光纤陀螺用超辐射发光二极管的中子辐射效应与加固方法研究

Superluminescent Diode(SLD) is the perfect light source for Fiber Optical Gyroscopes. The radiation exposure in bad environment can be detrimental to the SLDs to a large degree, which becomes an important restrictive factor of SLD's application. This Project is focus on the research of neutron irradiation effects in 1310nm SLDs, including: Failure mode of Photoelectric Properties vs. Neutron Fluence; Model and simulation of the damage mechanism by high-energy neutron; The structrue and process design of irradiation-hardened SLD; The implement of neutron irradiation-hardened SLD by semiconductor device technique and experiment validate on the effectiveness of the proposed design. Basic on the test result, the hardened devices with reduction of light output by ≤20% under (0.6～1)×1014n/cm2 (1MeV) neutron irradiation are achieved by the optimization of structrue design and preparation process. 1~2 Papers on the simulation of neutron irradiation damage mechanism are expect to be published, 1~2 Patents are expect to be applied and the research results will promote the development of high-reliability superluminescent diodes for aerospace application.

超辐射发光二极管作为光纤陀螺的理想光源，在用于空间、核爆炸等恶劣环境时会受到高能中子辐射，出现光电性能的严重退化，成为制约其应用领域扩展的重要因素。本项目通过开展1310nm超辐射发光二极管的中子辐射效应实验研究，得到器件的光电性能随中子注量变化的失效模式，分析器件的中子辐射失效机理。通过模拟中子辐射损伤的微观过程，开展器件抗中子辐射结构设计和工艺设计，采用半导体器件制备技术实现抗中子辐射加固的超辐射发光二极管样品，并对其进行辐射实验验证，获得样品的抗中子辐射程度。基于样品的辐射实验结果，进一步优化辐射损伤模型和器件结构设计，完善器件工艺，最终研制出满足(0.6～1)×1014n/cm2 (1MeV)中子辐照后输出功率变化率≤20%要求的加固样品。预期发表1～2 篇中子辐射损伤模拟技术的相关文章，申请专利1～2项，研究结果将进一步提升超辐射发光二极管的可靠性水平，推进航天用元器件的发展。

超辐射发光二极管作为光纤陀螺的理想光源，在用于空间、核爆炸等恶劣环境时会受到高能中子辐射，出现光电性能的严重退化，大大制约了其应用领域的扩展。本项目通过开展1310nm超辐射发光二极管的中子辐射效应实验研究，获得了器件的光电性能随中子注量变化的失效模式，分析了器件的中子辐射损伤机理；完成了器件的抗中子辐射结构设计和工艺设计，突破了MOCVD外延技术、反应磁控溅射技术、全金属化耦合封装技术等加固关键技术，研制出抗中子辐射加固模块样品，并进行了中子辐射实验验证，证明了多量子阱结构与双异质结结构相比具有更好的抗中子辐射性能；基于以上辐射实验结果，进一步优化了器件结构和制备工艺，最终实现了满足1×1014n/cm2 (1MeV)中子辐照后尾纤输出功率变化率不超过15%的抗中子辐射加固器件，并在XXX型号任务中获得成功应用，有力地推动了光纤陀螺技术的发展。