舰载机双波段红外搜索预警系统研究

介绍了舰载机红外搜索预警系统概念、特点、技术优势,对舰载机双波段红外搜索预警系统的基本要求、组成结构和工作原理、关键技术及系统主要评价指标进行了分析,展望了其未来发展趋势。     

BFEL实现红外和X射线双波段运行的初步设计

 讨论了北京自由电子激光装置升级后实现红外和X射线双波段运行的主要物理和技术问题及其解决途径,并进行了初步设计。结果表明：红外自由电子激光器的波长调谐范围为4.9~16.8 μm,输出宏脉冲能量可达到50 mJ;背散射X射线光源可以覆盖0.45~3.49 keV能区,输出宏脉冲谱亮度为3.0×10²⁰ photons/(s·mm²·mrad²·0.1%BW),扩大了红外自由电子激光的应用范围,以及用户对相应能区X射线的应用需求。     

红外相机共孔径双波段成像光学系统

针对双波段成像系统可以有效提升红外相机的目标探测与识别能力,选择了折反射式双波段系统结构形成,提出共孔径分光路中波红外和长波红外双波段成像光学系统。2个谱段共用卡塞格林主光学系统,采用分色片实现双谱段分光。分光后2个谱段采用相互独立的中继透镜组, 通过二次成像,实现双波段冷光阑100%匹配。2个谱段焦距均为800 mm,工作谱段为3.7 m～4.8 m和7.7 m～10.3 m,中波和长波的F数分别为2.3和2.8,视场角为1.2,该光学系统各谱段在各自乃奎斯特频率处调制传递函数接近衍射极限,可满足实际使用需求。     

红外自适应系统中双波段望远镜与红外物镜设计

大孔径红外光学系统往往易受自重和环境温度影响造成像质恶化,引入自适应光学技术的红外自适应系统能够很好地解决该问题,为此设计了一个用于Hartmann-Shack波前检测的红外自适应光学系统。重点设计了10×可见光与中波红外双波段望远镜,物镜为卡赛格林反射物镜组,无需消色差,在可见光与中波红外2个波段实现了消色差目镜设计;还设计了红外成像中继光学系统,可实现100%冷光阑效率,并补偿望远镜在中波红外波段的残余像差,使最终设计的光学系统MTF接近衍射极限,达到了0.5以上,满足设计指标要求。     

基于假彩色的红外双波段图像融合方法

分析了人眼视觉和基于假彩色的NRL方法,并将其扩展应用到中波/长波双波段红外图像融合处理中.该方法以双波段红外图像不同的目标响应特征为基础,对RGB三通道分别赋值融合,给出了仿真实验的结果.利用熵和交叉熵等统计参量对多种融合方法的性能进行了定量的评价和比较,实验结果表明基于假彩色的红外双波段图像融合技术简单有效,有利于实时处理.     

中长波红外双波段自由曲面棱镜

为解决传统双波段红外成像系统构型复杂的问题,提出了一种将自由曲面棱镜引入双波段成像系统的一体式构型。基于设计中约束追迹光线角度的低灵敏度优化方法,实现了F数为1、焦距为20 mm、视场角为21.8°×16.4°的双波段（3.7～4.8μm和8.0～12.0μm）红外光学系统。在20 lp/mm空间频率处,系统中波红外波段和长波红外波段内所有视场的调制传递函数（MTF）分别高于0.79和0.67。经公差分析可知,该自由曲面棱镜的制造可采用单点车削机床实现。同时,完成了长波红外自由曲面棱镜的试制。     

红外场景投射器双波段投影光学系统设计

为了使红外场景投射器投射出的红外场景更加逼真,设计了一入瞳距800mm、入瞳100mm和视场为±2.5°的双波段红外场景投射器投影光学系统。研究了红外场景投射器双波段投影光学系统的设计过程,分析了初始结构选择的方法。该系统可以模拟主要发出波长为3~5μm的高温物体和波长为8~12μm的常温物体,可以分别使用3~5μm波段红外探测器和8~12μm波段红外探测器进行观测,并对该系统进行了像质评价和公差分析。     

