1.5 Исследования характера радиаци­онного и теплового воздействия лазерного ослепляющего облуче­ния на элементы приемных устройств

Для анализа поражающих факторов воздействия лазерного ослепляющего облучения на элементы приемных устройств были проведены экспериментальные исследования на реальных образцах фотоприемников, в качестве моделей были использованы web-камеры (содержащие ПЗС-матрицы). Web-камеры имели разрешение 640x480 при размере матрицы 3x3 мм. Камера закреплялась на двухкоординатном столике, вертикально установленном, в свою очередь, на рейтере оптической скамьи.

Для проведения испытаний был разработан и изготовлен макетный стенд. На оптической скамье последовательно установлены:

- Твердотельный лазер ЛТИ-501, работающий в импульсном режиме, сред­няя мощность регулируется в диапазоне от 25 до 80 Вт, частота следования импульсов – 10 кГц, длина волны 1,06 мкм, длительность импульса 20-50 нс;

- Лазерный измеритель мощности в канале заднего зеркала, интенсивность лазерного излучения в котором в 500 раз меньше, чем в прямом канале;

- Набор фильтров для понижения мощности излучения (с коэффициентами пропускания 0,13 и 0,21);

- Механическая заслонка, перекрывающая прохождение излучения от лазера к камере;

- Web-камера, подключенная с помощью USB-интерфейса к персональному компьютеру.

Изображение с web-камеры в реальном масштабе времени передавалось по USB-кабелю в персональный компьютер (в цифровом виде) и записывалось на жесткий диск в виде файлов формата MPEG-2.

Для проведения исследований были выбраны два критерия:

- Временная стойкость матрицы в зависимости от мощности излучения;

- Пороговая мощность излучения, при которой происходит частичное или полное разрушение матрицы в течение короткого периода времени, имитирующего предполагаемые полевые условия (1-2 сек).

Применение двух фильтров для ослабления излучения

Перед камерой устанавливалось два фильтра, понижающих среднюю мощность лазерного излучения до 0,7 Вт. В первый момент времени (немедленно после открытия механической заслонки) наблюдается засветка всей матрицы, длящаяся примерно 1 с. Современные web-камеры снабжены системой авто­матической регулировки чувствительности. После блокирования излучения камера восстановилась на прежний режим работы. При постепенном увеличении мощности до 2,2 Вт, диаметр светящейся точки увеличивается примерно на 5-10 %. В результате эксперимента характеристики камеры не претерпевали изменений и после прекращения облучения камера возвращалась к штатному режиму работы. Необходимо, однако, отметить, что чем выше мощность падающего излучения, тем больший промежуток време­ни необходим для срабатывания системы автоматической регулировки уровня сигнала и снижения чувствительности камеры.

В процессе облучения оптический фильтр, на который падало лазерное излучение, в результате поглощения энергии высокой плотности получил механи­ческие повреждения в виде трещины. Можно заключить, что пороговая мощность, вызывающая повреждение ПЗС-матрицы, достигнута не была и, следо­вательно, превышает 2,2 Вт.

Применение одного фильтра для ослабления излучения

Перед камерой был установлен фильтр, понижающий мощность лазерного излучения до 5,25-16,8 Вт. Полученный результат аналогичен предыдущему, однако время релаксации камеры имеет большее значение. Кроме того, при указанных мощностях уже становится заметным поглощение лазерного излучения объективом web-камеры и, как следствие, сильный их нагрев. В таком режиме камера может функционировать относительно большой промежуток времени – более 1 мин.

Ослабления излучения не применяется

Применение излучения со средней мощностью 25 Вт качественных измене­ний картины воздействия на web-камеру не вызвало, кроме увеличения разме­ров светящегося пятна после релаксации чувствительности.

Мощность 50 Вт: Наблюдается сплошная засветка экрана, сопровождаемая цветными горизонтальными полосами, через 10 секунд на изображении формируется светлое пятно большого диаметра.

Мощность 80 Вт: Наблюдается сплошная засветка экрана, сопровождаемая большим количеством широких и толстых цветных горизонтальных полос. По истечении 1 с, в результате разогрева пластиковой оправы объектива и ее оплавления, штатный объектив web-камеры выходит из строя.

Разборка web-камеры для выяснения причины выхода из строя показала, что микросхема ПЗС-матрицы имеет защитное стекло. Со­гласно доступной литературе, это стекло выполняет также роль ИК-фильтра. Попытка применения внешнего объектива для фокусировки лазерного излуче­ния привела к разогреву корпуса микросхемы и помутнению защитного стекла изнутри.

Дальнейшие исследования предполагалось продолжить после удаления защитного стекла, однако конструкция и технология сборки микросхемы ПЗС-матрицы не позволяют это сделать без того, чтобы не повредить внутреннюю разводку.

Целесообразно продолжить экспериментальные исследования на моделях по определению пороговых плотностей мощностей лазерного излучения, проводящих различные ФПУ к выходу из строя, с использованием излучений с другими длинами волн.