牛燕雄[1]2005年在《光电系统的强激光破坏及防护技术研究》文中研究指明随着激光技术在军事领域中应用的日益广泛和深入,使现代战争充斥着激光的威胁。抛开已大量装备部队的激光测距机、激光雷达、激光照射器等不谈,用于攻击光电传感器的各类战术激光武器已大量装备于各军事强国。激光对人眼、光学系统、光电系统的破坏日益受到重视,光电系统的激光破坏及其防护技术已成为光电对抗领域中重要组成部分,并成为该研究领域的焦点。本论文在总装试验技术项目、军队科研项目和解放军军械工程学院重点基金等的资助下,开展了强激光对光学材料、光学元器件、光电探测器件和光电系统的干扰、破坏以及强激光防护技术的研究工作。本文的主要内容和创新点以下:1.系统建立了激光辐照的热力耦合理论模型以激光与物质相互作用和热传导方程为理论基础,首次系统建立了激光辐照的热力耦合理论模型,并对一维非稳态方程、二维非稳态(有限平顶光斑、高斯光斑)方程和叁维非稳态温度方程进行理论分析和研究,推导出不同情况下激光辐照材料的温升和热应力方程,并进一步对激光辐照材料的熔融时间和最大熔融深度,气化和烧蚀,冲击波的传播和层裂进行理论研究。2.对激光辐照光学材料的破坏技术进行了研究建立了连续激光辐照工作波段外光学材料的数学模型,首次以波长为10.6μm的CO2激光辐照K9玻璃为例,对基模高斯激光光束辐照材料的温升和热应力场的瞬态分布进行了计算模拟研究,通过曲线拟合确定材料最易损伤的位置,计算出材料的损伤阈值。结果表明:K9玻璃材料的损伤形态为解理破坏,破坏的原因是环向拉伸应力大于材料的抗拉强度,且材料的损伤阈值与辐照时间反向相关,即激光功率密度越高,造成破坏所需的时间越短。建立了连续激光辐照工作波段内光学材料的数学模型,首次对叁维热传导方程进行精确求解解析解,得到了叁维温度场和热应力场分布,并以波长为1.315μm的氧碘激光辐照熔融石英玻璃为例进行了理论研究。结果表明:当激光的辐照时间为8s时,受激光辐照的入射面与出射面温度均已超过熔融温度,激光造成材料的熔融而穿孔,而此时材料的径向、环向和激光传输方向上的最大热应力均未超过材料的抗拉强度或抗压强度,不足使其产生炸裂或解理。因此,氧碘激光对熔融石英的损伤主要是激光辐照导致材料熔融烧蚀甚至穿孔。研究了连续激光对半导体材料的损伤机理。首次建立了激光辐照圆板型半导体靶材的二维物理模型,求解了热传导和热应力方程,得到了激光辐照引起的温度场和应力场的瞬态分布,分析了辐照时间、光斑半径以及非线性参量对破坏阈值的影响。结果表明:InSb材料的损伤阈值与辐照时间和光斑半径反向相关,且在同一条件下熔融损伤阈值较热应力损伤阈值低,材料的破坏形态为熔融破坏。3.激光对光学器件的破坏技术研究首次对波长为1.06μm的脉冲激光辐照类金刚石(DLC)薄膜的热冲击效应进行了研究。建立理论模型,求解热传导和应力平衡方程,得出了薄膜的温度场和应力场分布。理论分析表明:热应力破坏在脉冲强激光对DLC膜的损伤机理中占主导地位。当辐照能量密度为E0=100mJ·cm-2时,在薄膜表面距光斑中心约40μm区域内的压应力明显超出其断裂强度,将造成膜层的剥离、脱落。理论分析与实验结果基本相符,表明建立热冲击效应模型的正确性。首次对激光破坏四象限探测器进行了理论分析和实验研究。理论分析表明激光对光电探测器的干扰和破坏主要有两方面的原因:一是激光造成半导体材料的“熔化和结晶”,形成漏电通道,等效为一个并联电阻;二是激光造成半导体材料破坏后光敏面面积减小。