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高重频CO2激光损伤HgCdTe晶体的数值分析

汤伟 吉桐伯 郭劲 邵俊峰 王挺峰

汤伟, 吉桐伯, 郭劲, 邵俊峰, 王挺峰. 高重频CO2激光损伤HgCdTe晶体的数值分析[J]. 中国光学(中英文), 2013, 6(5): 736-742. doi: 10.3788/CO.20130605.0736
引用本文: 汤伟, 吉桐伯, 郭劲, 邵俊峰, 王挺峰. 高重频CO2激光损伤HgCdTe晶体的数值分析[J]. 中国光学(中英文), 2013, 6(5): 736-742. doi: 10.3788/CO.20130605.0736
TANG Wei, JI Tong-bo, GUO Jin, SHAO Jun-feng, WANG Ting-feng. Numerical analysis of HgCdTe crystal damaged by high repetition frequency CO2 laser[J]. Chinese Optics, 2013, 6(5): 736-742. doi: 10.3788/CO.20130605.0736
Citation: TANG Wei, JI Tong-bo, GUO Jin, SHAO Jun-feng, WANG Ting-feng. Numerical analysis of HgCdTe crystal damaged by high repetition frequency CO2 laser[J]. Chinese Optics, 2013, 6(5): 736-742. doi: 10.3788/CO.20130605.0736

高重频CO2激光损伤HgCdTe晶体的数值分析

doi: 10.3788/CO.20130605.0736
基金项目: 

激光与物质相互作用国家重点实验室自主基础研究资助项目(No.SKLLIM1004-01)

详细信息
    作者简介:

    汤伟(1985-),男,黑龙江绥棱人,博士研究生,2009年于天津科技大学获得学士学位,主要从事激光辐照效应、热控方面的研究。E-mail:twei222@163.com

    通讯作者:

    郭劲

  • 中图分类号: TN241;TN213

Numerical analysis of HgCdTe crystal damaged by high repetition frequency CO2 laser

  • 摘要: 针对CO2激光作用下HgCdTe晶体的损伤问题进行了数值分析。首先,建立了高重频CO2激光损伤Hg0.784Cd0.216Te晶体的三维热传导物理模型;然后,利用有限元方法计算了单脉冲和高重频CO2激光作用下,Hg0.784Cd0.216Te晶体的损伤阈值;最后,分析了激光重频以及辐照时间对晶体损伤阈值的影响。研究结果表明:单脉冲激光辐照下,晶体的损伤阈值为64.5 J/cm2;高重频(f1 kHz)激光辐照下,激光重频的改变对晶体损伤阈值的影响较小,损伤阈值应由平均功率密度表征,且与辐照时间密切相关;辐照时间的增加,可以有效地减小晶体的损伤阈值,当激光辐照功率密度1.95 kW/cm2时,不会发生晶体损伤。研究结果对高重频CO2激光在激光加工以及激光防护的应用方面具有指导意义。

     

