中波红外3 μm～5 μm宽带通滤光片的研制

 中波红外宽带通滤光膜通常膜系层数多,膜层总厚度非常大（厚度达到10 μm左右）,膜层的镀制工艺难度较大。通过分析红外带通滤光片几种设计方法的特点,并结合实际镀制工艺技术,采用了长波通与短波通及非规整薄膜设计技术相结合的方法,设计了以锗材料为基底的中波3 μm～５ μm宽带通滤光膜。该设计大幅度降低了膜层的总厚度（约为8.65 μm）,缩短了膜层的镀制周期,提高了膜层的牢固度;在膜层的镀制工艺过程中,通过改变薄膜材料的蒸发速率、修正蒸发硫化锌材料时电子枪的扫描方式、调整蒸发材料在坩埚中的装载方法,使膜层获得了优异的光谱性能,其通带平均透过率大于96%,截止区域的平均透过率小于1%。     

中心波长14.95μm超窄带滤光片的研制

讨论了大气探测红外分光辐射计第1光谱通道超窄带滤光片的研制情况。采用富碲碲化铅材料作为高折射率膜层材料,通过控制沉积速率、沉积温度、真空度等工艺参数,镀制的膜层具有小的自由载流子浓度,整个膜系具有低的光吸收和高的透射能量。研制出入射光束半锥角Φ为18°时,中心波长14.95μm、带宽0.065μm、相对带宽小于0.5%的长波CO2超窄带滤光片。该超窄带滤光片已实现空间应用5年,在天气预报数据获取中工作稳定。     

硅薄膜的短波红外光学特性和1.30μm带通滤光片

在短波红外区域(1～3μm),硅薄膜材料因其具有折射率高、透明性好、膜层应力易匹配等诸多优点而得到广泛应用。基于改进后的Sellmeier模型拟合出了制备的硅薄膜的短波红外光学特性,以此为基础,选用硅和二氧化硅两种材料,设计并制备出中心波长在1.30μm,相对带宽2.46%的带通滤光片。利用了硅薄膜在波长小于1.0μm波段的吸收特性较好地扩展了带外截止范围。测量结果表明,具有2个谐振腔的带通滤光片峰值透射率达到85.8%,半功率带宽控制在约32nm,带外截止范围覆盖了波长小于1.75μm的光谱区域。     

高功率中红外3.8 μm激光器

 采用1.06 μm激光泵浦准相位匹配周期极化铌酸锂（PPMgLN）晶体光参量振荡器,实现高功率高效率高重复频率3.84 μm中红外激光输出。泵浦源为椭圆光斑1.06 μm激光,PPMgLN晶体MgO摩尔分数为5%,光参量振荡器为外腔单谐振结构,采用e→e+e相位匹配,利用了PPMgLN晶体的最大非线性系数。在1.06 μm激光功率为73 W,声光Q开关工作频率为7.5 kHz的条件下,获得平均功率8.3 W,波长3.84 μm激光输出,光-光转换斜率效率14.1％,水平和垂直方向光束质量平方因子分别为1.94,4.57。     

表面热透镜技术测量3.8μm和2.8μm激光薄膜的微弱吸收

 采用表面热透镜技术，对3.8μm和2.8μm激光辐照下镀制在Si基底上的单层ZnS，YbF₃和YBC薄膜及不同膜系的YbF₃/ ZnS多层分光膜和多层高反膜，以及镀制在CaF₂基底上的增透膜进行了吸收测量，并对3.8μm和2.8μm 激光的测量结果进行了比较分析。实验结果表明，2.8μm波长下的吸收比3.8μm的大得多，两者之间约相差一个量级，测得的多层高反膜YbF₃/ZnS薄膜在的3.8μm处的最低吸收为4.57×10^－4，测量系统的灵敏度约为10^-5。     

高功率中红外3.8 μm激光器

采用1.06 μm激光泵浦准相位匹配周期极化铌酸锂（PPMgLN）晶体光参量振荡器,实现高功率高效率高重复频率3.84 μm中红外激光输出。泵浦源为椭圆光斑1.06 μm激光,PPMgLN晶体MgO摩尔分数为5%,光参量振荡器为外腔单谐振结构,采用e→e+e相位匹配,利用了PPMgLN晶体的最大非线性系数。在1.06 μm激光功率为73 W,声光Q开关工作频率为7.5 kHz的条件下,获得平均功率8.3 W,波长3.84 μm激光输出,光-光转换斜率效率14.1％,水平和垂直方向光束质量平方因子分别为1.94,4.57。     

