石墨烯/纳米铜复合材料的制备及红外性能研究

采用原位还原法制备了还原石墨烯/纳米铜复合材料,对其进行表征分析.测量该材料的中远红外波段的复折射率,计算其吸收系数和大气窗口内的法向光谱发射率并进行实验验证,进而分析其在中远红外波段的吸收和辐射性能.结果表明,纳米铜吸附在还原石墨烯表面,粒径集中在15~25nm;不同尺寸的纳米铜、还原石墨烯及其表面缺陷和官能团等的吸收特性,使该复合材料在8~9.2μm、6~6.5μm、2~3μm波段内的吸收较强,且在远红外波段吸收最强;其在3~5μm的法向发射率在0.65~0.68范围内,法向发射率在8~9.5μm内有最小值0.53,而后稳定在0.58左右,其总法向发射率分别为0.66和0.59,且与测量值相符.该复合材料可用于红外吸收、消光材料和隐身涂料等方面.     

一种宽温双光谱红外搜索跟踪系统的设计

基于谐衍射光学元件特殊的色差和热差特性,将谐衍射元件应用于红外搜索成像系统中, 设计了一个双光谱宽温度范围的红外搜索跟踪成像系统,该系统工作波段为3.7—4.8 μm和8.7—11.3 μm, F数为2.5,有效焦距为200 mm,全视场角为5°, 环境温度为-80 ℃—200 ℃. 设计结果表明,使用谐衍射透镜不仅可以使系统在两个波段范围成像优良, 而且结构简单紧凑、透射比高、具有良好的消热差特性. 关键词： 光谱成像 红外搜索 热差     

生物材料红外波段消光性能分析

对制备的三种消光材料真菌An0429孢子,真菌Bb0919孢子以及真菌Cx0507孢子的红外波段消光性能进行了测试分析。静态测试采用压片法得到三种生物材料的镜面反射光谱,然后根据Krames-Kronig(K-K)关系对三种生物材料红外波段的复折射率进行了计算。由Mie理论计算得到三种生物材料红外波段的静态质量消光系数,并与几种无机非金属材料进行了对比。搭建烟幕箱实验平台,对三种生物材料3~5 μm波段动态质量消光系数进行了测试分析,得到三种消光材料的动态质量消光系数分别为1.257,1.065以及1.009 m2·g-1。测试分析结果表明,三种生物材料的红外波段消光性能优于常见的无机材料,其生产周期短,生产成本低,生产过程无毒,对环境友好等优点,使得生物消光材料具有较好的应用前景。     

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。     

中远红外隐身光子晶体薄膜的制备及隐身特性

采用传输矩阵法和蒸发镀膜工艺,设计并制备了一种中、远红外双波段兼容隐身的光子晶体薄膜。测量了该光子晶体膜层的实际厚度和中、远红外光谱反射率,所得结果与理论设计相吻合。研究结果表明,与红外隐身涂层和常规迷彩布两种传统红外隐身材料相比,光子晶体薄膜在中、远红外双波段抑制红外辐射的能力最强;室外环境辐照对光子晶体薄膜在8~14μm及3~5μm波段隐身效果的影响较小。     

基于敦煌场地定标的FY-3 MERSI反射太阳波段在轨响应变化分析

鉴于中分辨率光谱成像仪不能实现反射太阳波段的星上绝对辐射定标,提出了基于地表方向模型、矢量辐射传输模型6SV并联合MODTRAN吸收透过率校正的敦煌场替代定标新方法,4年的同步定标结果表明,除了水汽吸收中心波段之外,定标不确定度小于5%,而多数波段优于3%。以Aqua MODIS为辐射基准的大气顶辐射计算试验表明,正演与卫星观测间的平均偏差在波长<1 μm的窗区波段小于3%,波长>1 μm的小于5%(除了2.1 μm波段);此外,经场地定标的MERSI 表观反射率与MODIS具有很好的一致性。基于多年的场地定标结果发现：可采用二次多项式拟合定标系数的时间变化,进而实现逐天的定标更新;波长<0.6 μm的波段衰变较大,波段8(0.41 μm)入轨第一年的衰变率约为14%;在轨初期衰变最大,一年后趋缓,两年后部分波长>0.6 μm的波段出现响应增加现象。     