实验结果表明激光辐照四象限光电探测器中的一个或几个,可造成光电探测器对光斑质心测量的误差。首次建立了激光辐照HgCdTe光电导探测器的非稳态物理模型,得到了温度场分布的数值解,分析瞬态温度场分布随时间变化的关系,讨论了激光辐照对探测器性能参数的影响。理论分析表明:激光对HgCdTe光电导探测器的破坏,主要表现为热效应破坏,且改变材料的禁带宽度、光谱特性和电学特性等重要参数,从而导致探测质量下降,探测器失效,甚至器件的熔蚀。4.光限幅器的优化设计研究以Z扫描技术理论为基础,首先系统研究了介质厚度、介质位置、孔径位置、孔径大小、非线性吸收、非线性折射等因素对光限幅器的影响。5.可溶性碳纳米管光限幅效应研究系统研究了可溶性碳纳米管对波长为1.06μm和0.53μm激光的光限幅效应。实验结果表明:可溶性碳纳米管对波长为1.06μm和波长为0.53μm的激光具有优良的限幅效应。
韩俊峰[2]2009年在《非致命激光武器大气传输技术研究》文中认为以信息技术为先导的高新技术群的飞速发展,催生和促进了一大批在工作原理、破坏机理和作战方式上与传统武器有着显着区别,并可大幅度提高作战效能与效费比或形成新军事能力的高新技术武器群体,即新概念武器。新概念武器中的非致命激光武器不会直接产生致命性人员死亡、装备毁灭和生态环境的破坏,而是通过特定的技术手段“软杀伤、软破坏”,通过打击人的易损部位和破坏装备而达到迫使敌方就范或阻止其行动的目的,同时又将人员的死亡及装备设施的破坏降到最低限度的手段。本文详细分析了激光在大气中的传输特性,并根据这些特性分析并推导出激光在不同天气情况下传输时的衰减规律,提高激光传输质量的方法,进而提高激光武器系统的战斗效能。本文还论述了激光非致命损伤的评判标准,阐述了激光对人眼暂时性致盲效果评判依据和激光对光电探测器损伤。为保证发射的激光功率与功率密度在不同天气条件和距离时对人眼能产生暂时性致盲的效果,进行了大量激光传输的野外实验,并将实验结果进行了数据分析与处理,通过数学建模把不同天气条件下大气对激光光束的衰减理论与实验测量数据相结合,使激光在不同距离、不同大气条件下的功率输出控制在一个可控的变化范围内。
许旻, 何延春, 李强勇, 赵印中, 王洁冰[3]2001年在《卫星激光防护技术》文中研究表明从两方面探讨轨道卫星激光防护技术。介绍卫星光电探测器激光防护设计原理及新型防护技术。对提高卫星结构材料的抗激光损伤能力提出几种实用方法
李德智[4]2002年在《探测器的激光防护系统研究》文中研究指明根据“九．五”预研项目“探测器激光防护技术”的要求，与课题组其他同学合作研制成一种新结构的Mercury Cadminum Telluride(MCT)探测器，并设计制作了光吸收系数控制电路，组成了一个“探测器激光防护实验系统”。文章在介绍了光伏型MCT探测器截止波长λ_c的F-K偏移实验值和理论值相差较大的原因基础上，着重分析了MIS结构的介质层厚度与探测器的探测率D_(λp)~*及有效F-K偏移的关系，通过对介质层厚度与隧道效应关系的讨论，确定了MIS型MCT器件的介质层厚度，在国内首次制成光吸收系数变化高达2700％，D_(λp)~*达到5.22×10~9cmHz~(1/2)W~(-1)的MIS型MCT器件。随后简要介绍了系统光吸收系数控制电路的设计制作过程，最后介绍组件系统及其性能测试，结果表明我们的“探测器激光防护技术”项目取得了圆满成功。
