双波段截止分色滤光片研究

为实现45°入射情况下K9基底上双波段截止分色的特性(截止带波长0.5~0.68μm、0.73~0.79μm,通带波长0.83~0.87μm),采用F-P型的带通滤光片膜系结构为初始结构,与常规设计理念相比有效减少了膜层的数量,薄膜的高折材料采用Ti O2,低折材料采用Si O2,以实现双波段截止的目的。膜层的设计层数为23层,总厚度为2.278μm,借助电子束蒸发物理气相沉积法实现了镀制,利用分光光度计对镀制样品的透过率进行评估。测试结果显示,截止区(0.5~0.68μm和0.73~0.79μm)平均截止深度分别达到了12.57%和20.39%,通带0.83~0.87μm波段内的平均透过率达到了91.35%,样品测试曲线与设计相比,"蓝移"将近10 nm。薄膜样品基本实现了设计目标,具有双波段截止、高通带透过率的特性。在环境测试中:薄膜表现出显著的稳定性,膜层间匹配度适宜。该双波段截止分色滤光片能够应用在一些极端的情况下。     

卫星激光防护薄膜窗口的设计与制备技术研究

当前反卫星激光武器发展迅猛,迫切需要研究和发展卫星的激光防护技术,以增强卫星在空间的生存与防护能力。本文采用可见光-近红外透明和中波吸收的玻璃基底与线性激光防护薄膜相结合的设计方法,在玻璃基板一面设计分光膜,实现1. 315μm波长的反射和0. 5～0. 8μm、1. 55μm波段的增透,在玻璃基板另一面设计双波段减反射膜,实现0. 5～0. 8μm和1. 55μm波段的增透。采用离子束溅射沉积技术,实现了激光防护窗口薄膜的制备,在0. 5～0. 8μm的平均透过率大于96%,1. 55μm的透过率大于98%,1. 315μm的透过率小于0. 1%,在2. 7μm的透过率为30%,在3. 8μm的透过率为1. 1%。实验结果表明,该方法实现了可见光-近红外-中红外波段激光防护窗口的制备,对于卫星平台防护激光武器具有重要作用。     

远红外窗口聚乙烯性能研究

采用压缩模塑法制备了聚乙烯远红外窗口，对红外窗口材料的成型条件和性能进行了测试分析。结果表明，成型温度为150℃，样品的成型压力对红外透过率没有影响，窗口材料的红外透过率随厚度的增加而减小，最后选定样品厚度为2mm，在15μm以后具有较好的透过率。抗腐蚀性能测试结果表明，材料耐强酸、强碱及部分有机溶剂。     

基于太阳宽谱直接辐射测量获取激光大气透过率

随着激光技术在众多科学领域的应用,激光波段大气透过率的实时获取尤为重要。基于测量和模拟结果研究,提出基于太阳辐射计的宽谱直接辐射测量提取红外波段激光大气透过率的方法,该方法低成本、高时效、可同时获得多波段的激光大气透过率。对比研制的ISP型近红外太阳辐射计与POM02的实测结果可知:对应波段透过率和水汽总量误差都小于7%;由1.31μm与1.32μm分别提取到1.315μm波段的透过率,两者误差小于4%,提取的误差与水汽含量成正比,并由1.32μm反演得到水汽总量,与0.94μm反演得到的水汽总量结果对比,误差小于10%。因此,在无0.94μm波段测量时,可以考虑用1.32μm波段反演水汽总量。将该方法与激光传输评估软件根据实时测量的大气参数模拟计算得到的1.315μm激光大气透过率进行对比,误差小于6%。该方法对激光工程在实际大气中的应用具有参考价值。     

基于氧化物的0.8~1.7μm和3.7~4.8μm硬质宽带红外增透膜研制

从实际应用出发,在0°入射的条件下,在ZnS基底上针对0.8~1.7 μm和3.7~4.8 μm两个红外波段,设计并制备了双波段红外增透膜。论述了材料选择、膜系设计和制备方法,最终使用等离子辅助沉积技术在ZnS窗口上制备出双波段红外增透膜,透过率及环境测试结果表明：在0.8~1.7 μm波段双面平均透过率大于95%,在3.7~4.8 μm波段双面平均透过率大于96%。膜层结合牢固并有良好的耐摩擦性能。     

硫化锌表面微结构抗反射特性的理论模拟及制备EI北大核心CSCD

针对硫化锌表面微纳米结构在中远红外波段7~10μm的增透性能开展理论及实验研究。基于时域有限差分软件建立物理模型,理论研究微结构参数变化对减反性能产生的影响,依据红外光谱值分布图宏观展示微结构参数与透过率的关系。利用飞秒激光在空气环境中制备不同规格的微纳米结构阵列,通过实验实现了设计的结构。分别测试样品在中远红外波段7~10μm范围内透过率,其中8μm的网格结构在8.5~10μm波段的平均透过率可提高4%,在10μm波长处透过率提升7%。实验结果表明所制备的结构具有良好的抗反射性能。对比结果显示实验所示透过率变化趋势与仿真结果具有一致性。     