还原石墨烯光学波段复折射率及消光性能研究

在对氧化和还原石墨烯近紫外到近红外波段反射率谱测量的基础上,利用Kramers-Kronig关系计算其复折射率,并反推反射率与光谱分析确定误差水平;运用T矩阵法计算其在该波段的吸收和消光效率因子,分析其消光和吸收性能.结果表明,反推反射率值与实测值误差在10~(-6)量级,且其吸收谱线特征与复折射率虚部吻合;还原石墨烯的可见光-近红外消光和吸收较强,但紫外消光和吸收较弱;氧化石墨烯在紫外-可见光波段的消光和吸收较强,但在近红外波段迅速减弱.因此,该计算方法在两种材料上适用,且氧化和还原石墨烯均可用作宽波段的光吸收或消光材料,但还原石墨烯近紫外波段以及氧化石墨烯近红外波段的性能有待改善.     

燃烧喷焰的红外辐射特性分析

在探测燃烧形成的火焰目标时,由于不同红外波段辐射特性不同,不同波段下成像效果差异明显。以喷枪火焰为研究对象,用仿真与实验相结合分析了其在近红外(0.9～1.7 μm)、中红外(3.8～4.7 μm)、远红外(7.5～13 μm)三个波段下的红外辐射特性。从气体辐射理论出发,根据辐射传输方程对喷焰在0.9～1.7 μm、3.8～4.7 μm、7.5～13 μm三个波段下的红外辐射特性进行了计算和比较。通过辐射成像实验,对响应波段的辐射图像信息进行了采集,并与仿真计算结果进行了比对分析。结果表明:在640×512分辨率下火焰的中波红外成像目标像素约10 000个,包含了最多的信息量,其红外辐射强度最大,长波红外有效目标像素约7 000个,但其红外辐射分布最广且受环境影响最小,近红外成像像素约3 400个。为各类动力目标的探测和识别以及图像的融合、信息增强等提供了依据。     

梨花粉红外波段复折射率测定与分析

花粉是生物气溶胶重要的组成部分, 复折射率是研究花粉光学特性以及探测、识别生物气溶胶成分的重要参数。采用压片法对梨花粉2.5~15 μm波段的反射光谱进行了测量, 利用Krames-Kronig(K-K)关系计算了复折射率, 并就傅里叶红外光谱仪测试压片的入射角和复折射率长波长、短波长区外推两方面对结果作了误差分析。结果表明, 测试时18°入射角以及长波长、短波长区外推对梨花粉复折射率的计算结果影响不大, 利用反射光谱计算花粉复折射率的方法是可行的。计算得到的复折射率谱对梨花粉光学特性的研究以及生物气溶胶成分的探测、识别有一定的参考价值。     

梨花粉红外波段复折射率测定与分析

花粉是生物气溶胶重要的组成部分,复折射率是研究花粉光学特性以及探测、识别生物气溶胶成分的重要参数。采用压片法对梨花粉2.5~15 μm波段的反射光谱进行了测量,利用Krames-Kronig(K-K)关系计算了复折射率,并就傅里叶红外光谱仪测试压片的入射角和复折射率长波长、短波长区外推两方面对结果作了误差分析。结果表明,测试时18°入射角以及长波长、短波长区外推对梨花粉复折射率的计算结果影响不大,利用反射光谱计算花粉复折射率的方法是可行的。计算得到的复折射率谱对梨花粉光学特性的研究以及生物气溶胶成分的探测、识别有一定的参考价值。     

ZnS衬底上GeC/GaP增透保护膜系的制备及红外光学性质

把GeC/GaP双层膜用作ZnS衬底的长波红外(8~11.5μm波段)增透保护膜系。采用射频磁控溅射法,以高纯Ar为工作气体、单晶GaP圆片为靶制备了GaP薄膜;用射频磁控反应溅射法在高纯Ar和CH4的混合气体中,以单晶Ge圆片为靶制备了GeC薄膜。分别用柯西(Cauchy)公式和乌尔巴赫(Urbach)公式表示折射率和吸收系数,对薄膜的红外透射率曲线进行最小二乘法拟合,得到了它们的厚度及折射率、吸收系数等光学常数。GaP膜的折射率与块体材料的相近,在波长10μm处约为2.9;GeC膜的折射率较小,在波长10μm处约为1.78。用所得到的薄膜折射率,通过计算机膜系自动设计软件在ZnS衬底上设计并制备出了GeC/GaP双层增透保护膜系,当GaP膜厚较大时,由于吸收增大膜系增透效果较差;当GaP膜厚较小时,膜系有较好的增透效果。     

