基于硫系玻璃的中波红外光学系统无热化设计

硫系玻璃作为优良的消色差和消热差红外材料,是红外光学系统中关键光学元件的理想候选材料,文中利用硫系玻璃实现中波红外光学系统无热化设计。首先分析了温度变化对红外光学系统的影响;其次分析了常用硫系玻璃的各方面特性,并总结了硫系玻璃的优点;最后利用硫系玻璃,镜筒材料选择最常用的铝合金材料,设计了一个工作于中波红外的二次成像全球面无热化成像系统。设计结果表明:在0～100 ℃温度范围内,光学系统的成像质量优异,具有良好的无热化能力。使用硫系玻璃可实现低成本高性能中波红外光学系统。     

基于新型硫系玻璃的红外成像光学系统(特邀)

为了丰富当前可用红外材料的种类，满足新一代红外成像光学系统的轻薄化设计需求，充分利用硫系玻璃组分可调和色散参数可选两大特殊优势，开发了新型硫系玻璃材料，并且在同一系统指标要求下，分别对基于传统红外材料和基于新型硫系玻璃设计的红外光学系统进行了性能对比。基于高折射率硫系玻璃的中波双视场红外光学系统，有效实现了去锗化设计，与基于传统红外材料的红外光学系统相比较，光学系统质量减轻了35%，长度减少了15%，透过率提高了10%。基于叠层梯度折射率(gradient refractive index, GRIN)硫系玻璃的共光路、共焦面双波段红外光学系统，在非制冷型中/短波红外成像光学系统中首次实现了胶合透镜的设计，与基于传统红外材料的双波段红外光学系统相比较，光学系统质量减轻了40%，长度减少了30%，透过率提高了15%；在制冷型中/长波红外光学系统中，具有不同折射率差值Δn的GRIN硫系玻璃展现出卓越的色差校正能力，与基于传统红外材料的双波段红外光学系统相比较，光学系统质量减轻了20%，长度减少了20%，透过率提高了18%。设计结果表明，新型硫系玻璃的出现，是对现有红外材料的有益补充，为新一...     

硫系玻璃在汽车夜视系统中的应用

夜间行车时,由于光线不足,视距较短,驾驶员驾车的危险性增加。汽车夜视系统能增加驾驶员夜间行车的视距,且不受雨雪等恶劣条件的影响,因此,颇受关注。夜间行车时环境温度变化较大,温度变化严重影响夜视系统的成像质量,无热化设计是夜视系统的发展方向之一。硫系玻璃具有较小的折射率温度系数和良好的红外透过性能,同时具备模压成型等优点,是用于无热化汽车夜视系统设计的优良候选材料。详细分析了硫系玻璃的光热特性,比较了硫系玻璃应用于汽车夜视系统的优势,给出了它在夜视系统中的多个应用实例。     

新型硫系玻璃在低成本热成像系统设计中的应用

随着非制冷红外探测器价格的不断下降,昂贵的红外光学元件成为限制非制冷红外成像系统成本的重要因素.新型硫系玻璃在3～5μm和8～14μm的大气窗口有着良好的透射性,同时具有价格低、可模压成型、折射率温度系数小等特点,较为适合非制冷红外成像系统.对常用红外材料和新型硫系玻璃的各方面特性进行比较,总结了新型硫系玻璃的优点,并使用新型硫系玻璃分别对两种温度范围的光学系统进行了设计,详细阐述了该材料在低成本热成像系统设计中的使用方法.结果表明:新型硫系玻璃既能满足光学性能,又在一定程度上解决了高成本的问题,可应用于批量生产的红外光学系统之中.     

紧凑型双波段无热化红外光学系统设计

针对红外双波段量子阱探测器,设计了一个可同时工作在4.4~5.4mm(中波段红外)和7.8~8.8mm(长波段红外)波段的仅含3片透镜的紧凑型双波段无热化光学系统,有效焦距为30 mm,f/#为2.1。对比先前报道的双波段无热化红外光学系统,此设计仅采用硫系玻璃材料Ge_(20)Sb_(15)Se_(65)制备的两片镜片和常规红外材料Zn S制备的一片镜片,通过合理分配各个镜片的光焦度达到系统在中波红外及长波红外两个波段的无热化设计效果,且不含衍射面,整体结构紧凑,制备难度低。利用硫系玻璃易于精密模压制备非光学球面的特点,仅在一片硫系玻璃镜片上设计一处非球面。设计结果显示,系统在两个红外波段,-40℃~60℃温度范围内像质良好,且光学调制函数(MTF)接近衍射极限。     

