CCD光敏面上規(guī)則點(diǎn)陣的產(chǎn)生機(jī)理

王彥斌，張德鋒，周旋風(fēng)，肖文健，任廣森

（電子信息系統(tǒng)復(fù)雜電磁環(huán)境效應(yīng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽471003）

1 引 言

電荷耦合器件（Charge-Coupled Device，CCD）具有體積小、功耗低、靈敏度高和動(dòng)態(tài)范圍大等優(yōu)點(diǎn)［1-2］，因此被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科研和軍事等領(lǐng)域［3-5］。然而，極高的光探測靈敏度也使得CCD極容易受到強(qiáng)激光的干擾和損傷［6-8］。近年來，人們在激光輻照CCD方面已經(jīng)開展了大量的研究工作，大致可以分為以下4個(gè)方面：第一、實(shí)驗(yàn)測量和推算CCD的軟破壞閾值（包括飽和閾值、過飽和閾值、串?dāng)_閾值等）［6，9-10］和硬破壞閾值（包括熱熔融閾值、光學(xué)擊穿閾值和直接破壞閾值等）［11］；第二、觀察發(fā)現(xiàn)激光輻照CCD產(chǎn)生的新現(xiàn)象（包括像元飽和、過飽和、過飽和串?dāng)_、黑 白 屏 現(xiàn) 象 和 黑 白 十 字 交 叉 線 等）［6-7，12］；第三、結(jié)合半導(dǎo)體、激光傳輸和激光與物質(zhì)相互作用等理論，研究解釋新現(xiàn)象產(chǎn)生的潛在機(jī)理和主要導(dǎo)致因素［3，8］；第四、考核評(píng)估激光輻照CCD后的干擾/損傷效果，提出評(píng)估干擾/損傷效果的算法與方法［9，13-14］。

本項(xiàng)目組在開展波長1 064 nm激光輻照可見光面陣CCD的實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)隨著入射激光能量的增大，在CCD光敏面上產(chǎn)生了以激光主光斑為中心、周圍分布規(guī)則點(diǎn)陣的現(xiàn)象。本文重點(diǎn)研究激光光斑周圍規(guī)則點(diǎn)陣的產(chǎn)生機(jī)理，從激光入射參數(shù)、CCD光敏面參數(shù)和前置光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)3個(gè)方面入手，開展了幾十次的激光干擾效應(yīng)測試，最終根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和精準(zhǔn)的理論計(jì)算，揭示了規(guī)則點(diǎn)陣的產(chǎn)生機(jī)理。

2 實(shí) 驗(yàn)

圖1 是1 064 nm激光輻照可見光面陣CCD的實(shí)驗(yàn)簡圖。為避免外界雜散光（陽光、燈光等）的干擾，實(shí)驗(yàn)在光學(xué)暗室內(nèi)進(jìn)行。激光器是波長為1 064 nm的納秒Nd∶YAG激光器，由北京鐳寶激光技術(shù)有限公司研制，光束發(fā)散角為0.5 mrad，單脈沖能量為180 mJ，脈沖重頻在1~100 Hz可調(diào)。衰減片組用來調(diào)節(jié)入射激光能量。CCD探測器是光敏面對角線1/3″的可見光面陣CCD，由北京聯(lián)合賽儀科技有限公司代理生產(chǎn)，型號(hào)為DMK23G445，采用索尼公司的感光元件ICX445AQA，像元規(guī)模為960（水平）×1 280（垂直），像元大小為3.75μm，輸出圖像灰度值為1~4 096。3514MM是與CCD配套使用的前置光學(xué)系統(tǒng)（俗稱鏡頭），視場為7.85°，焦距為35 mm。帶箭頭的虛線是激光束的傳輸方向，激光器與CCD的作用距離為30 m，實(shí)驗(yàn)時(shí)將3514MM鏡頭和CCD均放在高度可調(diào)的升降架上，方便調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)激光束正入射3514MM鏡頭。

