红外锗透镜8～12微米宽带增透膜的研制

一、镀制高效率宽带增透膜的重要性大家知道,光导体锗材料由于具有优良的光学、机械等性能而被选为红外前视透镜及一些红外长泼器件、整机的常用窗口材料。但由于锗的折射率高(N=4),根据T=2N/(N_2 1)=47％知道,未镀增透膜的锗镜,由于表面反射损失,其能量透过率只有47％。镜面愈多,反射损失愈大,相应的透过的能量就愈低。总透过率与透镜个数成乘方衰减,即     

ZnS上HfON保护膜及增透膜系的制备和性能研究

用氮氧化铪薄膜作为CVDZnS衬底的保护膜、由YbF3和ZnS组成的增透膜系分别在CVDZnS的两面制备了保护膜和增透膜,研究了镀膜前后CVDZnS在8~12 μm波段的光学性能,单面镀制增透膜之后CVDZnS在此波段的平均透过率由未镀膜前的74%提高到了82%,峰值透过率大于83.5%。在CVDZnS上镀制HfON保护膜后,其8~12 μm波段透过率没有明显的降低,同时硬度测试表明HfON薄膜的硬度约为11.6 GPa,远大于衬底CVDZnS的硬度。胶带实验和泡水试验表明,制备的保护膜和增透膜均和衬底有     

透明尖晶石陶瓷的透过性能研究

采用高纯、超细的尖晶石粉末作为起始原料,用真空热压烧结结合热等静压法制备出透明尖晶石陶瓷制品,制品抛光后在3～5 μm波段的透过率最高达到86%以上.通过酸碱腐蚀和高温退火对材料进行耐腐蚀和耐高温性能研究.实验结果表明,该工艺制备的透明尖晶石陶瓷有较好的耐酸碱腐蚀性能和耐高温性能.通过镀膜可提高制品中波红外透过率,单面镀增透膜后制品3～5 μm透过率最高可到92%.结合其他性能数据,简要介绍透明尖晶石陶瓷已经取得的应用和在基片、窗口材料等方面潜在的应用.     

脉冲激光沉积类金刚石膜红外增透技术研究

针对传统方法制备类金刚石(DLC)膜存在的3～5μm波段红外透过率低这一难题,采用飞秒脉冲激光沉积(PLD)法在红外材料硅基底上镀制DLC膜.重点考查了靶材与基片的间距、背景气压、激光单脉冲能量、负偏压、温度以及掺硅量等工艺参数对其透过率的影响,经过大量的实验与优化分析,总结出一套有效的脉冲激光沉积DLC膜工艺来制备优良的光学保护增透膜.相比传统工艺,大大提高了3～5μm波段的平均红外透过率,在硅基底上单面镀制DLC膜的最高红外透过率达到了68.2%,与理论最高值的68.7%仅相差0.5%.     

激光在硅基底沉积类金刚石膜的光学应用

研究了氧气氛和掺硅对类金刚石(DLC)膜性能的影响机理.采用飞秒激光烧蚀石墨靶材,通过氧气氛、掺硅和离轴平移旋转等技术,在硅基底上镀制出比传统工艺透过率、硬度、附着力和稳定性等性能更优的无氢DLC膜.实验验证了随着氧气氛压强的增大,样片透过率先增大后减小,存在一个最佳气压(2 Pa).并且掺硅有助于改善DLC膜的性能,掺硅量也存在一个最佳值.在3-5 μm波段,正面镀DLC膜、背面镀普通增透膜的硅红外窗口的平均透过率≥91.7%,DLC膜的纳米硬度高达40～50 GPa.且通过军标规定的高温、低温、湿热、盐雾、重摩擦等环境实验.满足光学窗口工程应用的要求.     

锗基底3～5μm和8～12μm双波段红外增透膜研究

文中简要叙述了双波段(3～5μm 和8～12μm) 红外增透膜的膜料选择以及锗基底上红外双波段增透膜的设计与镀制,介绍了离子束辅助沉积技术制备该薄膜的过程。提出了采用脉冲真空电弧离子镀技术镀制无氢类金刚石膜作为红外增透膜的保护膜,并讨论了镀制类金刚石膜后,镀膜元件的光谱特性。     

可见近红外波段碲镉汞材料光学常数测定与宽谱增透设计

将碲镉汞(Hg_(1-x)Cd_xTe)红外焦平面器件衬底去除后,其响应波段可拓展到可见光波段,在高光谱成像应用中可显著减小系统的尺寸和重量,对光电探测系统的小型化和微型化具有重要实用价值.而明确碲镉汞材料在可见近红外波段的光学常数,对碲镉汞器件在这一响应波段的性能研究具有重要意义.分别测量了不同组分碲镉汞材料的椭圆偏振光谱,拟合得到了其在400~1 600 nm波段范围内的光学常数值,并利用反射光谱对获得的光学常数进行了验证.采用这些碲镉汞外延材料光学常数测量值,并选用Zn S和YF3分别作为高低折射率的增透膜材料,针对不同响应波段的背入射可见近红外碲镉汞焦平面器件,设计了不同的宽谱增透膜系,响应波段范围内的平均透过率高于90%.     