超大模场硫系玻璃光子晶体光纤研究进展

近年来迅速发展的中红外高功率激光技术迫切需要具有输出光束质量高、质量轻、结构紧凑等特性的中红外光纤介质,用于实现激光产生、传输等。在中红外玻璃中,硫系玻璃具有最宽的透光范围;同时,硫系玻璃又具有最高的折射率和非线性折射率系数,因此它们被认为是理想的产生和传输中红外激光的光纤基质。然而,硫系玻璃网络结构由弱化学键组成,使得硫系玻璃光纤具有较低的激光损伤阈值,这与高功率激光应用需求相矛盾。在不牺牲光纤输出光束质量的前提下,大模场光子晶体光纤技术是优选的实现功率提升的技术方案。本文首先介绍了中红外激光的高功率应用需求和中红外光纤材料低激光损伤阈值之间存在的矛盾,继而对面向中红外高功率激光应用的超大模场硫系玻璃光子晶体光纤的发展进行了综述,详细描述了超大模场硫系玻璃光子晶体光纤设计、制备、材料选择、光纤性能表征等过程,并对其应用前景和存在的技术瓶颈进行了讨论和展望。结果表明,超大模场硫系玻璃光子晶体光纤有望被应用于百瓦级中红外高功率激光应用场景中。     

折反射中波红外探测无热化成像系统设计分析

系统研究分析了红外光学系统中各个光学参数随温度变化的影响情况,根据红外硫系光学材料折射率温度系数较小的特点,并结合折反射结构良好的消热差特性,应用Code-v光学设计软件设计了一种折反式中波红外探测无热化成像系统,系统工作波段为3.7～4.8 m,焦距为109.7 mm,全视场角为6.4,F/#为2.0,满足100%冷光阑效率,采用锗、硫化锌和硫系玻璃AMTIR1三种红外材料,设计结果表明,该系统在低温-40 ℃、高温60 ℃时的成像质量和常温20 ℃的成像质量变化不大,取得了良好的成像性能,可匹配像元尺寸为30 m,像元数320256的凝视型焦平面阵列中波红外探测器。     

红外硫系玻璃内部环状条纹检测及其算法研究

当前红外硫系玻璃越来越广泛应用于红外热像仪等光学系统,玻璃内部光学均匀性检测对于红外玻璃的质量控制和工艺改进变得尤为重要。本文提出了一种简易的红外光学均匀性检测装置,获得了玻璃内部环状条纹的原始图像。通过图像增强、边缘检测、去除小区域,及膨胀腐蚀算法等处理之后,得到环状条纹圆心位置,圆环半径等量化特征参数,获得了满意的效果,从而有助于红外玻璃光学均匀性检测装置的改进,也为玻璃工艺的改良提供基础数据。     

潜望式红外夜视瞄准镜的研制

介绍了潜望式红外夜视瞄准系统的工作原理和研制方案.该系统兼具了潜望瞄准镜和红外热像仪的功能.从探测器外围电路,信号处理系统、潜望式红外光学系统的设计以及移动焦平面整体电动调焦技术等几个方面分析了潜望式红外夜视瞄准系统研制过程中存在的关键技术.最后对基于此方案所研制出的海军红外夜视瞄准镜应用情况做了简要报告.     

红外硫系玻璃内部宏观缺陷透视成像检测系统

红外硫系玻璃透射率高,光谱范围宽,可广泛应用于红外热像仪等光学系统,然而红外玻璃在熔制过程中容易因组分不均匀造成各种内部缺陷,影响成像质量。利用透视成像的原理,在分辨力估算的基础上,设计了一种可检测玻璃内部宏观缺陷的系统。这种系统光源功率可调,可以检测厚度和直径都在几毫米到几十毫米范围内的红外硫系玻璃,在300mm成像距离条件下分辨尺寸达到0.19mm,并且可对长度63.4mm的物体成满像。通过Sobel算子进行玻璃内部条纹边缘提取,可以获得更加清晰的条纹特征。     

硫系玻璃在红外成像系统应用进展

随着红外热像仪在民用领域的广泛应用,低成本高性能的产品正得到业界的重视。本文主要介绍了硫系玻璃在红外光学设计领域的应用前景。相对于红外领域常用的材料单晶锗,硫系玻璃不但具有低成本,折射率随温度变化小(dn/dt)的特点,而且,由于它是非晶态材料,可以用精密的模压工艺来代替用于晶体材料的单点金刚石车削工艺,其批量加工的成本得到了大幅的降低,产品的稳定性,一致性也得到了明显的提高。     

硫系玻璃在民用红外车载成像系统中的应用

针对324256非制冷探测器,设计了一个工作波段为8~12 m,有效焦距为9 mm,F数为1.3,视场角为33.2626.28的红外车载镜头。镜头采用了硫系玻璃材料Ge28Sb12Se60制备的两片镜片,结合常规红外材料锗以及硫化锌材料制备其他两片镜片,通过合理分配各个镜片的光焦度达到系统整体无热化设计的效果。利用硫系玻璃易于精密模压制备非球面的特点,仅在一片硫系玻璃镜片上设计了一处非球面。设计结果表明该系统在-40~60 ℃的温度范围内具有良好的消色差/热差性能,且调制传递函数(MTF)接近衍射极限。     

