基于ANSYS的激光輻照焦平面探測器溫度-應(yīng)力場分析.pdf

1、近年來，隨著激光技術(shù)與光電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得光電探測器在各領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛。由于激光具有一些獨(dú)特的優(yōu)異特性，以激光作為光源對探測器的損傷行為研究也日益增加。目前，激光對探測器輻照效應(yīng)的研究主要集中在對激光輻照硅基 CCD探測器、或者光伏型銻化銦探測器方面，對于激光輻照紅外焦平面探測器的實(shí)驗(yàn)和理論研究較少。隨著紅外焦平面探測器在軍事、航空制導(dǎo)等領(lǐng)域的紅外探測系統(tǒng)廣泛應(yīng)用，對紅外焦平面探測器激光輻照效應(yīng)研究也顯得尤為重要。因此，本

2、文以銻化銦紅外焦平面探測器作為研究對象，對激光輻照下銻化銦紅外焦平面探測器的熱-力效應(yīng)進(jìn)行研究。
　　本文利用有限元分析軟件 ANSYS，建立了高斯脈沖激光輻照銻化銦紅外焦平面探測器的三維結(jié)構(gòu)模型，考慮銻化銦紅外焦平面探測器中材料熱物參數(shù)隨溫度變化的特性，采用間接熱-力耦合的方法，對激光輻照下銻化銦紅外焦平面探測器三維溫度場和應(yīng)力場進(jìn)行了研究。
　　仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：激光輻照下銻化銦紅外焦平面探測器最大溫度出現(xiàn)在最上層的銻化

3、銦芯片上，探測器最大溫度達(dá)到銻化銦芯片熔點(diǎn)溫度798K時(shí)，將會(huì)引起探測器的熱熔融損傷，且熔融損傷閾值受到激光能量、脈寬、頻率、光斑半徑等激光參量的影響；隨著銻化銦紅外焦平面探測器中間層銦柱柱半徑的增長，激光輻照下探測器的最大溫度增速變緩；激光輻照下銻化銦紅外焦平面探測器中各層材料的溫度場分布呈現(xiàn)出非連續(xù)的高溫極值區(qū)域，其主要原因是位于銻化銦紅外焦平面探測器中間層相間分布的銦柱和底充膠具有迥異的熱學(xué)性質(zhì)，并且造成探測器溫度場云圖中銻化銦芯

4、片、底充膠與硅讀出電路高溫極值區(qū)域形成類似于互補(bǔ)的高溫分布。
　　基于激光輻照下銻化銦紅外焦平面探測器溫度分布，進(jìn)一步研究了激光輻照熱效應(yīng)下應(yīng)力場的分布規(guī)律。激光輻照下銻化銦紅外焦平面探測器熱應(yīng)力極值出現(xiàn)在銻化銦芯片上；銻化銦紅外焦平面探測器熱應(yīng)力隨著脈沖激光參量的變化而變化，其中脈沖激光能量、頻率逐漸增加應(yīng)力極值逐漸減小，脈沖激光脈寬、光斑半徑逐漸增加應(yīng)力極值逐漸增加；隨著銻化銦紅外焦平面探測器中間層銦柱半徑的增長，激光輻照下探