固体发烟剂烟雾几种波段透过率测试

为了获得固体发烟剂烟雾对几种光学波段的衰减数据,针对发烟剂的特定成分,采用烟箱法对其产生的烟雾在可见光0.4 μm~1 μm宽波段、1.06 μm激光波段、10.6 μm激光波段和远红外8 μm~14 μm波段进行透过率测试,获取3种干扰剂烟雾对不同波段的质量消光系数,得到4种波段在不同浓度不同干扰剂下的3组透过率曲线。测试结果表明:在4.8 m烟道上、发烟弹烟雾浓度<1.094 7 g/m3的条件下,10.6 μm激光透过率较1.06 μm激光高出一倍;红外热像仪的功用远优于硅CCD相机。     

Te基远红外硫系玻璃光纤的制备及性能分析

随着光学技术由可见向中、远红外等长波长领域的发展,可透远红外的玻璃光纤研究成为近年来光学领域的发展热点之一.传统含Se的Te基硫系光纤无法工作于12μm以上的远红外.本文研究了新型GeTe-AgI硫系玻璃体系的提纯制备,利用挤压技术,制备了阶跃型GeTe-AgI远红外光纤,其光学损耗为:15.6 dB/m@10.6μm,整体低于24 dB/m@8—15μm.在实验过程中,首先采用传统的熔融-淬冷法和蒸馏纯化工艺制备了GeTe-AgI高纯玻璃样品.利用差示扫描量热仪、红外椭偏仪、红外光谱仪等测试了玻璃的物理性质和红外透过性能,分析了提纯工艺、AgI原料纯度对玻璃形成以及透过的影响,最后采用分步挤压法制备了芯包结构光纤.实验结果表明:蒸馏提纯和AgI原料纯度对玻璃的透过性能有着决定性的影响,同时Te含量的增加影响了玻璃的抗析晶能力,但新型挤压制备工艺和有效提纯技术共同保障了较低损耗Te基光纤的制备,所获得的GeTe-AgI光纤具有远红外宽谱应用的潜能(工作波段5.5—15μm)并且绿色环保,可以满足CO_2激光的能量传输和远红外传感应用.     

氧化铟掺铪红外透明导电薄膜

采用射频磁控溅射与退火工艺相结合的方法,分别在石英和硒化锌(ZnSe)衬底上制备了掺铪氧化铟(IHfO)薄膜,掺杂比例In2O3∶HfO2为98wt.%∶2wt.%.测试了薄膜的组成结构和3～5μm红外波段的光电性质,分析了退火温度、薄膜厚度和氧气流速对薄膜性能的影响.X射线衍射、扫描电子显微镜和X射线能谱表明,制备的IHfO薄膜具有氧化铟的立方体结构,掺杂铪并没有影响氧化铟的生长方向,但是减小了晶格间距,铪与铟外层电子形成新的杂化轨道.傅里叶变换红外光谱表明,随着退火温度的增加,IHfO薄膜在3～5μm波段的透过率逐渐下降,沉积在ZnSe衬底上的薄膜具有更平稳的透过率,厚度为100nm薄膜在3～5μm波段平均透过率为68%.测试霍尔效应表明,随着氧气流速的增加,IHfO薄膜电阻率逐渐增加,载流子浓度减小,霍尔迁移率变化不明显.晶界散射是影响IHfO薄膜迁移率的主要因素,当氧气流速为0.3sccm时,薄膜最佳电阻率为3.3×10~(-2)Ω·cm.与透可见光波段的导电氧化铟锡(ITO)薄膜相比,制备的IHfO薄膜可以应用在3～5μm红外波段检测气体,红外制导等领域.     

大尺寸KBr晶体生长及光透过性能的研究

采用提拉法生长工艺,对影响晶体透过率和吸收性能的因素进行了详细的分析,设计了合理的工艺参数,生长出了大尺寸(Φ150mm×150mm)、高透过率的溴化钾晶体(分子式:KBr)。透射谱结果表明其透过波段位于0.3-34μm,透过率高达80%左右。分析了散射颗粒形成的原因。     

3.7 μm～4.8 μm波段折/衍混合红外光学系统的无热化设计

研究了混合式红外光学系统的光学无热化设计方法,在设计中引入了热差互补的设计思想,将无热化应满足的设计方程作为CODEⅤ中优化的约束条件,设计出工作于3.7 μm～4.8 μm波段、F/#为2、视场角为±5°、焦距为70 mm的具有100%冷屏效率的折/衍混合式消热差物镜.该系统在-40 ℃～60 ℃温度范围内成像质量接近衍射极限,可供像元大小为15 μm的高分辨率致冷型凝视焦平面探测器使用.     

蛋白石型光子晶体红外隐身材料的制备

基于光子晶体的红外隐身材料,主要采取一维层层堆叠结构和三维木堆结构等来实现对红外波段电磁波辐射性能的调控.本文报道了一种操作简易、成本低廉的光子晶体红外隐身材料制备方法.通过优化的垂直沉积法,微米级SiO_2胶体微球自组装成高质量的蛋白石型光子晶体结构.对SiO_2胶体微球进行优选,成功制备了禁带位于2.8—3.5μm,8.0—10.0μm的SiO_2胶体晶体蛋白石型光子晶体材料.该材料可改变目标相应波段的红外辐射特征,具有目标红外波段的隐身效果.     