屏蔽电磁波和红外的激光滤光片研制

为了研制具有高效电磁屏蔽功能的反红外、透1064nm激光的滤光片,基于金属薄膜诱导理论和多层薄膜的干涉原理,设计了诱导滤光膜的膜系结构,并讨论了金属Ag薄膜厚度误差对滤光片光谱性能的影响。采用离子束辅助沉积的方式制备膜系中的介质薄膜,采用离子束溅射方式制备了金属Ag薄膜;利用放大膜厚控制误差的方法,精确地监控薄层金属Ag膜的沉积厚度,同时避免了Ag膜被氧化。通过工艺实验,制备的滤光片在1064nm激光波长的透射率达到88%以上、中长波红外波段反射率达90%以上,对18～36GHz电磁波屏蔽效能达到23dB以上,具有良好的中长波红外及电磁波屏蔽功能。     

硒化锌基底2～16μm超宽带硬质红外增透膜的研制

硒化锌材料具有较宽的透光区,使其在红外区有着广泛的应用,然而其作为基底,镀制超宽带增透膜却有相当大的难度,尤其是膜层强度问题。设计出了硒化锌基底上2～16μm的多层超宽带增透膜,并采用离子束辅助沉积工艺在硒化锌基底上进行了多次实验,并对所使用的氟化钇(YF_3)和硒化锌膜料进行了分析,发现YF_3在3400和1640 cm~(-1)两个波数处的吸收峰。通过将低折射率层改为氟化钡和氟化钇的组合层后,在硒化锌基底上成功镀制出了多层宽带增透膜并采用脉冲电弧离子镀技术在多层薄膜的表面镀制了一定厚度的类金刚石(DLC)薄膜,增强了膜层的强度。最终使硒化锌基底上镀制的超宽带增透膜在2～16μm范围内的平均透射比大于93%,峰值透射比大于97%,并且膜层的强度较好。     

3.5～12.5μm三波段宽带红外Ge窗口多层增透膜的研制

介绍了利用三种材料Ge、ZnS和YbF3在Ge基片上制备3．5～12．5μm三波段宽带增透膜的膜系设计、制备工艺及光学、机械性能测试结果。该元件可应用于空间红外遥感系统。     

1.3～5μm宽波段红外成像光学系统设计

宽波段红外成像技术可以获取丰富的波段信息,在目标识别和频谱分析中具有独特的优势。设计了一种1.3~5μm宽波段短中波红外光学系统,该光学系统采用二次成像设计,包括7块透镜和2片反射镜,其中使用了2片硅非球面和1片硒化锌基底衍射面用以校正像差和色差。利用光学设计软件给出了系统的光学参数和二维外形结构图,并且对其像质和冷反射进行了系统分析。该系统可以实现在工作波段1.3~5μm宽波段中成像,其F数为2,满足100%冷光阑效率。该系统结构紧凑,像质较好,能够实现宽波段成像要求。     

基于组合Fabry-Perot膜系的中波红外双色滤光片设计

双色滤光片的膜系设计方法有多种,如自动优化设计、缓冲层和组合膜系设计、加厚间隔层的Fabry-Perot(F-P)膜系、双峰结构F-P膜系的多次重复,以及具有分形结构的F-P膜系设计等方法。但它们在特定通道带宽和通道间距要求的膜系设计中,或者在膜系的工艺可实施性方面存在一定的局限性。运用目标光谱拟合优化后的两个具有增透带的F-P膜系相组合的设计方法,有效解决了较宽通道带宽和较大通道间距的双色滤光片的设计问题。采用Ge和Si O两种材料,利用有限的38层薄膜,在中波红外波段设计出了波形良好的双色滤光片,其两个通道的相对带宽均为9%,两个通道中心波长位置比可以在1.4~5.0的范围内进行调整,通带边缘陡度不大于2.0%。这种膜系结构的双色滤光片具有通带宽度和位置方便调控的特点,并有较强的可实施性。     

