[发明专利]脉冲激光模拟单粒子试验系统及方法

说明书

本发明涉及一种脉冲激光模拟单粒子试验系统及方法。所述系统包括：依激光光束前进方向设置的脉冲激光器、激光能量调节器、光束准直器、扫描振镜系统、F‑θ物镜以及测试电路；脉冲激光器输出激光光束；激光能量调节器调节激光光束的能量；光束准直器减小激光光束的发散角；扫描振镜系统控制激光光束的偏转；F‑θ物镜对激光光束进行聚焦，聚焦形成的光斑作用于测试样品；测试电路获取测试样品在激光作用下发生单粒子效应的测试数据。通过本发明，能够保证单粒子效应实验效果，且易于实现重复定位，并降低实验成本。

技术领域

本发明涉及激光技术领域，特别是涉及脉冲激光模拟单粒子试验系统及方法。

背景技术

单粒子效应是指空间中单个高能粒子，在器件材料中通过直接电离作用或者核反应生成次级粒子的间接电离作用产生并累积有效电离电荷，被器件敏感节点收集后，导致器件工作状态、逻辑状态、输出电平、功能受阻等发生变化或损伤的现象。

针对单粒子效应的实验研究，目前主要的方法为脉冲激光模拟方法。脉冲激光模拟单粒子效应是将聚焦的脉冲激光束斑辐照在集成电路上，利用半导体的光电效应产生电子空穴对，模拟高能粒子进入半导体后电离出电子空穴对而产生的单粒子效应，这是方法能够快速评估抗辐照加固措施的性能，可以实现单粒子效应的截面测试及不同灵敏区域的阈值测试，并能够实现对具体单粒子效应灵敏区出错位置的三维定位。

现有的脉冲激光模拟单粒子效应系统(如波音公司研制的脉冲激光模拟单粒子效应系统、英国Matra BAe Dynamic公司研制的脉冲激光模拟单粒子效应系统、中国科学院空间科学与应用研究中心研制的测试系统等)的普遍结构为，分为以下几个部分：脉冲激光器、激光监测及调节系统、聚焦系统、扫描系统、成像系统以及单粒子效应检测系统。对应的功能为：脉冲激光器主要功能是发射激光脉冲；激光监测及调节系统的功能主要是监测脉冲激光的脉宽、能量、频率参数，根据需要调节激光能量；聚焦系统的功能主要是聚焦激光束及控制激光光斑的尺寸，和成像系统共用同一个显微物镜；扫描系统采用三维移动系统，它需要具有2维扫描的功能；成像系统是由显微物镜、照明器和CCD相机共同组成，成像系统的显微物镜既有成像的功能，又有将激光聚焦的功能；单粒子效应检测系统需要根据具体的试验对象和效应类型来设定，其主要功能是检测被测器件对单粒子效应的响应，如存储数据改变、电流变化、电压波动等。

基于现有脉冲激光模拟单粒子效应系统进行实验时，均要求被测器件安装在三维移动系统上，试验时器件随着三维移动系统不断运动，实现器件表面的扫描，存在以下弊端：(1)成本高昂。对于高集成度的集成电路，所需的精度也就越高，这就对三维移动系统的精度要求很高，使得系统成本高昂；(2)试验周期长。激光光斑一般仅为几微米，为了尽可能扫描整个器件，需要几十分钟甚至更久的时间扫描；(3)该三维移动系统在运动过程中不可避免产生的振动会对精确定位产生影响；(4)重复定位困难。由于振动和三维移动系统的精度，使得试验复现较难，一般需要复杂昂贵的隔振平台；(5)由于激光聚焦和成像采用同一个镜头，所以器件位于成像最清晰位置和激光聚焦最佳位置往往不重合，影响单粒子效应实验效果。

发明内容

基于此，本发明提供一种脉冲激光模拟单粒子试验系统及方法，能够保证单粒子效应实验效果，且易于实现重复定位，并降低实验成本。

本发明一方面提供脉冲激光模拟单粒子试验系统，包括：依激光光束前进方向设置的脉冲激光器、激光能量调节器、光束准直器、扫描振镜系统、F-θ物镜以及测试电路；

脉冲激光器输出激光光束；激光能量调节器调节激光光束的能量；光束准直器减小激光光束的发散角；扫描振镜系统控制激光光束的偏转；F-θ物镜对激光光束进行聚焦，聚焦形成的光斑作用于测试样品；测试电路获取测试样品在激光作用下发生单粒子效应的测试数据。

优选的，还包括激光监测系统，