CN108345748B - 一种发光二极管的在轨性能退化预测方法 - Google Patents

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Abstract

一种发光二极管的在轨性能退化预测方法，属于器件在轨性能退化预测领域，解决了现有发光二极管的在轨性能退化预测方法不具备普适性的问题。所述方法包括通过对发光二极管进行地面辐照试验，获得具有普适性的发光二极管的性能退化数据随位移吸收剂量的变化曲线的步骤、根据预定航天器轨道和航天器设计在轨寿命，确定发光二极管的在轨位移吸收剂量的步骤和根据具有普适性的发光二极管的性能退化数据随位移吸收剂量的变化曲线以及发光二极管的在轨位移吸收剂量，获得发光二极管的在轨性能退化数据的步骤。本发明所述发光二极管的在轨性能退化预测方法特别适用于对发光二极管进行在轨性能退化预测。

Description

一种发光二极管的在轨性能退化预测方法
技术领域
本发明涉及一种半导体光电器件的在轨性能退化预测方法，属于器件在轨性能退化预测技术领域。
背景技术
近年来，发光二极管被越来越多地应用于航天器。在航天器在轨运行的过程中，发光二极管会不可避免地受到多种空间环境的伤害，尤其是空间带电粒子辐射环境的伤害。空间带电粒子辐射环境主要包括地球辐射带、银河宇宙线和太阳宇宙线。这其中，地球辐射带和太阳宇宙线因均能够导致电离效应、位移效应和单粒子效应而对发光二极管的影响较大。
在航天器的设计与研发过程中，必须准确地理解航天器所在的空间辐射环境。如果低估了空间辐射环境对发光二极管的损伤能力，会使航天器的在轨可靠性下降，航天器系统性能加速退化，甚至导致航天器出现致命的故障。而如果高估了空间辐射环境对发光二极管的损伤能力，采取了过多的保护措施，不仅会增加成本，更会影响航天器的实际有效载荷数量和质量。因此，需针对不同轨道环境的特点，定量表征轨道带电粒子的分布，并在此基础上对航天发光二极管的在轨性能退化进行预测与评估。
现有发光二极管的在轨性能退化预测方法通常以地面辐照试验的方式为主，每次对发光二极管的在轨性能退化进行预测时，都需要进行相应的地面辐照试验，这将耗费大量的人力、物力与时间。因此，急需寻找到一种具有普适性的发光二极管的在轨性能退化预测方法。
发明内容
本发明为解决现有发光二极管的在轨性能退化预测方法不具备普适性的问题，提出了一种发光二极管的在轨性能退化预测方法。
本发明所述的发光二极管的在轨性能退化预测方法包括：
步骤一、通过对发光二极管进行地面辐照试验，获得具有普适性的发光二极管的性能退化数据随位移吸收剂量的变化曲线；
步骤二、根据预定的航天器轨道和航天器的设计在轨寿命，计算航天器轨道的位移吸收剂量，航天器轨道的位移吸收剂量即为发光二极管的在轨位移吸收剂量；
步骤三、根据具有普适性的发光二极管的性能退化数据随位移吸收剂量的变化曲线以及发光二极管的在轨位移吸收剂量，获得发光二极管的在轨性能退化数据。
作为优选的是，具有普适性的发光二极管的性能退化数据随位移吸收剂量的变化曲线的获得方法包括：
步骤一一、确定发光二极管的辐照敏感部位的厚度t1；
步骤一二、采用多种带电粒子分别对多个发光二极管进行地面辐照试验，并获得多条发光二极管的光性能参数随带电粒子辐照注量的变化曲线；
多个发光二极管的型号均相同；
对于每种带电粒子，初始能量下的带电粒子的射程大于或等于4t1且满足DD＞1.4×10-13rad/(1/cm2)；
其中，DD为带电粒子在辐照敏感部位的位移损伤能力；
步骤一三、将多条发光二极管的光性能参数随带电粒子辐照注量的变化曲线分别转换为多条发光二极管的性能退化数据随位移吸收剂量的变化曲线；
步骤一四、将多条发光二极管的性能退化数据随位移吸收剂量的变化曲线拟合为一条曲线；
该曲线即为具有普适性的发光二极管的性能退化数据随位移吸收剂量的变化曲线。
作为优选的是，在步骤一二中，对于每种带电粒子，至少选择5个辐照注量点，所述5个辐照注量点均位于106/cm2～1014/cm2的辐照注量区间内。
作为优选的是，步骤一二通过蒙特卡罗算法确定带电粒子的初始能量。
作为优选的是，步骤一三通过蒙特卡罗算法计算初始能量下的带电粒子的位移损伤能力，进而获得位移吸收剂量。
作为优选的是，步骤二通过蒙特卡罗方法计算航天器轨道的位移吸收剂量。
本发明所述的发光二极管的在轨性能退化预测方法，先通过对发光二极管进行地面辐照试验，获得具有普适性的发光二极管的性能退化数据随位移吸收剂量的变化曲线。再根据预定的航天器轨道和航天器的设计在轨寿命，确定发光二极管的在轨位移吸收剂量。最后根据具有普适性的发光二极管的性能退化数据随位移吸收剂量的变化曲线以及发光二极管的在轨位移吸收剂量，获得发光二极管的在轨性能退化数据。因此，与现有的发光二极管的在轨性能退化预测方法相比，本发明所述的发光二极管的在轨性能退化预测方法普遍适用。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明所述的发光二极管的在轨性能退化预测方法进行更详细的描述，其中：
