利用飛秒脈沖激光模擬空間高能粒子的輻照效應(yīng)在高能粒子對航天器的毀傷效應(yīng)研究中占據(jù)越來越重要的地位。航天器在軌運(yùn)行時,空間高能粒子首先作用于電子器件封裝,進(jìn)而影響電子器件的核心區(qū)域使其出現(xiàn)異常甚至完全失效。因此,研究激光輻照電子器件封裝產(chǎn)生的熱、力、電荷及燒蝕徑跡演化特征對于明確高能粒子對航天器電子器件的輻照效應(yīng)物理本質(zhì)具有重要意義。本文以典型電子器件鈍化層側(cè)封裝和摻硼單晶硅作為研究對象,通過構(gòu)建飛秒脈沖激光輻照靶板的溫度場采集系統(tǒng)、光壓測量和靶板表面應(yīng)變測量系統(tǒng)、誘導(dǎo)電荷采集系統(tǒng),開展了不同激光輻照條件下電子器件鈍化層側(cè)封裝和單晶硅的熱、力、誘導(dǎo)電荷和燒蝕徑跡的演化特征研究,取得的主要研究成果如下:（1）通過測量得到了不同激光輻照條件下典型電子器件鈍化層側(cè)封裝和單晶硅在靶板輻照面及輻照方向截面的溫度演化特征,明確了飛秒激光輻照下的熱演化規(guī)律及與激光燒蝕作用之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明由于激光燒蝕破壞封裝結(jié)構(gòu)發(fā)生能量轉(zhuǎn)化,激光輻照封產(chǎn)生了振蕩式的溫升,并且封裝表面溫度的變化與燒蝕徑跡演化特征相關(guān)。（2）得到了激光光壓的強(qiáng)度以及激光作用下電子器件鈍化層側(cè)封裝、單晶硅表面的應(yīng)力演化過程;通過對激... 

【文章來源】：沈陽理工大學(xué)遼寧省

【文章頁數(shù)】：109 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

實(shí)驗(yàn)的測試系統(tǒng)示意圖

中心波長527nm，脈沖重復(fù)頻率可由0.1-10KHz間調(diào)節(jié)。輸入泵浦光由分光鏡（3:7）分為兩束，其中一束用于再生放大的鈦寶石晶體，另一束則進(jìn)入多通放大的鈦寶石晶體。經(jīng)過CPA使種子脈沖經(jīng)過展寬、放大和壓縮等過程使激光脈沖在不改變脈寬的情況下將脈沖能量放大。展寬器將種子光源的脈沖寬度處理為納秒級，經(jīng)展寬器處理的激光脈沖通過再生放大腔的高增益介質(zhì)吸收光能并放大，然后再經(jīng)過多通放大器進(jìn)行多次放大。經(jīng)過上述過程的激光脈沖進(jìn)入脈沖壓縮器將其脈寬壓縮至原脈寬，因此激光器可輸出超短脈寬但能量較大的飛秒脈沖激光。圖2.2為飛秒脈沖激光器的工作原理。圖2.2飛秒脈沖激光器的工作原理Fig.2.2Theprincipleoffemtosecondlaser啁啾脈沖放大（CPA）是一種將超短激光脈沖放大到皮瓦量級的技術(shù)，激光脈沖在放大前的時間和光譜都被拉長。CPA是當(dāng)前世界上大功率激光器共同應(yīng)用的前沿技術(shù)。在CPA中，在將超短激光脈沖引入增益介質(zhì)之前，用一對光柵使激光脈沖的低頻分量比高頻分量的傳輸路徑短。在經(jīng)過光柵對后，激光脈沖變?yōu)檎�，即高頻分量滯后于低頻分量，且脈寬比源脈沖長。由于被展寬的脈沖強(qiáng)度與每平方厘米千兆瓦的強(qiáng)度極限相比足夠低，可以被安全的引入到增益介質(zhì)中并放大106倍以上。最后，放大的激光脈沖通過反向拉伸過程被重新壓縮會原始脈寬。2.3.2溫度場測量系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中溫度場的測量系統(tǒng)為美國FLIR公司生產(chǎn)的SC7700BB紅外熱像儀，其測量時設(shè)置的掃描頻率為115Hz，溫度的測量范圍為5-2500℃。實(shí)驗(yàn)中激光器輸出的激光波長為783nm的近紅外光符合該紅外熱像儀測量范圍。實(shí)驗(yàn)使用的紅外鏡頭焦距為30mm。紅外熱成像儀是利用紅外測溫原理測量物體表面溫度的儀器，通過測量物體自身輻射的紅外輻射能量可以準(zhǔn)確地測量物體表面的溫度，其測量原