  • [1] 张来明,徐东东,亓凤杰,等. CO2激光辐照氧化钒热像仪的实验[J]. 光学 精密工程,2011,19(2):348-353. ZHANG L M,XU D D,QI F J,et al.. Experimental research on VO2 thermal imager irradiated by CO2 laser[J]. Opt. Precision Eng.,2011,19(2):348-353.(in Chinese) [2] 陶萌萌,杨鹏翎,刘卫平,等. 高能激光辐照下光纤布拉格光栅响应特性[J]. 中国光学,2012,5(5):544-549. TAO M M,YANG P L,LIU W P,et al.. Response characteristics of fiber Bragg gratings irradiated by high energy lasers[J]. Chinese Optics,2011,19 (2):348-353.(in Chinese) [3] KUMBHAKAR P.半导体量子点材料在Nd: YAG激光辐照下的非线性光学效应[J]. 光学 精密工程,2011,19(2):228-236. KUMBHAKAR P. Observation of nonlinear optical effects in some semiconductor quantum dot materials using Nd: YAG laser radiation[J]. Opt. Precision Eng.,2011,19(2):228-236.(in Chinese) [4] 杨贵龙,邵春雷,李殿军,等. 室温条件下脉冲CO激光辐射特性[J]. 发光学报,2010,31(5):682-685. YANG G L,SHAO CH L,LI D J,et al.. Properties of pulsed CO laser radiation at room temperature[J]. Chinese J. Luminescence,2010,31(5):682-685.(in Chinese) [5] 邵明振,邵春雷,卢启鹏,等. 高功率TEA CO2激光器主机结构优化设计[J]. 发光学报,2013,34(3):388-393. SHAO M Zh,SHAO CH L,LU Q P,et al.. Design on mainframe of high power TEA CO2 laser and optimization[J]. Chinese J. Luminescence,2013,34(3):388-393.(in Chinese) [6] 史晶晶,秦莉,宁永强,等. 大功率垂直腔面发射激光器的相干性测量与分析[J]. 发光学报,2011,32(8):834-838. SHI J J,QIN L,NING Y Q,et al.. Coherent measurement and analysis of vertical-cavity surface-emitting laser[J]. Chinese J. Luminescence,2011,32(8):834-838.(in Chinese) [7] ROGALSKI A. HgCdTe infrared detector material: history, status and outlook[J]. Rep. Prog. Phys.,2005,68:2267-2336. [8] 蔡虎,程祖海,朱海红,等. 在TEA-CO2强激光脉冲作用下Hg0.8Cd0.2Te晶片表面的组分变化[J]. 红外与毫米波学报,2006,25(3):165-169. CAI H,CHENG Z H,ZHU H H,et al.. Surface component change of Hg0.8Cd0.2Te induced by high power pulsed TEA-CO2 laser[J]. J. Infrared. Millim. Waves,2006,25(3):165-169.(in Chinese) [9] BERDING M A,VAN S M,SHER A. Hg0.8Cd0.2Te native defects densities and dopant properties[J]. J. Electron. Mater.,1993,22:1005-1010. [10] 王思雯,郭立红,赵帅,等. 高功率CO2激光对远场HgCdTe探测器的干扰实验[J]. 光学 精密工程,2010,18(4):798-804. WANG S W,GUO L H,ZHAO SH,et al.. Experiments of high-power CO2 laser disturbance to far-field HgCdTe detectors[J]. Opt. Precision Eng.,2010,18(4):798-804.(in Chinese) [11] ZHAO J H,LI X Y,LIU H,et al.. Damage threshold of HgCdTe induced by continuous-wave CO2 laser[J]. Appl. Phys. Lett.,1999,77(8):1081-1083. [12] 李修乾,程湘爱,王睿,等. 波段外CW CO2激光辐照HgCdTe探测器热效应研究[J]. 中国激光, 2003, 30(12):1070-1074. LI X Q,CHENG X A,WANG R,et al.. Investigation of thermal effect of HgCdTe detector with irradiation by off-band CW CO2 laser[J]. Chinese J. Lasers,2003,30(12):1070-1074.(in Chinese) [13] BARTOLI F,ESTEROWITZ L,KRUER M,et al.. Thermal modelling of laser damage in 8~14 μm HgCdTe photoconductive and PbSnTe photovoltaic detectors[J]. J. Appl. Physics,1975,46(10):4519-4529. [14] CHEN CH S,LIU A H,SUN G,et al.. Analysis of laser damage threshold and morphological changes at the surface of a HgCdTe crystal[J]. J. Opt. A:Pure Appl. Opt.,2006,8:88-92. [15] 戚树明,陈传松,周新玲,等. 准分子激光辐照HgCdTe半导体材料的损伤机理研究[J]. 量子光学学报,2009,15(1):76-83. QI S M,CHEN CH S,ZHOU X L,et al.. Study of damage mechanism on HgCdTe semiconductor material by excimer laser irradiation[J]. Acta Sinica Quantum Optica,2009,15(1):76183.(in Chinese) [16] JEVTIC M M,SCEPANOVIC M J. Melting and solidification in laser-irradiated HgCdTe[J]. Appl. Phys. A,1991,53(4):332-338. [17] CHU J H,MI ZH Y,TANG ZH Y. Band to band optical absorption in narrow gap Hg1-xCdxTe semiconductors[J]. J. Appl. Phys.,1992,71(8):3955-3961. [18] BARTOLI F,ESTEROWITZ L,KRUER M,et al.. Irreversible laser damage in ir detector materials[J]. Appl. Optics,1977,16(11):2934-2937.
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-08-11
  • 修回日期:  2013-09-27
  • 刊出日期:  2013-10-10

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