图1为实施例所述的超辐射发光二极管的在轨性能退化预测方法的流程框图；
图2为实施例提及的超辐射发光二极管的辐照敏感部位的结构示意图；
图3为实施例提及的不同初始能量和辐照通量的质子与碳离子辐照下的多条超辐射发光二极管的光功率退化率随带电粒子辐照注量的变化曲线图；
图4为实施例提及的不同初始能量的单个质子与碳离子辐照下的超辐射发光二极管辐照敏感部位的位移吸收剂量曲线图；
图5为实施例提及的具有普适性的超辐射发光二极管的光功率退化率随位移吸收剂量的变化曲线图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明所述的发光二极管的在轨性能退化预测方法进一步说明。
实施例：下面结合图1～图5详细地说明本实施例。
本实施例的在轨性能退化预测对象为超辐射发光二极管；
本实施例所述的超辐射发光二极管的在轨性能退化预测方法包括：
步骤一、通过对超辐射发光二极管进行地面辐照试验，获得具有普适性的超辐射发光二极管的性能退化数据随位移吸收剂量的变化曲线；
步骤二、根据预定的航天器轨道和航天器的设计在轨寿命，计算航天器轨道的位移吸收剂量，航天器轨道的位移吸收剂量即为超辐射发光二极管的在轨位移吸收剂量；
步骤三、根据具有普适性的超辐射发光二极管的性能退化数据随位移吸收剂量的变化曲线以及超辐射发光二极管的在轨位移吸收剂量，获得超辐射发光二极管的在轨性能退化数据。
本实施例获得具有普适性的超辐射发光二极管的性能退化数据随位移吸收剂量的变化曲线的方法包括：
步骤一一、确定超辐射发光二极管的辐照敏感部位的厚度t1；
步骤一二、采用多种带电粒子分别对多个超辐射发光二极管进行地面辐照试验，并获得多条超辐射发光二极管的光性能参数随带电粒子辐照注量的变化曲线；
多个超辐射发光二极管的型号均相同；
对于每种带电粒子，初始能量下的带电粒子的射程大于或等于4t1且满足DD＞1.4×10-13rad/(1/cm2)；
其中，DD为带电粒子在辐照敏感部位的位移损伤能力；
步骤一三、将多条超辐射发光二极管的光性能参数随带电粒子辐照注量的变化曲线分别转换为多条超辐射发光二极管的性能退化数据随位移吸收剂量的变化曲线；
步骤一四、将多条超辐射发光二极管的性能退化数据随位移吸收剂量的变化曲线拟合为一条曲线；
该曲线即为具有普适性的超辐射发光二极管的性能退化数据随位移吸收剂量的变化曲线。
在本实施例的步骤一二中，对于每种带电粒子，至少选择5个辐照注量点，所述5个辐照注量点均位于106/cm2～1014/cm2的辐照注量区间内。
本实施例的步骤一二通过蒙特卡罗算法确定带电粒子的初始能量。
本实施例的步骤一三通过蒙特卡罗算法计算初始能量下的带电粒子的位移损伤能力。
本实施例的步骤二通过蒙特卡罗方法计算航天器轨道的位移吸收剂量。
为了说明本发明所述的发光二极管的在轨性能退化预测方法具有普适性，本实施例选择不同初始能量的质子和碳离子为辐照源，并在不同辐照通量下开展研究。在不同初始能量的质子和碳离子辐照下，原位检测超辐射发光二极管的光功率退化率随带电粒子辐照注量的变化。
超辐射发光二极管的光功率退化率＝(P0/P)2/3-1，式中，P0为初始光输出功率，P为辐照后光输出功率；
图3为不同初始能量和辐照通量的质子与碳离子辐照下的多条超辐射发光二极管的光功率退化率随带电粒子辐照注量的变化曲线图。如图3所示，在相同辐照注量条件下，质子的初始能量越低，其辐射损伤能力越大。同时可以看出，与质子相比，碳离子辐照会对超辐射发光二极管的辐照敏感部位造成更大的损伤。
本实施例采用蒙特卡罗算法计算不同初始能量的单个质子与碳离子辐照下的超辐射发光二极管辐照敏感部位的位移吸收剂量。图4为不同初始能量的单个质子与碳离子辐照下的超辐射发光二极管辐照敏感部位的位移吸收剂量曲线图。根据图4中的单个带电粒子辐照产生的位移吸收剂量，可将图3所示的超辐射发光二极管的光功率退化率随带电粒子辐照注量的变化曲线转换为超辐射发光二极管的光功率退化率随位移吸收剂量的变化曲线。
图5为具有普适性的超辐射发光二极管的光功率退化率随位移吸收剂量的变化曲线图。根据图5可知：本实施例所述的超辐射发光二极管的在轨性能退化预测方法能够将不同初始能量以及类型的带电粒子的辐射损伤进行归一化，方便对超辐射发光二极管的在轨性能退化进行直接预测。对于地球同步轨道，当航天器任务期为10年时，位移吸收剂量为300rad。根据图5可准确预测出超辐射发光二极管的在轨光功率退化率。
本实施例针对超辐射发光二极管，基于某一特定能量和类型的带电粒子辐照，来归一化其他粒子辐照的损伤程度，并预测超辐射发光二极管的在轨性能退化规律，步骤简单，易于操作。本实施例所述的超辐射发光二极管的在轨性能退化预测方法，能够大幅度地降低试验费用，并且提高了试验操作人员的安全性和缩短试验时间，对超辐射发光二极管和其他光电子器件空间环境效应地面模拟试验和研究具有重大的意义。在空间环境效应研究与抗辐照加固技术应用中，有着明显的优势和广泛的应用前景。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (5)