TeO2-Nb2O5-YF3 玻璃系统的形成区及性质研究

制备了一种新型的氧卤碲酸盐玻璃:TeO2-Nb2O5-YF3,给出并研究了TeO2-Nb2O5-YF3三元系统的玻璃形成范围。测试了玻璃的密度、折射率、差热(DTA)、拉曼光谱、红外透射光谱以及紫外吸收光谱,通过光谱分析研究了组分含量的变化对玻璃结构及红外透射特性的影响。实验结果表明,TeO2-Nb2O5-YF3玻璃系统具有优良的成玻璃性能和热稳定性等特性,而且在2.8~3.3μm区域内无明显的[OH]基团吸收,在中红外3~5μm区域具有优良透射性能,因此在中红外透射方面具有潜在应用价值。     

BaF2替代BaO 对钡镓锗酸盐玻璃光学性质的影响

在摩尔分数组成x(BaO),r(Ga2O),r(GeO2)为0．20,0．15,0．65的玻璃中,分别以摩尔分数0．05,0．10．0．15和0．20的BaF2替代BaO,研究了氟化物对玻璃折射率和光吸收性质的影响。结果表明,在玻璃中加入氟化物．玻璃折射率和色散降低,玻璃的紫外吸收边向短波侧迁移,而红外吸收边无明显变化。不含氟化物的氧化物玻璃中含有大量的OH基．这些OH基在2．24μm、2．97μm和4．23μm附近引起光吸收．在含氟化物的玻璃中,2．24μm的吸收峰消失,而2．97μm和4．23μm附近的吸收大大减弱。讨论了各OH基吸收峰的起源,利用计算机技术对2．97μm附近的OH基吸收峰进行了高斯峰分离。玻璃在2．24μm的弱吸收可能来自H2O分子的一个伸缩模和两个振动模的结合(p 2ρ)．4．23μm吸收带是由与非桥O形成强氢键的OH基(T-OH…O^--T)伸缩振动引起,而中心位于2．7～3．2μm的OH吸收带为受不同程度氢键影响的OH基伸缩振动吸收．这些吸收带叠加导致OH吸收带出现非对称性加宽,吸收中心随玻璃中OH含量不同发生移动。     

1064nm激光与远红外共窗口成像系统波长分离膜的研制

根据激光与远红外共窗口成像系统的技术要求,研制了一种波长分离膜,实现通过共窗口的激光与远红外光分离成像,即1 064nm高反射、8~14μm高透射.分析薄膜的微观结构,研究了薄膜材料吸潮前后的折射率变化,结合光学薄膜理论,优化膜系结构.在薄膜应力的基础上,优化膜层厚度,提高薄膜牢固性.研制的分离膜,1064nm反射率为99.71%,8~12μm平均透过率为97.1%,12~14μm平均透过率为90.1%,满足户外环境中长期使用的要求.     

Extraction of optical constants from mid-IR spectra of small aerosol particles

A direct method for extracting optical constants in the mid-infrared (IR), using small particle's spectra is presented. The method is based on the direct extraction of the optical constants from the measured spectra using the Rayleigh approach for absorbance cross section of small particles. This was achieved by using an experimental system combining a scanning mobility particle sizing system attached to a long-path IR cell, allowing simultaneous measurements of aerosol size distribution and their IR spectra.The inversion procedure was tested on crystalline ammonium sulfate aerosols, for which high resolution set of optical constants was obtained and were found to be in good agreement with recently published data. Since the extraction of the k and n spectra is deduced from the refractive index dependent complex function, the exact band features can be obtained, unlike the commonly used iterative methods that modify simultaneously both band features and scale of k and n during the calculation procedure. The suggested procedure is simple to apply; nevertheless, it is sensitive to scaling errors of the final constants resulting from uncertainties in total particle volume measurements.     

