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CCD不同损伤状态下光学成像系统猫眼回波

更新时间：2019-12-30 04:45:51 大小：5M 上传用户：IC老兵查看TA发布的资源 标签：ccd光学成像系统 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

建立了不同损伤状态下光学成像系统的猫眼回波模型,分析了CCD各层被损伤对猫眼回波功率的影响,得到猫眼回波功率变化与CCD损伤程度的对应关系,并通过实验进行了验证.研究发现,在远场情况下成像光学系统的猫眼回波中心位置光强最强,且回波功率随CCD损伤程度的加深呈现先显著上升再迅速下降.最后缓慢下降的变化规律,可由此判断CCD各层结构的损伤状态.研究结果对远场条件下CCD被损伤程度的实时监测有一定的参考价值.


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1577652345CCD不同损伤状态下光学成像系统猫眼回波.pdf 5M

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47  
9
期
第
卷第  
光
子
学
报
Vol． 47 No． 9  
September 2018  
2018  
9
年
月
ACTA PHOTONICA SINICA  
doi: 10． 3788 /gzxb20184709． 0904003  
CCD  
不同损伤状态下光学成像系统猫眼回波  
， ， ，  
张明鑫 聂劲松 豆贤安 孙可  
(
，
国防科技大学 脉冲功率激光技术国家重点实验室 合肥  
230037)  
: ，  
要 建立了不同损伤状态下光学成像系统的猫眼回波模型 分析了  
CCD  
各层被损伤对猫眼回波功  
摘
，
CCD  
，
．
，
率的影响 得到猫眼回波功率变化与  
远场情况下成像光学系统的猫眼回波中心位置光强最强 且回波功率随  
CCD  
损伤程度的对应关系 并通过实验进行了验证 研究发现 在  
，
CCD  
损伤程度的加深呈现先显  
．
，
．
各层结构的损伤状态 研究结果对远场  
著上升再迅速下降 最后缓慢下降的变化规律 可由此判断  
CCD  
．
条件下  
被损伤程度的实时监测有一定的参考价值  
: CCD; ; CCD ;  
的损伤程度 远场  
;
关键词  
中图分类号  
猫眼回波模型 回波功率变化  
: TN249  
: A  
: 1004-4213( 2018) 09-0904003-12  
文章编号  
文献标识码  
Echo of the Optical Imaging System under Different  
Extent of Damage to CCD  
ZHANG Ming-xin，NIE Jin-song，DOU Xian-an，SUN Ke  
( State Key Laboratory of Pulsed Power Laser Technology，National University of Defense Technology，  
Hefei 230037，China)  
Abstract: The cat' s eye echoes model of the optical imaging system under different damage conditions was  
established and the influence of the damage to the charge coupled device layers on the cat's eye echo power was  
analyzed． Based on this，the corresponding relationship between the echo power of the cat＇s eye and the damage  
degree of the CCD was established and verified by experiments． The results show that the field intensity is the  
strongest in the center of cat' s eye echo which is from imaging optics system，and the power of the echo  
increases dramatically and then decrease steeply and decrease slowly with the damage degree more serious． The  
damaged status of CCD can be judged according to this rule． The study results have certain reference value for  
monitoring the damage degree of CCD in real time in the far field．  
Key words: CCD; Cat's eye echo model; Variation of echo power; Degree of damage to CCD; Far field  
OCIS Codes: 640． 1520; 230． 0040; 200． 4740; 240． 5770  
0
引言  
［1-3］  
，
随着光电成像技术的发展 光电侦察与光电制导技术广泛应用于信息化战场  
．
光电侦察与光电制导  
光学系统将目标的辐  
，
［4-6］  