田雪松[5]2008年在《用于抗激光致盲的氧化钒薄膜制备及光学相变特性研究》文中研究表明目前,激光战术战略武器装备得到了快速的发展,对于3~5μm、8~12μm波段制导用中长波红外探测器的抗激光致盲技术的研究也变得越来越重要。氧化钒薄膜具有最接近室温的相变温度,相变前后透过率发生很大变化,适于应用在激光防护领域。本文对氧化钒薄膜开展了相变机理研究和理论计算,研究了相变前后光学性质变化以及组分改变相变温度的情况。在硒化锌基片上制备了氧化钒薄膜,对薄膜进行了X射线电子能谱测试和数据拟合,并对其进行了退火处理来调节薄膜内组分。实验测试了氧化钒薄膜相变前后的光学特性变化,制得的薄膜基本满足要求。研究了通过退火工艺对组分控制的技术,探索到了一种新的非掺杂改变相变温度的技术途径。采用Material studio模拟工具的Castep程序包,利用局域密度泛函近似与赝势技巧相结合的方法,采用BFGS算法对钒的氧化物体系的几何结构进行优化,赝势采用倒易空间晶格的超软赝势,对其电子结构(能带及态密度)、晶体的光学性质、点缺陷性质(取代掺杂)在小于7μm波长范围内进行了计算,并采用计算公式拓展对10.6μm下光学特性进行了尝试性计算,看到了一定的趋势。对掺杂改变相变温度机理进行尝试性计算,掺杂低价态Al、Ti、Sn的二氧化钒的能隙变大,可能提高VO2由半导体态向金属态转变温度。而掺杂高价态W、F、Mo的VO2的能隙变小,可能有利于VO2的相变温度降低。不同温度条件下的动力学模拟采用Castep模块中的动力学模拟程序,对其电子结构(能带及态密度)、晶体的光学性质以及组分对相变温度影响进行了计算。得到了各钒氧化合物能带和态密度曲线,吸光系数、折射率和透光率等光学参数,以及温度对各曲线的影响,不同组分对相变温度的影响。提出参数设计制造了JGP560C8型超高真空多功能磁控溅射设备,用直流磁控溅射方法在锗和硒化锌基片上制备了氧化钒薄膜。采用在预处理室内对基片进行反溅处理的工艺解决了硒化锌基片与氧化钒薄膜结合不好的难题,得到了氧氩流量比0.11、基片温度450℃、溅射时气压2.2 Pa、溅射电流0.5 A、电压330 V、功率165 W和溅射时间180 s等最佳制备参数,经过X射线电子能谱测试及数据拟合来得到薄膜内组分情况。进行了退火工艺的探索,通过对薄膜进行4小时、450℃充氧或不充氧的退火处理,有效地改变了氧化钒薄膜的组分。用吸收膜特征矩阵方法对符合相变前透过率82%,相变后透过率5%的薄膜厚度进行了计算,膜层厚度应为103 nm。并采用实验室镀膜设备的参数及经验公式计算溅射产额,进而定量说明磁控溅射可以通过改变工作参数调节镀膜速率,指导了氧化钒薄膜的制备,再用3分钟制备时间的系数制备薄膜。用轮廓仪测得氧化钒薄膜厚度为125 nm,用红外分光光度计测得薄膜相变前后透过率分别为79.2%和12.3%,计算结果与实际测量值基本相等。搭建实验平台,分别用CO2激光器和Nicolet8700型红外分光光度计测试不同温度下氧化钒薄膜在10.6μm的透过率,得到其相变前后的光学性能变化情况及相变温度等参数,氧化钒薄膜的透过率可以从相变前半导体态的70.8%,降低到相变后金属态的11.3%,相变响应时间小于50 ns。测试了激光对氧化钒薄膜相变的作用。光学特性变化幅度很大,且相变过程具有重复性。如果作成器件放置于探测器前,可以起到兼顾激光防护与接收信号的功能。观察并研究氧化钒薄膜不同组分降低相变温度的情况,以及它对热滞回线和相变前后透过率变化幅度等参数的影响,并在机理上进行了一定的解释。并可实现通过退火工艺来控制组分的变化,可以说本论文探索到了一种新的非掺杂改变相变温度的技术途径。