硫系玻璃在长波红外无热化连续变焦广角镜头设计中的应用

针对市场上现有红外广角镜头大多采用定焦结构且缺乏无热化设计的现状,根据光学变焦系统的设计原理,设计了一种有效焦距范围为10~24 mm（变倍比为2.4:1）、视场角变化范围为34~90、工作波段为8~12 m、F/#为2.8的无热化连续变焦广角镜头。考虑到红外镜头多用在温度变化较大的使用环境中,系统设计选用了硫系玻璃NBU-IR2（Ge20Sb15Se65）以及常规红外材料锗（Ge）和硫化锌（ZnS）制备的六片镜片,通过合理分配各个镜片的光焦度及其空气间隔等参数,在连续变焦设计的基础上实现了无热化的光学设计效果。实验结果显示,系统在-40~60℃的温度范围内均可实现品质良好的红外热成像效果,调制传递函数全视场范围内均大于0.25。系统结构较为紧凑简单、质量较轻,仅在一片硫系玻璃镜片上设计了一处非球面,可有效控制光学系统的加工成本。整体设计适用于车载夜视等应用领域。     

远红外Ge-Te-Ag硫系玻璃的光学性能研究

用熔融淬冷法制备了一系列Ge-Te-Ag硫系玻璃,并确定了玻璃态的成玻区。通过阿基米德排水法、X射线衍射(XRD)、差示扫描量热(DSC)、可见/近红外吸收(UV-VIS-NIR)光谱和傅里叶红外透射(FTIR)光谱等技术,研究了玻璃态的物理特性、热学特性以及光学特性。研究表明,玻璃态的密度随着Ag含量的增加而增大;Ag的掺入改善了玻璃态的形成能力和热稳定性;随着Ag含量的增加,玻璃态的短波吸收限发生了红移,而红外截止波长基本没变化;玻璃态有着较宽的红外透过范围(1.8～20.0μm),表明其在远红外领域具有很大的应用前景。     

硫系玻璃集成光子器件综述(特邀)

硫系玻璃具有超宽的红外透过光谱范围、较高的线性折射率、极高的光学非线性和超快的非线性响应,近年来在集成光子器件研究领域备受关注。首先回顾了硫系玻璃集成光波导的制备,综述了硫系集成光子器件在红外传感和高性能非线性应用方面取得的进展,然后介绍了硫系相变光子器件在光开关、光存储和光计算等方面的前沿进展,最后对目前硫系玻璃光子器件研究存在的问题进行了归纳,并对未来的研究方向进行了展望。     

红外热成像系统用硫系玻璃的熔制技术

硫系玻璃是一种理想的红外光学透过材料,在红外热成像技术领域具有显著的应用价值。红外热成像技术要求所用硫系玻璃材料具有高透过、高均匀、大尺寸等性能优势和批量化、低成本制备特点,玻璃的熔制技术是有效解决上述需求的关键所在。概括介绍了硫系玻璃的真空密封安瓿瓶熔制、真空/气氛保护坩埚熔制技术和装置,特别提出和说明了一种硫系玻璃熔制新方法气氛保护下的二次熔制方法,详细分析了该方法对硫系玻璃的光谱性能、内在光学质量和光学均匀性的影响,研究发现:随着保护气体纯度提高到99.999%,二次熔制后玻璃的光谱透过性能与真空密封安瓿瓶中接近,玻璃的内在光学质量和光学均匀性均显著改善。     

非氧化物玻璃光纤和波导的组成、制备及应用

本文介绍了氟化物玻璃和硫系玻璃的化学组成、特征温度和透射光谱。总结了一些稀土掺杂氟化物玻璃光纤激光器和放大器的性能.并具体阐述了硫系玻璃光纤在红外波段的被动化学传感应用。     

红外硒基硫系玻璃光学非均匀性及影响因素分析

针对Ge-Sb-Se硫系玻璃光学非均匀性(内部条纹、裂纹、气泡、均匀性等)检测与表征的困难,提出了一种利用样品的近红外透射图像、及中红外线扩散函数和调制传递函数(MTF)并举表征其光学非均匀性的新方法,并建立了相应的检测装置。在此基础上,对自制的Ge28Sb12Se60(mol%)硫系玻璃样品进行了内部缺陷和光学均匀性测试,并比较分析了样品平面度与平行度对实验结果的影响。结果表明,近红外透射成像能清晰地检测到样品内部的条纹分布和缺陷;中红外线扩散函数和MTF可半定量地表征样品的光学非均匀特性;当表面光圈小于1时,均匀Ge-Sb-Se硫系玻璃样片的线扩散函数呈高斯分布,MTF实验值与理论值相近且平均值相差小于10%。