空间辐射对光电耦合器性能影响的研究

摘要

光电耦合器(简称光耦),一般是由发光二极管和光敏三极管耦合而成的器件,其以光为媒介实现电-光-电转换的作用。光耦具有输入输出间电绝缘的优良性能,主要作为光电开关和光电码盘而应用于卫星光通信系统中。由于卫星工作的特殊空间辐射环境,所有的工作器件和系统都要受到辐射对其影响,故研究光耦的空间辐射效应是至关重要的。而目前关于光耦空间辐射效应的研究还不成熟,需要深入研究理论,建立其辐射损伤的理论模型,进行辐射实验研究,并提出辐射防护措施,这对光耦的空间应用是紧迫的和必要的。
　　本文的主要工作为:
　　进行光耦辐射效应的理论研究。分析光耦的工作原理及空间辐射损伤机理,从载流子浓度、少子寿命和扩散长度的辐射损伤机理出发,推导发光二极管(LED)的输出光功率、光敏三极管的输出电流和光耦的电流传输比(CTR)与辐射剂量的关系,建立LED、光敏三极管和光耦辐射损伤的理论模型,为其空间应用提供理论参考。
　　进行光耦辐射效应的实验研究。对LED、光敏三极管和光耦进行电子辐射实验,考察空间辐射对LED的光功率、光敏三极管的电流以及光耦的CTR等参数的影响,分析实验结果,将实验结果与理论模型进行对比,验证理论模型的正确性。此外,对所有器件进行一个月的长期退火效应观察,而到目前为止可查到的国内外文献还未进行这种退火研究,这也是本文的创新点之一。
　　在前面研究的基础上,提出光耦空间应用中辐射防护的初步措施,为光耦的空间应用提供一定的参考。

目录

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 光耦发展现状及其在卫星光通信系统中的应用

1.2.1 光耦的发展现状

1.2.2 光耦在卫星光通信系统中的应用

1.3 光耦空间辐射效应研究现状

1.3.1 光耦位移效应的研究现状

1.3.2 光耦电离效应的研究现状

1.3.3 研究现状的分析

1.4 本论文主要研究内容

第2章 空间辐射环境及其效应分析

2.1 空间辐射环境的分析

2.1.1 银河宇宙射线

2.1.2 太阳宇宙射线

2.1.3 地球辐射带

2.2 空间粒子的能量分布

2.3 半导体材料的辐射效应分析

2.3.1 半导体材料的位移效应

2.3.2 半导体材料的电离效应

2.3.3 半导体材料的单粒子效应

2.4 本章小结

第3章 光电耦合器空间辐射效应理论研究

3.1 光耦工作原理及性能参数

3.1.1 LED的工作原理及性能参数

3.1.2 光敏三极管的工作原理及性能参数

3.1.3 光耦的工作原理及性能参数

3.2 光耦空间辐射效应理论模型

3.2.1 LED空间辐射效应机理

3.2.2 光敏三极管空间辐射效应机理

3.2.3 光耦空间辐射效应理论模型

3.3 本章小结

第4章 光电耦合器空间辐射效应实验研究

4.1 空间辐射地面实验方法简介

4.2 实验方案

4.2.1 辐射的实验条件

4.2.2 器件参数测试原理

4.3 电子辐射实验结果与分析

4.3.1 辐射对LED的影响及分析

4.3.2 辐射对光敏三极管的影响及分析

4.3.3 辐射对光耦的影响及分析

4.4 辐射结束后器件的退火测试及分析

4.5 光耦空间应用中辐射防护的初步考虑

4.5.1 光耦材料辐射防护的初步考虑

4.5.2 光耦结构辐射防护的初步考虑

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学学位论文使用授权说明

致谢