李福, 杨建峰, 阮萍, 薛彬[6]2011年在《光学载荷的激光防护》文中提出光学载荷是航天器的眼睛,最容易受到激光武器的杀伤,而目前地基激光武器已具备了实战能力,对光学载荷武器造成威胁。分析了激光参数及大气对地基激光武器性能的影响,介绍了激光对光学载荷的干扰和毁伤机理,分析了光学载荷的激光防护措施,包括被动防护和主动防护,比较了各防护措施的优缺点。针对具体光学载荷对不同波段视场内和视场外入射的激光进行了防护的效能评估,分析结果表明:视场内波段内的激光入射是最致命的,即使采取了被动防护措施仍可干扰光学载荷的正常工作。最后,给出了光学载荷激光防护研究方向的建议。
刘大军[7]2005年在《反饱和吸收化合物制备及其激光防护光限幅性能的研究》文中研究指明随着激光技术的迅猛发展，激光在军事、医疗、加工等领域中的应用不断扩大，激光防护越来越受到人们的重视，现有的激光防护材料在可见光透过率、防护视角、防护波段范围存在一定不足，为探索具有宽波段、高可见光透射率及快速响应的光限幅激光防护材料，在分析了现有激光防护原理、激光防护技术和激光防护材料的基础上，比较详细地论述了非线性光学原理以及利用非线性光学原理的非线性折射、非线性散射、非线性反射、非线性吸收光限幅技术及材料种类，确定利用有机非线性材料激发态反饱和吸收方案，结合Z扫描测试以叁能级系统模型，通过粒子数速率方程，利用稳态条件给出了非线性吸收以及非线性折射系数的表达式，讨论了反饱和吸收材料激发态吸收的基本理论，并简单介绍了基于激发态吸收的光限幅器件优化理论。 本论文选择了酞菁类和卟啉类化合物作为研究对象，分别合成了不同金属配位，不同烷氧基以及不同种类含有轴向取代的12种金属酞菁化合物以及四苯基卟啉和不同金属配位的叁种金属卟啉类化合物。分别测试了金属酞菁化合物和卟啉化合物的元素分析、红外光谱、核磁共振氢谱等，通过对结构分析，验证了化合物的分子结构。我们将A——G七种酞菁类化合物和N——P叁种卟啉类化合物分别掺入聚合物单体(MMA)中，通过浇铸成型制备出反饱和吸收化合物／PMMA复合材料样品；将H——L五种酞菁类化合物溶解在PMMA氯仿溶液中，通过提拉成膜方法制备了酞菁／PMMA复合薄膜材料样品；将枯丁苯氧基碘代酞菁铟掺杂到亚克力树脂中，通过注射成型制备出了掺杂酞菁的PMMA复合材料样品；同时我们以四叔丁基氯代酞菁铟／PMMA复合材料制备出了光限幅优化器件。 我们测试了叁种烷氧基酞菁铅化合物(E、F、G)／PMMA复合材料的DSC曲线，可以看出酞菁化合物的引入能够提高复合材料的玻璃化温度，提高材料的耐热性，同时可以看到由于酞菁化合物的低聚在复合材料的DSC曲线中出现了两个玻璃化温度。 对于注射成型样品，我们进行了样品断面的SEM分析，可以看到所掺入的酞菁化合物能够均匀地分散在聚合物基质中，不存在团聚现象。 我们测试了所制备化合物和材料样品的紫外——可见光谱特性，通过对比七种烷氧基金属酞菁化合物在氯仿溶液中及聚合物样品的紫外——可见光谱，可以看到酞菁化合物具有明显的B带和Q带吸收，并且Q带吸收峰的位置会随着共轭性取代基团及重原子的引入而发生红移。在聚合物材料中，由于酞菁环的整齐排列及聚集作用，使吸收光谱变宽并向长波方向移动；卟啉化合物在400nm附近出现典型的Sorer带吸收，Q带吸收在550nm附近；酞菁薄膜材料样品紫外-可见吸收光谱B带和Q带吸收峰位置与溶液及聚合物样品类似。 我们用波长为532nm的YAG倍频调Q脉冲激光以8ns的脉冲速率测试复合材料的反饱和吸收的光限幅特性，并使用现象学的方法对叔丁烷氧基酞菁铅／PMMA复合材料和异戊烷氧基酞菁铅／PMMA复合材料的光限幅现象进行了拟合，拟合结果与实验结果基本一致。 我们对所制备的金属卟啉化合物／PMMA复合材料样品、金属酞菁化合物／PMMA复合材料样品、注射成型材料样品及光限幅优化器件材料样品进行了反饱和吸收性能的测试，可以看到金属酞菁材料反饱和吸收性质与金属酞菁的结构、掺入浓
