 谢 感谢范滇元院士对此项工作的大力支持。
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