一种具有均匀衍射分布的电磁屏蔽激光红外双波段光窗

镀制了金属网栅的蓝宝石光学窗口兼具激光红外双波段高透过性和微波波段优良电磁屏蔽特性。为了抑制电磁屏蔽光学窗口内金属网栅衍射产生的杂散光,提升光学系统的探测距离和分辨率,本文设计了一种具有随机圆环结构的金属网栅电磁屏蔽光学窗口,并对金属网栅电磁屏蔽光学窗口光学波段的衍射特性和雷达波段的电磁屏蔽效能进行了建模、仿真和测试。结果显示,本文设计的随机圆环金属网栅电磁屏蔽光窗具有优良的衍射均匀性,光学透过率满足使用要求,1～18GHz频段范围屏蔽效能优于20dB,具有优良的综合性能,有望应用在先进光电探测装备中。     

常用中波红外窗口材料高温透过与热辐射性能比较

在高超音速飞行下,飞行器的中波红外窗口面临着气动加热导致的高温透过率下降和高温辐射增强的挑战,在高马赫应用中,选择窗口材料时必须对材料的高温透过率与高温热辐射这两个性能进行考察。本文采用傅里叶红外光谱仪测试了蓝宝石单晶、钇铝石榴石单晶、镁铝尖晶石陶瓷、氟化镁陶瓷和氧化钇陶瓷5种常见中波红外窗口材料在50℃~400℃的高温透过性能和高温辐射性能。考察了这几种窗口材料的高温透过率下降趋势和高温辐射增强。结果表明,相对于其他3种材料,氟化镁和氧化钇材料在3~5?m应用波段的高温透过率下降很小,同样高温辐射也较小。此外,氧化钇表现出非常优异的超低红外辐射性能,是一种非常有应用前景的中波红外窗口材料。     

大功率底发射VCSEL出光窗口增透膜的研究

在大功率垂直腔面发射激光器(VCSEL)出光窗口镀制了HfO2增透膜,其透过率达到99.9%.对镀膜材料以及透过率方面进行了比较,介绍了增透膜的制作过程.镀膜后直径为600μm的底发射VCSEL获得了室温连续输出功率为1.63 W,功率转换效率提高了6%.     

周期层数及入射角对一维光子晶体带隙的影响

一维光子晶体基本周期的介质折射率取n2=1.5和n3=2.5,采用传输矩阵法,通过For-tran编程进行数值计算,分别得到了不同周期层数(N)及不同入射角度(θ1)下的一维光子晶体透射谱;从光子带隙频宽、带隙中心位置及带隙中心的透射率值等方面,分析并讨论了周期层数及入射角对一维光子晶体带隙特性的影响。结果表明,随着N值的增加,带隙中心的透射率值迅速减小,当N增至16层时,一维光子晶体基本形成;此外,在0°～85°内,随着入射角度的增加,带隙低频值向左移动,高频值向右移动,带隙宽度呈增加的趋势,入射角不影响光子带隙的中心位置。     

对称膜系偏光分束镜特征参量的入射角效应

为了研究入射角对对称膜系薄膜偏光分束镜性能的影响,从等效膜层理论和截止带理论出发,采用图像法分析了分光光谱带宽和透过率随入射角的变化趋势和原因。利用UV3101-PC分光光度计测量了(LHL)^N膜系偏光分束镜在不同入射角下的透射分光光谱,实验结果与理论分析一致。结果表明,分光光谱带宽和入射角存在直接联系,分光光谱带宽随入射角的增大先变宽后变窄,存在一个带宽最大值,以带宽最大值对应的入射角为基点,减小入射角时,分光光谱带宽向长波段漂移并且出现凹陷;增大入射角时,分光光谱向短波段漂移。这些结果对优化对称膜系薄膜偏光分束镜有一定的参考价值。     

入射角对含钴氧化铝膜红外偏振光谱特性研究

为了研究入射角度对含钴阳极氧化铝膜近红外偏振光谱特性的影响,采用阳极氧化的方法制备了阳极氧化铝膜,向其孔中镀入了钴,然后利用UV-3101PC型分光光度计对其进行了透射光谱测试,并在入射角分别为30和45时测试了其偏振光谱。结果表明,这种含钴阳极氧化铝膜在近红外波段具有良好的透射率和消光比,且消光比随着入射角的增大而显著提高。     

硫化锌基底可见-红外多波段的光学薄膜

由于硫化锌(ZnS)晶体透光区域较宽,常被用于多波段可见与红外光学系统中。介绍了在ZnS基底上制备的多波段光学薄膜,在400~700nm的可见波段及8~12μm的中长波红外波段实现高透射率,在1064nm及1540nm两点实现高反射率,其入射角度为45°。选取了ZnS和YbF3作为高低折射率材料,设计并通过软件优化出合理的膜系,采用电子枪离子辅助沉积系统进行镀制。该薄膜能够承受雨淋、盐雾、高低温等环境测试,满足使用要求。这对于红外光学系统的应用具有极其重要的意义。     