圖1 激光輻照CCD的實(shí)驗(yàn)布局圖Fig.1 Layout of laser irradiating CCD experiment

為避免CCD被強(qiáng)激光照射而損壞，從高衰減倍率η為100 dB開始實(shí)驗(yàn)。脈沖重頻調(diào)至10 Hz，CCD積分時(shí)間設(shè)置為40 ms，3514MM鏡頭F數(shù)調(diào)節(jié)為16。逐漸減小衰減倍率，增大入射激光能量，過程如圖2所示。當(dāng)η減小到80 d B時(shí)，CCD光敏面上出現(xiàn)了較弱的激光光斑，如圖2（a）所示。當(dāng)η為60 d B時(shí)，激光主光斑增大，在其周圍隱約可見排列規(guī)則的格點(diǎn)陣列，如圖2（b）所示；當(dāng)η=50 dB時(shí)，激光中心主光斑繼續(xù)增大，周圍格點(diǎn)增多，排布非常規(guī)則，如圖2（c）所示；當(dāng)η=45 dB時(shí)，激光中心主光斑持續(xù)增大，在主光斑周圍出現(xiàn)了發(fā)散的光芒，這是前置光學(xué)系統(tǒng)光闌的衍射效應(yīng)［15-16］引起的，規(guī)則點(diǎn)陣分布范圍繼續(xù)增大，并且點(diǎn)陣左上方出現(xiàn)了圓環(huán)條紋［17-18］，這是不同光成分的干涉效應(yīng)產(chǎn)生的。

圖2 規(guī)則點(diǎn)陣的產(chǎn)生Fig.2 Formation of regular lattices

為定量研究規(guī)則點(diǎn)陣的分布情況，以圖2（c）為例，首先讀出該圖像的灰度分布，確定激光主光斑的中心在像元（487，702）上。然后，分別做出穿過主光斑中心的第487行和第702列灰度值隨行/列像元位置的變化曲線，如圖3（a）和3（b）所示，第487行灰度極大值（對應(yīng)圖2（c）第487行的格點(diǎn)分布）分別出現(xiàn)在像元571，600，628，653，679，702，727，752，778，806，836處，相鄰灰度極大值/格點(diǎn)的平均間距為26.5個(gè)像元，像元大小為3.75μm，因此，行相鄰極大值/格點(diǎn)的平均間距約為99.38μm。第702列灰度極大值（對應(yīng)圖2（c）第702列的格點(diǎn)分布）分別出現(xiàn)在像元354，384，411，437，462，487，511，536，562，589，619，相鄰極大值/格點(diǎn)的平均間距也為26.5個(gè)像元，因此，列相鄰極大值/格點(diǎn)的平均間距也約為99.38μm。繼而統(tǒng)計(jì)圖2（d）中的格點(diǎn)間距，與圖2（c）相同，點(diǎn)陣分布并未受到入射能量增大的影響。

圖3 激光主光斑中心線上的灰度分布Fig.3 Gray-level distribution in central line of laser main spot

3 規(guī)則點(diǎn)陣的產(chǎn)生機(jī)理

為揭示激光主光斑周圍規(guī)則點(diǎn)陣的產(chǎn)生機(jī)理，這里采用實(shí)驗(yàn)測量和理論分析相結(jié)合的方法。首先從激光入射參數(shù)、CCD光敏面參數(shù)及前置光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)3個(gè)方面展開大量的實(shí)驗(yàn)研究，然后有針對性地進(jìn)行理論分析。

3.1 激光入射參數(shù)

激光器的入射參數(shù)包括中心波長、重復(fù)頻率、單脈沖能量、束散角和入射角。其中，重復(fù)頻率和單脈沖能量的變化影響的是入射能量，然而隨著入射能量的增大，格點(diǎn)間距并沒有受到影響，如圖2所示。因此，本文主要改變?nèi)肷浼す獾闹行牟ㄩL、束散角和入射角等其他參數(shù)。