激光与中波红外双波段光学系统设计

根据系统要求,进行激光与中波红外复合制导光学系统设计。该系统红外工作波长为3 m~5 m,激光工作波长为1.064 m,系统接收口径为250 mm,F数为1.4,要求MTF在33 lp/mm时大于0.4,光学透过率大于60%,使用的红外焦平面阵列像元数为640像素512像素,像元尺寸为15 m15 m。因为系统具有大孔径,小F数的特点,因此选择使用折反射式结构进行二次成像,并进行消热差处理。     

红外双波段目标模拟器方案与光学系统设计

通过对传统双波段目标模拟器的工作原理进行分析,针对其结构复杂以及生产成本较大的问题,提出一种只使用一套景象生成器和投影系统的双波段目标模拟器设计方案。利用分振幅的方法,通过滤光片和遮光片的遮挡滤光作用使2个波段的能量按特定的比例透过,在特定的积分时间下,探测器探测到2个波段的能量比不同,以此模拟不同红外目标。对设计方案中的投影系统进行光学设计,光学系统属于透射式,工作波段在3.3 m~3.8 m和4.4 m~4.8 m,F数为3.2,半视场角为1.1,系统分辨率达到10 lp/mm,对300 K~3 000 K的黑体、灰体或选择体均可实现红外目标的模拟,同时模拟器产生的辐射能量也大于探测器探测到的最小能量,设计方案可行。     

高透过率红外窗口保护薄膜的研制

在Si、Ge红外窗口上利用离子辅助电子束蒸发技术和RF-PECVD技术制备了具有高透过率的AR／DLC保护薄膜,并与单层DLC保护薄膜的光学性能进行了对比。所制备的高透过率保护薄膜达到如下性能：在3～5μm波段,Si基底上一面镀高效红外增透膜一面镀AR／DLC增强型保护薄膜的平均透过率达到约96％,较之镀DLC膜平均透过率提高了约4％。在8～12μm波段,Ge基底上一面镀高效红外增透膜一面镀AR／DLC增强型保护薄膜的平均透过率达到约95％,较之镀DLC膜平均透过率提高了约5％。有关薄膜样品都通过了相应的环境试验。     

硫化锌透镜中长波红外宽带增透膜的研制

硫化锌(ZnS)透镜由于其透光区域较宽,便于光学系统的装校而被经常应用于红外光学系统中,但是其作为基底,镀制中长波红外增透膜却具有相当大的难度,尤其是牢固度的问题。根据任务要求研制的增透膜是在3．5～3．9μm的中波红外波段及9～12μm的长波红外波段,平均透射率大于90％。由于长波红外区可选用的宽透射区材料较少,所以兼顾材料的选用、光谱特性及可靠性满足使用要求等几方面考虑,最终采用氟化钇(YF3)作为低折射率材料,经过多次实验,采用混蒸、离子辅助等工艺方法以及选取合适的基底温度,通过对其他工艺环节的不断改进,解决了在ZnS透镜上镀制宽带增透膜,由YF3膜层严重的应力作用而导致膜层龟裂的问题,最终研制成功符合使用要求,并且可靠性和光谱特性皆优的中长波红外增透膜。     

应变层异质结ZnS/ZnSe、ZnS/ZnSxSe1-x和ZnSe/ZnSxSe1-x价带带阶的研究

采用基于原子球近似下线性Mufin-Tin轨道(LMTO-ASA)的平均键能计算方法,研究了以ZnS_xSe_1-x为衬底,沿(001)方向外延生长的应变层异质结ZnS/ZnSe、ZnS/ZnS_xSe_1-x和ZnSe/ZnS_xSe_1-x的价带带阶值ΔE_v(x).研究表明,ΔE_v(x)值随衬底合金组分x单调变化。且两者的关系是非线性的。在此计算结果与其它理论计算和实验结果符合较好。     