沈陽理工大學(xué)碩士學(xué)位論文-12-的熱運(yùn)動，一切高于絕對零度（-273.15℃）的物體在不斷地向周圍輻射電磁波，其中也包括輻射位于紅外波段的電磁波，而物體的紅外輻射能量大小及其按波長的分布與物體的表面溫度是相對應(yīng)的[42,43]，紅外熱成像儀測量溫度就是通過采集這些紅外波段的電磁波，通過軟件處理得到可見的熱圖像。以下為本文進(jìn)行溫度場測量實(shí)驗(yàn)時用到的靶板布局。（1）輻照面溫度場測量靶板布局圖2.3為紅外熱成像儀測量靶板輻照面溫度場時的靶板布局。圖2.3輻照面溫度場測量的靶板的布局Fig.2.3Layoutoftargetplateforfronttemperaturefieldmeasurement溫度場測量實(shí)驗(yàn)中，激光輸出光路沿靶板的表面法線方向輻照靶板的中心，由SC7700B型紅外熱像儀在靶板的激光輻照面一側(cè)進(jìn)行拍攝，紅外熱成像儀鏡頭與激光作用方向和靶板表面均呈45°，采集靶板的輻照面溫度場，由ResearchIR軟件處理并提取紅外熱像儀采集的靶板表面溫度場分布數(shù)據(jù)。（2）截面溫度場靶板布局圖2.4為紅外熱成像儀測量靶板截面溫度場時的靶板布局。圖2.4截面溫度場測量的靶板的布局Fig.2.4Layoutoftargetplateforcross-sectiontemperaturefieldmeasurement

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]低溫下硅橡膠直流沿面閃絡(luò)特性研究[J]. 王宏旭,李衛(wèi)國,張靜媛,顏廷利,邢照亮,吉雅坤,張卓.  絕緣材料. 2019(03)
[2]組合激光輻照單晶硅的熱作用數(shù)值分析[J]. 張明鑫,聶勁松,孫可,韓敏.  紅外與激光工程. 2018(11)
[3]基于電荷積分采樣技術(shù)的低信噪比激光功率測量技術(shù)研究[J]. 劉洋,郝東陽,呂勇.  激光雜志. 2018(10)
[4]脈沖激光模擬空間載荷單粒子效應(yīng)研究進(jìn)展[J]. 韓建偉,上官士鵬,馬英起,朱翔,陳睿,李賽.  深空探測學(xué)報(bào). 2017(06)
[5]不同晶面單晶硅在飛秒激光作用下的行為特性[J]. 張欣,黃婷,肖榮詩.  中國激光. 2017(01)
[6]鍺硅異質(zhì)結(jié)晶體管單粒子效應(yīng)激光微束模擬[J]. 張晉新,郭紅霞,文林,郭旗,崔江維,范雪,肖堯,席善斌,王信,鄧偉.  強(qiáng)激光與粒子束. 2013(09)
[7]激光作用鋁靶爆轟波流場觀測與理論分析[J]. 王飛,陳朗,伍俊英,孫崔源.  強(qiáng)激光與粒子束. 2013(04)
[8]飛秒激光對兩種不同的單晶硅的輻照損傷研究[J]. 馬鵬飛,劉中山,常方高,宋桂林,王克棟.  人工晶體學(xué)報(bào). 2013(01)
[9]脈沖激光背照射單粒子效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究[J]. 王德坤,曹洲,劉海南,楊獻(xiàn).  原子能科學(xué)技術(shù). 2011(07)
[10]新型航天器抗輻射加固技術(shù)的研究重點(diǎn)[J]. 蔡震波.  航天器環(huán)境工程. 2010(02)

博士論文
[1]激光燒蝕固體材料引起力學(xué)效應(yīng)的數(shù)值模擬研究[D]. 袁紅.中國工程物理研究院 2011
[2]聚合物電介質(zhì)表面電荷動態(tài)特性研究[D]. 高宇.天津大學(xué) 2009

碩士論文
[1]鐵電場效應(yīng)晶體管的電離輻射總劑量效應(yīng)數(shù)值模擬研究[D]. 熊維.湘潭大學(xué) 2017
[2]組合脈沖激光致單晶硅熱力作用的數(shù)值計(jì)算[D]. 鐘發(fā)成.南京理工大學(xué) 2017
[3]短脈沖激光對半導(dǎo)體Si輻照效應(yīng)的計(jì)算研究[D]. 孫國榮.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2009
[4]飛秒激光與固體材料相互作用機(jī)理與應(yīng)用研究[D]. 門海寧.中國科學(xué)院研究生院（西安光學(xué)精密機(jī)械研究所） 2006



本文編號：3636812