3.1.1 更換不同波長的激光器

為研究規(guī)則點(diǎn)陣與激光波長λ的關(guān)系，采用不同波長的激光器開展輻照實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖4所示。圖4（a）是532 nm激光的干擾效應(yīng)，532 nm激光器的發(fā)射參數(shù)為：重頻10 Hz，單脈沖能量50 mJ，脈寬10 ns，衰減倍率60 dB，作用距離30 m；光學(xué)系統(tǒng)F數(shù)為16，CCD積分時(shí)間為40 ms。增大入射能量的過程中，沒有觀察到規(guī)則點(diǎn)陣。圖4（b）是632 nm激光的干擾效應(yīng)，632 nm激光器輸出準(zhǔn)連續(xù)光，輸出功率約為1 mW，光束發(fā)散角為0.6 mrad，作用距離為30 m。光學(xué)系統(tǒng)F數(shù)為16；CCD積分時(shí)間為40 ms，實(shí)驗(yàn)中也沒有觀察到規(guī)則點(diǎn)陣。圖4（c）是670 nm激光的干擾效應(yīng)，670 nm激光器的發(fā)射參數(shù)包括：重頻率30 kHz，平均輸出功率約3 mW，脈寬20 ns，衰減倍率20 dB；光學(xué)系統(tǒng)F數(shù)為16，CCD積分時(shí)間為40 ms，也沒有觀察到規(guī)則點(diǎn)陣。圖4（d）是780 nm激光的干擾效應(yīng)，780 nm激光器的發(fā)射參數(shù)包括：重復(fù)頻率30 k Hz，平均輸出功率約5 mW，脈寬20 ns，衰減倍率20 dB；光學(xué)系統(tǒng)F數(shù)為16，CCD積分時(shí)間為40 ms，也沒有觀察到規(guī)則點(diǎn)陣。因此，可見光波段激光輻照時(shí)沒有規(guī)則點(diǎn)陣產(chǎn)生。

圖4 不同波長下的激光干擾效應(yīng)Fig.4 Laser disturbing effect under different wavelengths

3.1.2 改變激光束的束散角

為研究規(guī)則點(diǎn)陣與激光束散角的關(guān)系，在1 064 nm激光器出光口添加不同倍率的擴(kuò)束系統(tǒng)，改變?nèi)肷浼す馐氖⒔铅?，開展了激光輻照實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖5所示。1 064 nm激光器的發(fā)射參數(shù)為：重復(fù)頻率1 Hz，單脈沖能量50 mJ，衰減倍率55 d B；光學(xué)系統(tǒng)F數(shù)為1.4，CCD積分時(shí)間為40 ms。從擴(kuò)束系統(tǒng)輸出的束散角α為20 mrad時(shí)，輸出圖像是一個(gè)理想的圓光斑，光斑周圍隱約可見點(diǎn)陣的出現(xiàn)，如圖5（a）所示束散角α為15 mrad時(shí)，規(guī)則點(diǎn)陣清晰起來，如圖5（b）所示；束散角α分別為10，5 mrad時(shí)，主光斑均有所增大，周圍的規(guī)則點(diǎn)陣更加清晰，分別如圖5（c）和5（d）所示，這是由于激光束散角減小以后，光學(xué)系統(tǒng)入口處的功率密度增大，入射到CCD光敏面上的功率密度增大的緣故。統(tǒng)計(jì)圖5（c）和5（d）中相鄰格點(diǎn)的間距，均為99.38μm，可見激光束散角的變化對格點(diǎn)間距沒有影響。

圖5 不同激光束散角下的激光干擾效應(yīng)Fig.5 Laser disturbing effect under different divergence angles