中波红外双通道带通滤光片的研制

采用在单晶锗基底的两面分别设计中波红外带通滤光膜和中波红外负滤光膜的方法,设计了一种光谱性能优良的中波红外双通道带通滤光片。以适当的工艺技术完成了膜层的制备,并测试了实验样片的红外透射率光谱。结果显示,制备的中波红外双通道带通滤光片的通带透过率以及截止带截止深度均良好。由实验结果分析可知,镀膜材料蒸发角的变化和各层膜厚误差的累积,是导致实验片的测试光谱在截止带内出现两个较强的次峰,以及中间截止带略微偏移的主要原因。     

一种基于光子晶体的中远红外双波段兼容伪装材料

光子晶体作为一种新型人工结构功能材料,基于其光子禁带的高反射特性可以实现热红外伪装。选择红外波段透明的薄膜材料A、B,设计出在中远红外波段具有高反射禁带的光子晶体,利用薄膜光学理论的特征矩阵法计算了反射光谱。通过构造异质结构光子晶体,实现了光子带隙的展宽,该结构光子晶体基本上实现了中远红外双波段的高反射,在2.94~5.06μm和7.66~11.98μm波段的光谱反射率接近为1;在2.91~5.12μm和7.62~12.29μm波段的光谱反射率大于95%,较好地满足了中远红外双波段兼容伪装的要求。倾斜入射时光子晶体的TM波和TE波的反射光谱是不同的,随着入射角度的增加,TM波的带隙逐渐变窄,而TE波的带隙逐渐变宽。     

冰洲石红外二向色偏光器件的研究

本文提出一种单片式二向色性窄带红外偏光镜,在特定波段,该器件具有接收角大、偏光参数在一定范围内连续可调等优点。片厚1mm时,在3.35～3.55μm和3.8～4.1μm消光比和透射比优于其他任何类型的偏光器件。     

金刚石膜表面微结构红外增透性能研究

CVD金刚石是一种性能优异的红外光学窗口材料，但其在红外波段的理论透过率仅能实现约71%。通过表面亚波长结构设计可进一步增强CVD金刚石膜的光学透过性能。该研究首先通过理论模拟，建立了金刚石微结构特征与光学增透之间的定量关系。基于此为指导，探讨了在具有微结构硅片表面，采用MPCVD方法复制生长出具有微结构的金刚石自支撑光学级薄膜，用于提升金刚石膜在红外波段的透过率。采用扫描电镜（SEM）观察了原始硅片和金刚石表面及微结构形貌，通过拉曼散射光谱评估了金刚石的生长质量及形核层影响，采用红外光谱仪测试了金刚石红外透过率。结果显示，单面构筑微结构后，金刚石膜在8~12 μm波段的透过率可从70%提升至76%，说明表面微结构能显著提升金刚石膜的光学透过性能。非金刚石形核层以及表面微结构的完整性不足可能是导致实验结果与理论模拟结果具有一定偏差的主要原因。     

高速滑翔目标点源红外辐射特征模拟及可探测性分析

文中对天基和地基两种观测平台下高超声速滑翔飞行器的点源红外可探测性进行了分析;通过双温度模型的N-S方程和气固耦合模型获得流场参数和壁面温度,并基于逐线法获得气体的物性参数;基于视在光线法求解辐射传输方程来获得HTV-2飞行器的点源本征辐射特性,并考虑大气透过率、背景以及路径辐射参数下计算不同平台的可探测性。结果表明:目标的中长波辐射强度强烈依赖于本体辐射,气体辐射可以忽略;3~5 m谱带内的本征辐射较8~12 m高近一个量级;在固定探测器灵敏度（10-12 W/cm2）下,最大探测距离强烈依赖于波段和探测角度。3~5 m谱带内地基和天基观测的理想最大探测距离分别为450 km和1 450 km,8~12 m谱带分别为300 km和550 km。     

锌离子注入铌酸锂晶体的光谱特性

利用离子注入技术和氧气氛围高温退火制备了不同掺锌剂量的铌酸锂样品,并研究了锌离子浓度以及退火状态对铌酸锂晶体紫外和红外波段特性的影响。紫外波段,锌离子的注入使铌酸锂晶体的吸收边红移,退火后吸收边均与纯铌酸锂晶体的相同,锌离子的注入降低了铌酸锂晶体的透射率;红外波段,纯铌酸锂晶体分别在3486 cm-1、2851 cm-1和2917 cm-1处出现主次吸收峰,掺锌样品的主吸收峰位置与纯铌酸锂晶体相比发生微小的红移,X切向铌酸锂样品有明显的次吸收峰,而退火前Z切向铌酸锂样品的次吸收峰不明显,退火后吸收峰变锐利。锌离子的注入以及退火状态对铌酸锂晶体的透射率有影响,分别增强和减弱X切向和Z切向铌酸锂晶体的透射率。