1.一种发光二极管的在轨性能退化预测方法，其特征在于，所述在轨性能退化预测方法包括：
步骤一、通过对发光二极管进行地面辐照试验，获得具有普适性的发光二极管的性能退化数据随位移吸收剂量的变化曲线；
步骤二、根据预定的航天器轨道和航天器的设计在轨寿命，计算航天器轨道的位移吸收剂量，航天器轨道的位移吸收剂量即为发光二极管的在轨位移吸收剂量；
步骤三、根据具有普适性的发光二极管的性能退化数据随位移吸收剂量的变化曲线以及发光二极管的在轨位移吸收剂量，获得发光二极管的在轨性能退化数据；
具有普适性的发光二极管的性能退化数据随位移吸收剂量的变化曲线的获得方法包括：
步骤一一、确定发光二极管的辐照敏感部位的厚度t1；
步骤一二、采用多种带电粒子分别对多个发光二极管进行地面辐照试验，并获得多条发光二极管的光性能参数随带电粒子辐照注量的变化曲线；
多个发光二极管的型号均相同；
对于每种带电粒子，初始能量下的带电粒子的射程大于或等于4t1且满足DD＞1.4×10-13rad/(1/cm2)，其中，DD为带电粒子在辐照敏感部位的位移损伤能力；
步骤一三、将多条发光二极管的光性能参数随带电粒子辐照注量的变化曲线分别转换为多条发光二极管的性能退化数据随位移吸收剂量的变化曲线；
步骤一四、将多条发光二极管的性能退化数据随位移吸收剂量的变化曲线拟合为一条曲线；
该曲线即为具有普适性的发光二极管的性能退化数据随位移吸收剂量的变化曲线。
2.如权利要求1所述的发光二极管的在轨性能退化预测方法，其特征在于，在步骤一二中，对于每种带电粒子，至少选择5个辐照注量点，所述5个辐照注量点均位于106/cm2～1014/cm2的辐照注量区间内。
3.如权利要求2所述的发光二极管的在轨性能退化预测方法，其特征在于，步骤一二通过蒙特卡罗算法确定带电粒子的初始能量。
4.如权利要求3所述的发光二极管的在轨性能退化预测方法，其特征在于，步骤一三通过蒙特卡罗算法计算初始能量下的带电粒子的位移损伤能力，进而获得位移吸收剂量。
5.如权利要求4所述的发光二极管的在轨性能退化预测方法，其特征在于，步骤二通过蒙特卡罗方法计算航天器轨道的位移吸收剂量。
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