3.1.3 改變激光束的入射角

通常將激光束的入射方向與光學(xué)系統(tǒng)光軸指向的夾角定義為入射角φ。將3514MM鏡頭和CCD放置在二維精密轉(zhuǎn)臺(tái)上，通過改變光軸的指向進(jìn)而改變?nèi)肷浣铅铡D2是φ=0°的激光干擾效應(yīng)，相鄰格點(diǎn)的間距為99.38μm。圖6給出了不同入射角下的激光干擾效應(yīng)和圖像第487行的灰度分布。如圖6（a）所示，φ=1°時(shí)激光光斑向左平移，第487行灰度極大值分別出現(xiàn)在像元413，442，469，495，521，547，569，595，621，647，677，相鄰格點(diǎn)的間距為26.4個(gè)像元，即為99.0μm；如圖6（b）所示，φ=2°時(shí)激光光斑繼續(xù)向左平移，第487行灰度極大值分別出現(xiàn)在像元248，276，302，329，353，378，403，428，455，481，511，相鄰格點(diǎn)的間距為26.3個(gè)像元，即為98.6 μm；如圖6（c）所示，φ=3°時(shí)激光光斑繼續(xù)向左平移，第487行灰度極大值分別出現(xiàn)在像元106，136，162，186，214，236，260，288，314，343，相鄰格點(diǎn)的間距為26.3個(gè)像元，即為98.6μm。由此可見，隨著入射角的增大，激光光斑只發(fā)生了平移，規(guī)則點(diǎn)陣的形狀和相鄰格點(diǎn)間距幾乎沒有影響。

圖6 不同激光入射角下的激光干擾效應(yīng)Fig.6 Laser disturbing effect under different incident angles

3.2 CCD像元尺寸

為研究規(guī)則點(diǎn)陣與CCD光敏面參數(shù)（主要是像元尺寸與規(guī)模）的關(guān)系，采用型號(hào)為DMK23G618的CCD代替型號(hào)DMK23G445的CCD開展1 064 nm激光輻照實(shí)驗(yàn)。光學(xué)系統(tǒng)F數(shù)為16，CCD積分時(shí)間為1 s，作用距離為12 m。與DMK 23G445相比，該CCD的像元尺寸由3.75μm增大為5.6μm，像元規(guī)模由960（水平）×1 280（垂直）變化為480（水平）×640（垂直）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7所示，當(dāng)重頻f=5 Hz、衰減倍率η=10 dB時(shí)，CCD輸出圖像只有一個(gè)小光斑；當(dāng)f=20 Hz，η=10 d B時(shí)，相同積分時(shí)間內(nèi)收集的脈沖數(shù)增加到4倍，收集能量增加，激光主光斑增大，周圍隱約可見小范圍的點(diǎn)陣；當(dāng)f=5 Hz，η=0 dB時(shí)，入射激光能量繼續(xù)增大，規(guī)則點(diǎn)陣范圍開始增大；當(dāng)f=20 Hz，η=0 d B時(shí)，規(guī)則點(diǎn)陣范圍進(jìn)一步增大。對圖7（c）和圖7（d）中相鄰格點(diǎn)的間距進(jìn)行計(jì)算，約為11.4個(gè)像素，即63.84μm，間距不隨著入射激光能量的增大而變化。由此可見，改變CCD光敏面的像元尺寸能夠改變規(guī)則點(diǎn)陣的格點(diǎn)間距，并且像元越小，間距越大。

圖7 型號(hào)DMK 23G618 CCD采集的激光干擾效應(yīng)Fig.7 Laser disturbing effect captured by DMK 23G618 CCD

3.3 光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)

光學(xué)系統(tǒng)的主要參數(shù)包括F數(shù)（即焦距與孔徑的比值）、焦距和光路結(jié)構(gòu)。其中，按光路結(jié)構(gòu)，光學(xué)系統(tǒng)可分為透射式光學(xué)系統(tǒng)和反射式光學(xué)系統(tǒng)，前面采用的3514MM鏡頭屬于透射式光學(xué)系統(tǒng)。

