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。     

复合型多波段激光防护PC材料

以聚碳酸酯(PC)为基体材料,加入自制的激光吸收剂VI530和IR1060,并在基材表面镀上多层激光反射膜,制备出了能够同时对紫外光区、可见光区和红外光区的多个波长激光起到有效防护作用的激光防护PC材料.研究结果表明,在PC材料中加入质量分数为0.01%的VI530和0.05%的IR1060,并在PC材料表面镀23层激光反射膜后,所制得的激光防护材料对多个波长的激光都具有很好的防护性能.在355nm,532nm,1064nm等多个波长处的透过率都低于0.01%(光学密度D4).可见光区的白光平均透过率为13.7%,抗冲击强度为53.3kJ/m2,抗弯强度为118MPa.是一种高性能的激光防护材料.     

微柱透镜自由立体前投影显示亮线的产生原因及消除方法

主要研究并设计了消除自由立体前投影显示亮线的增透膜系。分析了显示亮线产生的原因,该亮线是由微柱透镜表面的反射造成的。选用Ta2O5和SiO2设计了13层高硬度和高透过率的增透膜。三者的热膨胀系数基本一致,避免了膜层的断裂。该膜系的SiO2膜层总厚度大于1μm,大大提高了增透膜的耐摩擦性。Ta2O5膜层总厚度只有33.1nm,大大减少了高温蒸发时间,避免了PMMA板材的高温变形。镀膜后透镜板在可见光波段透过率理论最高可达98%左右,消除了表面反射亮线,大大提高了柱镜板的透过率。     

近红外波段激光防护塑料的研究

以甲基丙烯酸甲酯为基质,掺杂金属有机窄带激光吸收剂,制得了淡青色近红外波段激光防护塑料,对其性能进行了测试,结果表明：该激光防护塑料可见光透过率高,可防近红外波段的激光（780nm-1500nm）,抗激光破坏能力强,稳定性好。     

烟幕激光和红外透过率对应关系研究

分析了烟幕激光透过率与红外透过率的对应关系,提出了利用相邻波段红外透过率推算同样光学路径激光透过率的多项式拟合方法,开展了实验研究.结果表明:特定波长的激光透过率与相应红外波段透过率利用二项式拟合,其透过率计算误差在3%以内.     

专利

美国加州蓝天研究(Blue Sky Research)公司的Swyder J提出了一种二极管激光器与一对放置很近的微柱透镜集成的方案.该光学集成块的基底上装有二极管激光器光源,基底上的第一和第二微柱透镜以被动方式校准,第二微柱透镜与第一微柱透镜相互垂直放置.第一和第二柱透镜的平面对准激光源.(美国专利号:5844723)(N.63)用光学方法校正激光阵列发射器的直线度美国纽约州的伊斯曼柯达克(EastmanKodak)公司的Kessler D等人研制了一种校正激光阵列发射器直线度的光学仪器.激光     

激光辐射多功能集成防护镜

为了减少和避免激光和微波辐射眼损伤,设计研制了防激光、防微波、激光探测告警为一体的多功能防护镜。该防护镜由特定功能的光学部件和光电子模块组成,包括多功能复合防护镜片、镜架和激光探测报警系统。进行了多功能防护镜复合技术研究和防护性能测试。结果表明,该防护镜在激光波长532nm,1064nm,790nm,840nm的光密度为4.0～7.28;可见光积分透过率为18.7%;微波衰减大于20dB;报警系统在532nm,1064nm和840nm激光波长能提供自动检测和声光报警,报警器的探测灵敏度为10-7/cm2;该防护镜可承受1g质量、300m/s～400m/s速率的钢制球形破片的冲击;防护镜总质量小于200g,该防护镜防护波段宽、对激光和微波的衰减倍率高、防护角大、可见波段透光性好、可分体和组合使用、体积小、重量轻、便于佩戴、适用于个人佩戴防护和光电传感器的防护。在现代光学实验和各种激光与微波作业环境,以及反恐和公共安全中是不可缺少的防护器材。     

低功率连续CO2激光诱导玻璃表面微纳结构及对其光学性能的改善

超白玻璃是一种超透明低铁钙钠玻璃,具有优越的机械、物理和光学性能,被广泛应用于制作各种光学元件以及仪器保护装置,特别是硅太阳能电池表面的封装.应用低功率连续CO2激光器在不同工艺参数条件下,对超白玻璃表面进行刻蚀诱导,通过分光光度计测量这种结构对紫外、可见光、近红外(250～1500nm)不同波段的吸收和透过率,并研究激光刻蚀参数与透过率的关系.实验表明,激光刻蚀诱导产生了微米量级的表面形貌结构,这种结构改变了材料在可见光380nm到近红外波段的光谱透过率特性.     