近中红外与1.06μm和1.54μm激光兼容隐身光子晶体研究

为实现飞行器高温部分的红外与激光兼容伪装,设计了一种基于一维光子晶体的近中红外与1.06μm和1.54μm激光兼容隐身材料。基于薄膜的传输矩阵法和异质结构理论,拓展了光子晶体的禁带宽度,使之覆盖近中红外波段;随后,利用掺杂原理,在光子晶体周期结构中引入了两种缺陷。结果显示,在1~5μm的带隙中出现了波长分别为1.06μm和1.54μm的缺陷模,反射率分别为1.21%和1.79%,这种具有"光谱挖空"特性的光子晶体可以实现近中红外与1.06μm和1.54μm激光兼容隐身。     

双色红外共孔径消热差光学系统设计

针对红外搜索跟踪系统对目标的探测,为提高光学系统在复杂背景下的探测能力,设计了双色红外共口径光学系统。系统工作波段为红外中波3 m~5 m和红外长波8 m~12 m,采用分光型RC系统实现双波段共孔径清晰成像,总焦距为400 mm,相对孔径D/f=1/2,全视场角为2,为了抑制中波的热辐射杂光,对中波系统实现了二次成像,通过红外材料与光焦度的合理分配实现了折反式被动消热差设计。设计结果表明,系统在-40℃～+60℃工作温度下像质优良,能够满足红外搜索跟踪系统的使用需求。     

Enhanced optical limiting effect in fluorine-functionalized graphene oxide

Nonlinear optical absorption of fluorine-functionalized graphene oxide (F-GO) solution was researched by the open-aperture Z-scan method using 1064 and 532 nm lasers as the excitation sources. The F-GO dispersion exhibited strong optical limiting property and the fitted results demonstrated that the optical limiting behavior was the result of a two-photon absorption process. For F-GO nanosheets, the two-photon absorption coefficients at 1064 nm excitation are 20% larger than the values at 532 nm excitation and four times larger than that of pure GO nanosheets. It indicates that the doping of fluorine can effectively improve the nonlinear optical property of GO especially in infrared waveband, and fluorine-functionalized graphene oxide is an excellent nonlinear absorption material in infrared waveband.     

红外探测装置中光谱分光镜的设计与制备

在红外探测装置中,光谱分光镜是用来把3 μm～5 μm和8 μm～12 μm 2个波段的光谱分开的零件.介绍了一种在通用镀膜机上制备光谱分光镜的新工艺.在该膜系的设计过程中,把Willey公式引入到对其平均透过率最高值进行估算的过程中,同时针对国产镀膜机控制精度不高的特点,尽量使用规整膜层进行设计.为了进一步提高8 μm～12 μm波段的透过率,在膜系的最外侧引进了一层自行配制的低折射率氟化物材料,制备出了符合技术指标的红外光谱分光镜.     

共口径双通道红外扫描成像光学系统

对双波段红外扫描成像光学系统进行了研究,结合三次成像技术和100%冷光栏效率技术,设计了一个共口径双通道红外扫描成像光学系统。该系统包括前端共用的双反射系统、分束镜、准直镜组、扫描镜和成像镜组。光波经过双反射系统在主镜之后被分束镜分成中波红外通道（3 m～5 m）和长波红外通道（10 m～12 m）,经准直镜组及成像镜组会聚探测器上,实现中波红外系统与长波红外系统共口径同步成像。设计结果表明,长波红外系统传递函数在18 lp/mm处达到0.4以上,中波红外系统传递函数在18 lp/mm处达到0.78以上,满足实际应用的要求。     

10倍全球面红外变焦光学系统设计

针对320240像素非制冷红外焦平面探测器,设计了一个工作波段为3.7 m~4.8 m的红外变焦光学系统。该系统由6片全球面透镜组成,采用硅和锗两种常见的红外材料,F数为2.5,后工作距为20 mm,可以实现15 mm~150 mm范围内连续变焦。设计评价结果表明:光学系统在探测器奈奎斯特频率16 lp/mm处,变焦范围内全视场MTF大于0.6, 0.7视场MTF接近0.7,整体接近衍射极限。焦平面探测器敏感元能量集中度大于70%,具有大相对孔径、长工作距、全球面的特点。在-20 ℃~60 ℃温度范围内,成像质量满足设计要求。     

实现复消色差的超常温混合红外光学系统

讨论了利用二元光学元件实现红外光学系统消热差的原理和方法,分析了二元光学元件的色散特性及其在校正二级光谱中的优越性,给出了实现复消色差和超常温消热差的混合红外光学系统设计实例.该系统焦距100mm,相对孔径1/2,视场角6°,工作波段8—11μm;采用了两种最常用的硅和锗材料,共三片,结构简单.在-80—200℃的超宽温度范围内,成像质量稳定并达到衍射极限,约在系统0.7孔径处轴向像差曲线基本相交于一点,实现了系统的复消色差. 关键词： 红外光学系统设计 消热差 复消色差 折射/衍射混合光学系统