倪亚茹, 陆春华, 孟献丰, 许仲梓, 张其土[8]2003年在《新型微光探测器滤光玻璃》文中进行了进一步梳理系统分析了微光探测器的结构及其原理。鉴于当前器件存在的激光致盲威胁,提出了新的改进思路。着重介绍了具有特殊激光防护性能的滤光材料,并对其原料及制备、加工过程作了系统地介绍,同时给出了一些重要的性能特征。
宁永刚, 孙晓泉[9]2005年在《二氧化钒薄膜在激光防护上的应用研究》文中认为战场上激光武器的不断发展对激光防护提出了更高的要求。由于VO2薄膜的相变温度接近室温,具有良好的光电性能,成为相变材料中最有希望用于红外探测器的激光防护材料。介绍了VO2薄膜的光电特性,并探讨了其在激光防护应用方面的相关问题以及发展前景。
徐凯, 路远, 凌永顺, 乔亚, 唐聪[10]2015年在《激光防护中VO_2薄膜的最佳膜厚计算》文中指出为实现VO2薄膜在激光防护应用中的最佳膜厚设计,采用椭圆偏振法测试分别得到Si基底VO2薄膜低温半导体态与高温金属态的光学常数,基于具有吸收特性薄膜的透射率计算理论,结合VO2薄膜用于激光防护的需求,计算得到适用于激光防护的最佳膜厚。为验证计算方法准确性,根据入射激光波长10.6μm为例计算的最佳膜厚,采用直流磁控溅射法在Si基底上制备具有相应膜厚的薄膜,利用傅里叶变换红外光谱测试分析了该薄膜的红外透射率相变特性,结果表明其红外透射率具有明显相变特性,3~5μm波段的红外透射率对比值达到99%,λ=10.6μm处相变前后的红外透射率分别为67.2%、4.2%,与理论计算透射率66.4%、3.3%误差较小,实测透射率对比值为93.8%,与理论预期95%基本相符,表明理论计算方法具有一定的准确性,根据最佳膜厚算法设计的VO2薄膜适合应用于红外探测器的激光防护研究。
参考文献：
[1]. 光电系统的强激光破坏及防护技术研究[D]. 牛燕雄. 天津大学. 2005
[2]. 非致命激光武器大气传输技术研究[D]. 韩俊峰. 长春理工大学. 2009
[3]. 卫星激光防护技术[J]. 许旻, 何延春, 李强勇, 赵印中, 王洁冰. 现代防御技术. 2001
[4]. 探测器的激光防护系统研究[D]. 李德智. 电子科技大学. 2002
[5]. 用于抗激光致盲的氧化钒薄膜制备及光学相变特性研究[D]. 田雪松. 哈尔滨工业大学. 2008
[6]. 光学载荷的激光防护[J]. 李福, 杨建峰, 阮萍, 薛彬. 红外与激光工程. 2011
[7]. 反饱和吸收化合物制备及其激光防护光限幅性能的研究[D]. 刘大军. 长春理工大学. 2005
[8]. 新型微光探测器滤光玻璃[J]. 倪亚茹, 陆春华, 孟献丰, 许仲梓, 张其土. 南京工业大学学报(自然科学版). 2003
[9]. 二氧化钒薄膜在激光防护上的应用研究[J]. 宁永刚, 孙晓泉. 红外与激光工程. 2005
[10]. 激光防护中VO_2薄膜的最佳膜厚计算[J]. 徐凯, 路远, 凌永顺, 乔亚, 唐聪. 激光与红外. 2015