8～14μm波长低红外发射率涂料的研究

研究了红外隐身涂料粘合剂的物理和化学性能,以及红外隐身涂料粘合剂、填料、颜料颗粒的红外发射率。通过研究发现,铝粉和氧化铅具有较低的发射率,并得到了以有机硅清漆和EPDM(三元乙丙橡胶)接枝聚合物为基体的低红外发射率涂料,它有助于对红外隐身涂料粘合剂、填料、颜料颗粒的选择。     

1.4μm～1.7μm宽带光放大材料研究

宽带光放大是指在整个硅基光纤最低损耗带1.4μm～1.7μm能够获得有效信号净增益的光放大。研究高效的宽带光放大材料可以大大满足人们提高通信容量和实现光集成的要求。材料体系的研究主要集中在稀土掺杂氧化物薄膜、玻璃材料和有机聚合物材料上。着重从宽带的获得、发光性能的改善和发光机理的探索3个方面介绍了稀土掺杂玻璃和薄膜材料的研究进展。结合已经取得的结果和积累的经验,探讨了提高发光效率的方法,指出纳米结构设计的共掺材料体系可以获得有效的宽带发光。最后展望了本领域的发展前景。     

0.6～1.55μm可见/近红外超宽带增透膜的研制

针对可见/近红外宽谱段光谱仪探测器窗口的使用要求,选择TiO2、M1和SiO2分别作为高、中、低折射率镀膜材料,通过不同方案对膜系进行了优化设计和比较。采用电子束蒸发兼离子束辅助沉积技术,通过不断调整工艺参数,得到了光学性能优良、制备重复性好、牢固度强且致密的可见近红外宽带增透膜。该增透膜在（650±10）nm、900～1 100 nm和（1470±10）nm三波段内平均透过率≥99%,在620～1 550 nm宽波段内整体平均透射率≥97%,满足了光谱仪探测器窗口的实际使用要求。     

锗基底7～11.5μm高性能红外宽带减反射膜的研究

为了提高锗基底的透过率和膜层的机械强度，对锗基底上高性能的红外宽带减反射膜的设计与制备工艺进行了研究。介绍了红外宽带减反射膜的膜料选择、膜系设计以及采用 离子束辅助沉积该膜系的过程。给出了用该方法制备的7～11.5μm波段宽带减反射膜的实测光谱曲线，其峰值透过率高达99.5％以上，在设计波段范围内平均透过率大于97.5％， 膜层附着性能好，光机性能稳定。这对于红外光学系统的应用具有十分重要的意义。     

机载光电设备红外8～12μm光学窗口技术研究

基于机载光电设备红外窗口的性能要求，对几种8～12μm波段红外材料的性能进行了比较，分析ZnS材料作为长波红外窗口的优越性，并对两种不同工艺制备的ZnS的光学、力学和热性能进行了分析和比较，对以ZnS为基底的窗口材料的镀膜选择进行了分析．介绍了一种红外窗口厚度的确定方法，并对不同厚度及镀膜前后的ZnS样品进行了透过率的测试．     

我国第一部红外（2～5μm）光纤通信专著

我国第一部红外（２～５μｍ）光纤通信专著干福嘉院士所著的《超长波长（２～５ｕｒｎ）红外光纤通信》（山东科技出版社出版，１９９４）一书系统地介绍了新一代光纤通信领域中的一个重要分支－－超长波长红外光纤通信的发展现状、基本原理、关键技术及相关的单元器件，...     

红外探测器三波段高通滤光片的研制

红外探测器在空间探测以及目标发现和跟踪技术中具有极为重要的应用,其性能的优劣直接关系到获取数据的准确性和可信性。为了提高红外信号的分析灵敏度,降低探测器的噪声,在（CVD）ZnS基底上,采用电子束及离子辅助沉积技术,研制了3 m～5 m高透、1.064 m～2.5 m波段截止的高通滤光膜。为了有效防止1.064 m波段处的激光对探测器造成的激光损伤,以保证探测器的正常工作,根据激光器的输出功率制备了对1.064 m激光波段具有1%,0.1%,0.01%数量级衰减能力的系列高通滤光膜,使红外探测器更具灵活性与智能化的特征。     

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。