3.3.1 改變光學(xué)系統(tǒng)的F數(shù)3514MM鏡頭的光圈F數(shù)可調(diào)節(jié)為32，16，8和2.8。激光發(fā)射參數(shù)和探測器參數(shù)與3.2相同，衰 減 倍 率η=60 dB。圖8（a）~8（d）是3514MM鏡頭不同F(xiàn)數(shù)下的激光干擾效應(yīng)。當(dāng)F=32時(shí)，光闌孔徑最小，激光入射到CCD光敏面的能量也最小，只是一個(gè)較小的激光光斑；F=16時(shí)，入射能量增大，主光斑增大，規(guī)則點(diǎn)陣開始顯現(xiàn)；F=8時(shí)，主光斑繼續(xù)增大，規(guī)則點(diǎn)陣范圍增大；F=2.8時(shí)，主光斑繼續(xù)增大，規(guī)則點(diǎn)陣范圍也繼續(xù)增大，其他各格點(diǎn)處的小光斑也在增大。統(tǒng)計(jì)圖8（b）~8（d）中CCD輸出灰度圖像相鄰格點(diǎn)的間距，均為99.38μm，可見光學(xué)系統(tǒng)F數(shù)的變化對相鄰格點(diǎn)的間距沒有影響。

圖8 不同F(xiàn)數(shù)下的激光干擾效應(yīng)Fig.8 Laser disturbing effect under different F-numbers

3.3.2 改變光學(xué)系統(tǒng)的焦距

為研究光學(xué)系統(tǒng)焦距對規(guī)則點(diǎn)陣的影響，采用型號(hào)為5018MM鏡頭開展激光干擾效應(yīng)測試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖9所示。5018MM鏡頭同樣是透射式光學(xué)系統(tǒng)，焦距為50 mm，F(xiàn)數(shù)為1.8。激光發(fā)射參數(shù)包括：中心波長為1 064 nm，單脈沖能量為50 mJ，重復(fù)頻率為10 Hz。CCD參數(shù)同3.2小節(jié)。衰減倍率η=20 d B時(shí)，CCD輸出圖像只有一個(gè)小光斑，如圖9（a）所示；η=10 dB時(shí)，激光主光斑增大，在其周圍出現(xiàn)小范圍的格點(diǎn)陣列，如圖9（b）所示；η=5 dB時(shí)，激光主光斑繼續(xù)增大，規(guī)則點(diǎn)陣范圍增大；η=0 dB，即激光能量沒有衰減時(shí)，規(guī)則點(diǎn)陣范圍繼續(xù)增大，如圖9（d）所示。統(tǒng)計(jì)圖9（c）和9（d）中CCD輸出灰度圖像相鄰格點(diǎn)的間距，同樣為99.38μm，可見規(guī)則點(diǎn)陣的產(chǎn)生與光學(xué)系統(tǒng)的焦距無關(guān)，與所用光學(xué)系統(tǒng)的具體型號(hào)無關(guān)。

圖9 鏡頭5018MM下不同衰減倍率的激光干擾效應(yīng)Fig.9 Laser disturbing effect with different attenuation ratios under 5018MM lens