可见与红外双波段宽带增透膜的研制

根据军用光学仪器的使用要求,在多光谱ZnS基底上镀制增透膜,要求薄膜在可见与近红外波段400～1000 nm及远红外波段7～11 μm的平均透射率均大于90%.采用电子束真空镀膜的方法并加以离子辅助沉积系统,通过选择ZnS和YbF3作为高低折射率材料,利用最新OptilLayer软件三大模块的功能辅助,调整镀膜工艺参数,改进监控方法,减少膜厚控制误差,在多光谱ZnS基底上成功镀制符合使用要求的增透膜.所镀膜层在可见与近红外波段400～1000 nm的平均透射率大于91%,远红外波段7～11μm的平均透射率大于90%,能够承受恶劣的环境测试,完全满足军用光学仪器的使用要求.     

Antireflection coating on germanium for dual channel (3–5 and 7.5–10.6 μm) thermal imagers

The dual channel thermal imager, operating in the 3–5 and 7.5–10.6 μm wavelength bands, is one of the latest achievements in instrumentation for target recognition and acquisition. While the 3–5 μm band is utilised for detecting hot objects such as engine exhausts of vehicles and fighter planes, the 7.5–10.6 μm band is employed for human bodies and objects at ambient temperatures. Many substrates are available which transmit in both these wavelength bands and their transmission can be enhanced by providing a suitable antireflection coating. In this paper, a broad band antireflection coating on germanium substrate is reported. The design approach involves achieving a continuously varying refractive index from that of the incident medium to the substrate. The continuously varying refractive index profile may be generated by using a sequence of thin layers of high and low refractive index materials. In this design a continuous refractive index profile is approximated by using a 13-layer stack of thorium fluoride and germanium as low and high index coating materials respectively. This coating conforms to environmental stability standards and shows an average transmission of 91% in 3–5 μm band and 94.5% in 7.5–10.6 μm band with a peak of 97% at 9 μm on 10 mm thick germanium substrate. Polycrystalline germanium has 2.5% absorption for a 10 mm thick substrate.     

Optical and structural parameters of the ZnO thin film grown by pulsed filtered cathodic vacuum arc deposition

Transparent conductive ZnO film was deposited on glass substrate by pulsed filtered cathodic vacuum arc deposition (PFCVAD). Optical parameters such as absorption coefficient α, the refractive index n, energy band gap E_g and dielectric constants have been determined using different methods. Kramers-Kronig and dispersion relations were employed to determine the complex refractive index and dielectric constants using reflection data in the ultraviolet-visible-near infrared regions. The spectra of the dielectric coefficient were used to calculate the energy band gap and the value was 3.24 eV. The experimental energy band gap was found to be 3.22 eV for 357 nm thick ZnO thin film. The envelope method was also used to calculate the refractive index and the data were consistent with K-K relation results. The structure of the film was analyzed with an x-ray diffractometer and the film was polycrystalline in nature with preferred (002) orientation.     

Non-linear effects in the spectrum of 90° scattered laser light from gas breakdown plasmas

Laser radiation scattered at 90° from gas breakdown plasmas induced by focussed 10 nsec, 1.06 μm wavelength laser pulses was simultaneously spatially and spectrally analysed. The scattered spectra showed non-linear, side band generation, smearing out of spectral structure and Doppler shifts. The side bands are attributed to a non-linear refractive index n₂ = 0.6 × 10^-12 e.s.u. which causes phase modulation when a weak side band frequency beats with a strong centre frequency. The observations suggest a fast response non-linearity such as would arise from the near resonant non-linear polarizability of excited atoms.     

折射/谐衍射红外双波段成像光谱仪系统研究

为了获取足够的目标信息,充分利用中波红外和长波红外的光谱信息,建立了谐衍射中、长波红外超光谱成像系统.利用谐衍射元件独特的色散特性,将谐衍射透镜应用于中、长波红外超光谱成像系统中,使系统在中波红外3.7—4.8 μm和长波红外8—12 μm的2个红外大气窗口内获取数百个光谱图像.设计结果表明,中波红外波段,在18对线/mm处光学系统的调制传递函数(MTF)大于0.55,长波红外波段,在13对线/mm处光学系统的MTF大于0.5,光学系统的衍射环绕能,在中波红外波段30 μm半径范围内大于85%,在长波红外