低红外发射率TiO2/Ag/TiO2纳米多层膜研究

利用磁控溅射在玻璃衬底上制备了具有良好的光谱选择性透过率的TiO2/Ag/TiO2纳米多层膜.通过用X射线衍射、扫描电子显微镜、UV-VIS-NIR分光光度计、傅里叶红外光谱仪对样品进行表征,优化了薄膜的制备工艺,研究了多层膜的光学特性.结果表明,当Ag膜的厚度为12nm时,多层膜具有高的可见光透过率和优良的导电性能.样品在555nm波长处的透过率最高达93.5%,红外波段平均反射率为90%左右,8μm～14μm波段红外发射率ε＜0.2.Ag层厚度的增加使可见光高透过率波段变窄,透过率下降.内层及外层TiO2厚度的变化引起薄膜可见光透过峰的位置及强度发生变化,外层的影响高于内层.     

金刚石减反射微纳结构制备技术研究进展

高透过率的窗口材料是光电系统高精度和稳定性的重要保障。金刚石材料集优良的光学特性以及高热导率、低热膨胀系数等特性于一身，是性能优异的宽波段窗口材料。但金刚石在可见光及红外波段的高折射率限制了它的进一步应用，构筑减反射微纳结构抑制金刚石表面反射损耗是较为有效的方法之一。本文综述了近年来金刚石减反射微纳结构的研究进展，着重介绍了微纳结构的减反射机理以及激光加工和离子刻蚀两类加工方式的基本原理及工艺条件，总结了两种方式制备的表面微纳结构对金刚石透过率的影响，对比了各类制备技术的优缺点，并简单介绍了金刚石的应用前景，旨在为相关领域的研究人员提供技术参考。     

微柱透镜阵列的全息-光刻胶热熔制作技术

为改善微柱透镜阵列的制作技术、消除光刻工艺对光刻掩模版的依赖,研究了利用全息-热熔技术制作微柱透镜阵列的新方法,即首先采用了全息技术进行曝光,然后利用光刻胶热熔技术在K9玻璃基底上制作出了面形良好的微柱透镜阵列。实验结果表明,进行全息曝光并显影后,能够在光刻胶表面产生良好的正弦阵列表面结构,之后采用光刻胶热熔技术可将光刻胶的正弦阵列结构转变为微柱透镜阵列,且实验结果良好。     

1 064 nm波长白天卫星激光测距试验

1 064 nm波长大气透过率高、天空背景辐射小,采用该波长激光开展卫星测距,有助于提升测距系统的探测能力,已成为国际测距技术的重要发展趋势之一。采用2.2 nm窄带滤光片,计算并测试了白天情况下1 064 nm波长测距系统的噪声,验证了该滤光片在白天对背景噪声的抑制效果。基于圆心光路调节方法,夜间借助红外相机实现了1 064 nm波长激光发射光路与机械轴的重合度调节,保证了全天区优于5″的激光指向精度,解决了白天观测条件下1 064 nm波长激光精确指向问题。采用重复频率为1 kHz、功率为5 W的1 064 nm激光器,建立了1 064 nm波长白天卫星激光测距试验系统,最远获得了地球同步轨道卫星的有效回波数据,实现了1 064 nm波长白天激光测距。试验研究将为我国1 064 nm在远距离卫星激光测距、空间碎片漫反射激光测距方面的应用与发展奠定了技术基础。     

新型激光防护材料的制备及其光学特性

针对目前激光防护材料存在的缺点，开展新型激光防护材料技术的研究。自行合成了紫外、可见和近红外激光吸收剂，确定了合理的配方和工艺条件，采用一次浇铸成型工艺，制备出新型激光防护材料样品。通过测试．样品的性能为：对：200—400nm、532nm、1064nm波长激光的光密度大于4；可见光透过率大于60％。     