( Charge Coupled Device，CCD)  
．
装备离不开以电荷耦合器件  
为核心的光电成像系统  
、
，
、
射 散射信号聚集到一个传感器上 光电传感器在对汇聚的光信号进行吸收 转换的同时 会将一部分光信号  
［7-9］  
，
CCD  
30%  
．
因此可以用主动发射激光的方式对  
反射 如激光辐照  
光电成像设备进行探测 即基于 猫眼效应 的激光主动探测方法  
2005 Nd∶ YAG  
时约  
的光信号被从硅基底表面反射回来  
［10-13］  
，
“
”
．
，
，
10 km、15 km、20 km、30  
年 谷锁林用  
激光器探测无人侦察机 仿真得出探测目标距离为  
km  
，
时 需要的激光功率分别为  
15． 2 W、75． 5 W、236． 6 W、1200 W，  
证明了利用激光器探测空中无人侦察机  
: “ ” ( No． 30603040207)  
基金项目 国家 十三五装备 预先研究项目 资助  
:
第一作者 张明鑫  
( 1994 － ) ， ， ， ． Email: zmx7530101@ 163． com  
男 硕士研究生 主要研究方向为激光损伤  
( ) :  
导师 通讯作者 聂劲松  
( 1970 － ) ， ， ， ， ． Email: njs7001@ sina． com  
男 研究员 博士 主要研究方向为光电对抗技术  
: 2018-03-14;  
: 2018-06-07  
录用日期  
收稿日期  
http: www． photon． ac． cn  
∥
0904003-1  
光
子
学
报
［14］  
; 2007  
，
年 邵立使用输出功率为  
5 mW  
He-Ne ，  
激光平行入射到实验平台 经凸透镜传输到硅片  
的可行性  
的
，
表面 测得此时回波最大功率为  
19． 4 W，  
μ 猫眼回波功率反射率为  
5． 87 % ， ，  
将硅片替换为漫反射板 得到猫  
1． 13% ， ，  
表明当利用激光进行主动探测时 即使目标是漫反射面也会产生比较明显的  
眼回波功率反射率为  
［15］  
．
， ．  
可知 猫眼效应可以应用于激光探测技术中  
猫眼效应  
［16-19］  
．
1 064 nm  
脉冲激光对硅  
利用猫眼回波图像的改变可判断焦平面器件的损伤形貌变化  
雷鹏研究了  
［17］  
，
材料的损伤 并用猫眼回波图像的变化推断出硅材料的损伤状态  
;
CMOS  
雷鹏还通过实验研究了  
结构中  
［18］  
，
微透镜的损伤对回波图像的影响 并进行了仿真验证  
．
，
此类方法探测的是猫眼回波的横向分布 仅适用于  
， ，  
近场条件下探测激光损伤器件的程度 而远场条件下因猫眼回波的横向尺寸过大 无法通过探测器直接获  
．
得 对于需远距离探测  
CCD  
， ，  
损伤状态的实际情况 猫眼回波的功率变化受环境因素的影响 但由于激光损伤  
CCD  
， ，  
时仅需几秒便可将其完全损伤且对回波的接收是同步进行的 故可忽略环境因素的影响 而只需考虑  
CCD  
．
损伤形貌及结构变化对回波强度的影响 本文研究了远场条件下  
CCD  
不同损伤状态时猫眼回波中心处  
，
的功率变化 实际应用时可根据回波功率的变化情况推断  
CCD  
．
各层结构的损伤状态  
1
理论研究  
1． 1 CCD  
的层状结构与损伤的一般规律  
CCD  
1． CCD  
，
工作时 微透镜层  
的层状结构如图  
， ;  
将光聚焦于遮光铝膜的开口处 被硅电极所感应 二  
， ;  
氧化硅层为绝缘层 用于隔开硅电极与硅基底 硅基  
．
1 064 nm  
底是存储和转化光电信号的主要区域 当  
CCD ，CCD  
内部结构的损伤顺序  
的连续激光损伤  
时
、 、 、  
依次为微透镜层 遮光铝膜层 二氧化硅层 硅基底  
［19］  
．
层
其中对回波功率产生较大影响的是微透镜  
1
CCD  
结构  
图
、 ．  
层 遮光铝膜层及硅基底层 故需研究这三层结构的  
Fig． 1 Structure of CCD  
．
损伤对回波功率的影响  
1． 2  
理论分析  
1 ，  
猫眼目标的光学系统可以等效为一个有限口径且透过率为 的薄透镜 其焦平面上的光学成像装备也  
． ， 4f ，  
可等效为一个孔径光阑 假定探测光为高斯光束 将其通过猫眼系统的光学传输过程展开为 系统 如图  
2．  
2
图
猫眼回波传输示意图  
Fig． 2 The transmission of cat's eye echo  
4f  
激光在 系统中的传输过程推导见文献  
［18］．  
最终得到接收面上猫眼回波的传输公式为  
exp ［jk( z + f) ］  
j
π
2
2
u( x，y) = －  
exp  
( x + y )  
2
[
]
zf  
z
λ
λ
j
π
2
2
u ( ，) t( ，) exp  
ξ η ξ η  
p
d d  
ξ η  
)
η
(
+
ξ
[
exp － j2  
]
∫∫  
f
λ
j
x
y
π
ξ
η
2
2
p( u，v) exp  
u +  
v
dudv  
( 1)  
π
－
( u + v )  
+
+
[
式中 λ 为入射光波长 ξ η 为焦平面上的空间坐标  
]
{
[ (  
)
为透镜上的空间坐标  
(
) ] }  
∫∫  
f
z
f
z
f
λ
λ
λ
λ
λ
，
，，  
，u，v  
，u ( ，)  
p
ξ η 为入射光经透镜聚焦  
0904003-2  

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