应变层异质结ZnS/ZnSe、ZnS/ZnS_xSe_(1-x)和ZnSe/ZnS_xSe_(1-x)价带带阶的研究

采用基于原子球近似下线性Ｍｕｆｉｎ－Ｔｉｎ轨道（ＬＭＴＯ－ＡＳＡ）的平均键能计算方法，研究了以ＺｎＳｘＳｅ１－ｘ为衬底，沿（００１）方向外延生长的应变层异质结ＺｎＳ／ＺｎＳｅ、ＺｎＳ／ＺｎＳｘＳｅ１－ｘ和ＺｎＳｅ／ＺｎＳｘＳｅ１－ｘ的价带带阶值ΔＥｖ（ｘ）．研究表明，ΔＥｖ（ｘ）值随衬底合金组分ｘ单调变化．且两者的关系是非线性的．在此计算结果与其它理论计算和实验结果符合较好．     

红外高效增透膜镀类金刚石膜的特性研究

外层为氟化物的红外高效膜、膜层软、易吸潮和氧化.本文提出使用类金刚石膜做红外高效膜的保护膜,讨论了镀制类金刚石膜后,镀膜件光谱特性的变化情况.     

氧化物薄膜抗1064nm脉冲激光损伤的特性研究

对向种氧化物介质膜料的单层膜、增透膜及高反膜的激光损伤特性进行了实验研究,分别测试了单脉冲和多脉冲１０６４ｎｍ激光的损伤阈值,分析和讨论了实验的物理现象及其结果。研究表明ＳｉＯ２、Ｇｄ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３具有激光损伤阈值高、损伤程度轻的特点,特别对１０Ｈｚ激光而言,更是明显;增透膜及高反膜加λ／２层ＳｉＯ２对其激光损伤程度和损伤几率。     

激光对反舰导弹红外探测器干扰分析

针对激光对红外制导的反舰导弹干扰问题,建立了激光对反舰导弹红外探测器的干扰链路模型,推导了激光海上传输的大气透过率,计算了1．06μm激光在海上大气传输时仰角、能见度与大气透过率的关系,估算了对不同距离的反舰导弹红外探测器实现有效干扰所需发射的激光能量。     

Dual Wavelengh Pr:YLF Laser

ＤｕａｌＷａｖｅｌｅｎｇｈＰｒ：ＹＬＦＬａｓｅｒ￥ＲＵＡＮＳｈｕａｎｇｃｈｅｎ（Ｘｉ＇ａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃｓａｎｄＦｉｎｅＭｅｃｈａｎｉｃｓ，ＡｃａｄｅｍｉａＳｉｎｉｃａ，ＸＩ＇ａｎ７１００６８，Ｃｈｉｎａ）Ｊ．Ｍ．Ｓｕｔｈｅｒｌａｎ...     

谐衍射/折射双波段系统设计

将谐衍射透镜成功地引入红外凝视阵列探测器双波段系统的设计中,使系统在3．7～4．3μm的中波红外和8．7～11．5μm的长波红外波段同时较好的完成了像差校正。光学传递函数在两个波段范围内,在18lp／mm时的归一化值均大于0．5,接近衍射极限。该系统具有100％冷光栏效率。设计结果表明,谐衍射透镜的光谱特性介于折射透镜与衍射透镜之间,色散大小可以控制,降低了对工艺水平的要求,使红外双波段系统结构紧凑,透镜组片数少、分辨率高。为红外光学设计提供了一种全新的器件。     

HfO2/SiO2薄膜的激光预处理作用研究

对电子束蒸发方式镀制的HfO2/SiO2反射膜采用大口径激光进行辐照,采用激光量热计测量了激光辐射前后的弱吸收值。实验发现HfO2/SiO2反射膜在分别采用1 064 nm和532 nm的激光辐照前后薄膜吸收分别从5.4%和1.7%降低到1.4和1.2%。采用聚焦离子束技术分析了激光辐照后薄膜的损伤形态并探究了损伤原因,发现：薄膜在激光辐照下存在节瘤的地方容易出现薄膜损伤,具体表现为熔融、部分喷发、完全脱落3种形态,节瘤缺陷种子来源的差异是导致其损伤机理也存在着巨大差异的主要原因。同时这些节瘤缺陷种子来源也影响着激光预处理作用效果,激光预处理技术对于祛除位于基底上种子形成的节瘤是有效的,原因是激光辐射过后该节瘤进行了预喷发而不会对后续激光产生影响;而激光预处理技术对位于膜层中间的可能是镀膜过程中材料飞溅引起的缺陷是无效的,需要通过飞秒激光手段对该类节瘤进行祛除。