3.3.3 改用折返鏡頭

為研究光學(xué)系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)對規(guī)則點(diǎn)陣的影響，采用折返式肯高鏡頭開展激光輻照實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖10所示。3514MM鏡頭和5018MM鏡頭均是透射式鏡頭，光線按照鏡片序列依次傳輸?shù)紺CD光敏面；折返式鏡頭光線有折返，非序列傳輸?shù)紺CD光敏面，光路結(jié)構(gòu)不同。肯高鏡頭的型號(hào)是400 mmF8，焦距為400 mm，F(xiàn)數(shù)為8。激光發(fā)射參數(shù)為：波長1 064 nm，重頻100 kHz，輸出功率1 W，作用距離增大到3 km。CCD選用型號(hào)為DMK23G618，配折返鏡頭角分辨率優(yōu)于3″。圖10（a）~10（d），衰減倍率從10 d B降到5 dB再降到0 dB，激光主光斑逐漸增大，規(guī)則點(diǎn)陣從產(chǎn)生到分布范圍逐漸擴(kuò)大。圖10（d）是對圖10（c）激光光斑區(qū)的放大顯示。統(tǒng)計(jì)圖10（b）~10（d）中相鄰格點(diǎn)的間距，約為11.3個(gè)像元，即為63.2μm，與圖7相鄰格點(diǎn)的間距基本相同。另外，還開展了折返鏡頭配型號(hào)為DMK23G445 CCD、作用距離為3 km的激光輻照實(shí)驗(yàn)，相鄰格點(diǎn)的間距仍為99.38μm。由此可見，規(guī)則點(diǎn)陣的產(chǎn)生與光學(xué)系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)無關(guān)，也與作用距離無關(guān)。另外，實(shí)驗(yàn)采用的是1 064 nm高重頻激光器，格點(diǎn)間距不變表明它與激光的重頻也沒有關(guān)系，與激光器自身的輸出特性無關(guān)。

圖10 折返鏡頭下不同衰減倍率的激光干擾效應(yīng)Fig.10 Laser disturbing effect with different attenuation ratios under catadioptric lens

上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：（1）規(guī)則點(diǎn)陣的產(chǎn)生與入射波長有關(guān)，與其他發(fā)射參數(shù)（能量、束散角、入射角、重頻和作用距離）無關(guān)，只有1 064 nm激光能夠產(chǎn)生規(guī)則點(diǎn)陣，原因是532，632，670和780 nm激光均是可見光鏡頭和硅基CCD的中心波段響應(yīng)，絕大部分光能量被吸收，1 064 nm激光距離中心波段較遠(yuǎn)，激光入射到CCD光敏面后，還有相當(dāng)一部分能量反射進(jìn)前置光學(xué)系統(tǒng)，并再次反射到CCD光敏面上形成雜散光；（2）規(guī)則點(diǎn)陣相鄰格點(diǎn)的間距與CCD的像元尺寸有關(guān)，像元越小，間距卻越大；（3）規(guī)則點(diǎn)陣的產(chǎn)生與光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)無關(guān)，F(xiàn)數(shù)、焦距和光路結(jié)構(gòu)均對相鄰格點(diǎn)的間距都沒有影響。

3.4 理論分析

點(diǎn)陣的分布非常規(guī)整、穩(wěn)定，通過改變激光器及其發(fā)射參數(shù)，格點(diǎn)間距不變，證明不是激光器自身輸出的；另外，CCD的像元越小，格點(diǎn)間距越大，呈反比關(guān)系，二者排除了幾何光學(xué)中光直線傳輸產(chǎn)生的可能性，所以判定點(diǎn)陣的起因是波動(dòng)光學(xué)引起的。波動(dòng)光學(xué)中有干涉效應(yīng)和衍射效應(yīng)，通過改變光學(xué)系統(tǒng)的型號(hào)（焦距）、F數(shù)和光路結(jié)構(gòu)，相鄰格點(diǎn)的間距均不受影響，表明不是兩光束或者多光束的干涉效應(yīng)，因?yàn)楣鈱W(xué)系統(tǒng)的改變必然引起光束之間相位差的改變，進(jìn)而改變規(guī)則點(diǎn)陣和格點(diǎn)間距，所以點(diǎn)陣也不是干涉效應(yīng)產(chǎn)生的，這樣就將起因鎖定在激光傳輸?shù)难苌湫?yīng)上。

