热释电红外探测器对强电磁脉冲的响应特性及响应机理研究

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热释电红外探测器具有体积小、重量轻、非制冷、探测波段宽等优点,广泛应用于夜视镜、报警系统、成像系统等场合。在当前日益复杂的电磁环境条件下,保证热释电红外探测器在强电磁环境下的正常工作是急需解决的问题。本文采用理论分析、数值仿真与实验相结合的方法研究了探测器在强电磁脉冲条件下的响应特性,结合响应过程中出现的线性现象与非线性现象,分析了探测器中的热释电材料(LiTaO3)在强电磁脉冲条件下的极化过程以及介电弛豫过程,所得结果具有重要的实际意义。本论文主要工作如下:1、利用热释电探测器的经典响应模型,结合本实验热释电探测器的元件参数,研究了热释电探测器对输入信号的响应过程,并利用正弦波、方波输入信号的特性函数,合理解释了热释电探测器的频率响应特性,由此,可以获得微波作用于热释电探测器的响应特性曲线。2、开展了辐照实验,研究了S、C波段条件下,热释电红外探测器在不同微波功率、脉宽条件下的响应特性,发现探测器的响应特性不同于传统热释电响应机理的新现象,即热释电探测器对注入信号的响应特征时间通常设计成毫秒量级,但本论文发现当微波的功率超过某一数值时,热释电探测器的响应特征时间却达到秒量级。说明微波作用于材料时,热释电探测器的非线性响应特性以及热释电材料的极化机制不同于红外辐射状态下热释电探测器的经典响应特性。3、基于实验数据,对热释电红外探测器的强电磁脉冲的响应机理进行研究,重点分析了热释电响应过程中非线性现象出现的原因,对热释电材料(LiTaO3)的响应特性以及强电磁脉冲下的介电弛豫过程进行分析,表明空间电荷极化是热释电探测器非线性响应过程出现的主要原因;4、由于辐照实验条件下所能够达到的最大场强约为30k V/m,为了获得更高场强下,热释电探测器对强电磁脉冲的响应特性,设计并加工了一款用于获得更高场强的新型波导,通过对不同条件下波导S参数进行测量,验证了该新型波导可用于获得更高场强实验的可行性。
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