圖10 通過采用小視場（約0.6°）、高分辨率（角分辨率為3″）的折返鏡頭，可以更清楚地觀察到激光光斑的細(xì)節(jié)。圖10（d）是對激光光斑的放大顯示，可以清楚看到每個(gè)亮格點(diǎn)都處于一個(gè)個(gè)正方形的中心，與正方形一一對應(yīng)。CCD光敏面是由像元構(gòu)成，每個(gè)像元都是3.75μm×3.75 μm或者5.6μm×5.6μm的正方形，因此，CCD光敏面可以看作是一個(gè)排布規(guī)則的二維平面光柵，光柵常數(shù)即是像元大小。一個(gè)亮格點(diǎn)對應(yīng)一個(gè)正方形像元，可以推測規(guī)則點(diǎn)陣是CCD光敏面的二維光柵衍射效應(yīng)引起的。據(jù)北京聯(lián)合賽儀科技有限公司技術(shù)人員介紹，CCD探測器有兩層保護(hù)窗，如圖11所示，從外到內(nèi)首先是一層芯片保護(hù)窗，然后是一層光敏面保護(hù)窗，二者距離H通常在幾個(gè)mm。光敏面保護(hù)窗緊貼芯片光敏面，二者距離h在150~200μm內(nèi)。

圖11 規(guī)則點(diǎn)陣的形成機(jī)理Fig.11 Formation mechanism of regular lattices

激光入射到CCD光敏面后產(chǎn)生衍射效應(yīng)，衍射光傳輸至CCD的光敏面保護(hù)窗后再反射到光敏面上，形成規(guī)則點(diǎn)陣。由光柵的衍射效應(yīng)方程：

式中：θ是光柵衍射角；j是衍射光的級(jí)數(shù)；d是像元尺寸，對于型號(hào)為DMK23G445的CCD，d=3.75μm，對于型號(hào)為DMK23G618的CCD，d=5.6μm。由式（1）可知，衍射效應(yīng)產(chǎn)生的能量分布是等間距的，而我們觀察到的點(diǎn)陣也是等間距的。相鄰格點(diǎn)的間距l(xiāng)由衍射光到光敏面保護(hù)窗再到光敏面的一次反射而形成的簡單幾何關(guān)系（如圖11所示）計(jì)算得到，即：

當(dāng)光敏面保護(hù)窗與光敏面距離h=168μm，衍射級(jí)次j=1時(shí)，對于型號(hào)為DMK 23G445的CCD，相鄰格點(diǎn)的間距為99.42μm，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果99.38μm相比誤差為0.04μm；對于型號(hào)為DMK 23G618的CCD，相鄰格點(diǎn)的間距為65.02 μm，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果63.84μm相比誤差為1.18μm。二維衍射理論計(jì)算的格點(diǎn)間距與兩款CCD的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致，由此證明了CCD光敏面的二維光柵衍射是規(guī)則點(diǎn)陣產(chǎn)生的原因。

4 結(jié) 論

本文報(bào)道了1 064 nm激光輻照可見光面陣CCD時(shí)產(chǎn)生的規(guī)則點(diǎn)陣現(xiàn)象，點(diǎn)陣的分布非常規(guī)則、穩(wěn)定。通過大量實(shí)驗(yàn)，從規(guī)則點(diǎn)陣產(chǎn)生可能相關(guān)的每一個(gè)條件因素（激光器及激光入射參數(shù)、CCD像元參數(shù)、光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)）入手，揭示了規(guī)則點(diǎn)陣的產(chǎn)生機(jī)理。最后，采用高分辨率（角分辨率3″）的折返鏡頭開展實(shí)驗(yàn)，清晰觀察到激光光斑的細(xì)節(jié)。理論計(jì)算的格點(diǎn)間距與兩款CCD的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致，最大偏差僅為1.18 μm，從而證明了CCD光敏面的二維光柵衍射是規(guī)則點(diǎn)陣產(chǎn)生的誘因，衍射光經(jīng)過入射窗的一次反射形成了規(guī)則點(diǎn)陣。另一方面，規(guī)則點(diǎn)陣也為二維光柵衍射的理論研究和實(shí)際應(yīng)用提供了有力支撐。