光学镜面污染对激光传输特性的影响

光学镜面的散射对光学系统的性能有十分重要的影响。选用可见光0.632 8m、近红外光1.053 m 和热红外光10.6 m 三种激光波长，利用修正的米氏理论和光学表面的双向反射分布函数（BRDF）研究光学镜面在不同污染条件下激光的传输特性。研究结果表明:当镜面粗糙度远远小于入射光波长（ ）时，干净镜面的散射强度与成正比，与成反比。污染镜面散射强度与污染颗粒的尺寸和数量有关，颗粒分布越复杂，散射越显著。另外，波长越短，BRDF 越大，散射越复杂。     

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。     

激光制导半实物仿真中弱激光能量测试和控制

介绍了激光制导半实物(HWIL)仿真中1 064 nm激光散射微弱能量的测量方法,设计并构建了激光散射弱能量测量系统.结合室内大气路径气溶胶Mie散射理论进行激光散射微弱能量预测模型分析,利用测量系统进行了实地验证,预测模型结果与实际测量结果符合较好,该系统可以满足实验室激光大气传输弱激光能量测量要求.分析了影响实际仿真结果的主要因素,指出在仿真测试过程中应根据测试需求和测试手段采取合理的空间布局和必要的干扰能量控制措施以减小额外干扰能量对仿真结果的影响.     

激光刻蚀柔性薄膜太阳电池复合背反射层的研究

柔性聚酯膜衬底薄膜电池通过激光刻蚀等工艺形成集成串联,激光刻蚀柔性薄膜太阳电池复合背反射层(Ag/ZnO)是其中的重要工艺。首先对聚酰亚胺(PI)、Ag、ZnO材料的光学特性进行了分析,然后采用1 064nm脉冲激光与532nm脉冲激光分别对柔性薄膜太阳电池复合背反射层进行刻蚀研究。通过改变重复频率、激光功率、扫描速度和焦点位置等参数,分析了激光刻蚀物理机制,获得了好的刻蚀效果。结果表明,1 064nm纳秒脉冲激光更适合刻蚀柔性PI衬底复合背反射层Ag/ZnO,在激光功率860mW、刻蚀速度800mm/s和重复频率50kHz下,获得了底部平整、两侧无尖峰的刻线,刻线宽为32μm,满足柔性薄膜太阳电池集成串联组件的制备工艺要求。     

一种主被动激光雷达系统设计及应用

为综合利用激光雷达的光学接收天线,设计了一种可工作于主动状态和被动状态的光学遥感测量系统。处于主动状态时,主振荡激光器辐射1 064 nm 的激光脉冲,经倍频输出523 nm 激光,泵浦罗丹明染料,实现调谐脉冲输出,脉冲最高频率10 Hz,脉冲宽度为3. 0 ns,染料激光器输出脉冲能量可达105 mJ,主振荡输出激光脉冲可达1. 08 J。处于被动状态时,利用大气透过的太阳光谱,选取2 个波长的光谱线,采用比例光谱技术,根据激光雷达光学天线接收的太阳光谱强度,反演大气中反应性气体的柱浓度,再计算体积浓度。系统用于测量SO2 和O3 ,应用结果表明此系统的测量数据与国家相关测量平台数据非常吻合。     

激光目标回波模拟器时域特性研究

激光目标回波模拟器是激光制导武器系统半实物仿真中的关键设备。激光目标模拟器的关键技术之一是建立激光脉冲时域特性模型。因此,建立了大气湍流对激光脉冲展宽的模型,将大气等效成多层折射率变化的介质,分析了多层介质对激光脉冲的展宽机理,同时根据目标反射特性建立目标反射特性模型, 并对模型做了仿真验证。计算了距离在10 km时,激光发散角1 mrad、激光波长1 064 nm条件下的脉冲展宽最大值为10 ns。最后给出了一个平面目标的模拟数据。研究结果可以应用于激光雷达回波目标模拟器中。     

硅基中长波红外减反微结构研究

采用微加工工艺在Si衬底上制备了微柱和微锥阵列,结合光学建模分析,研究了结构参数对中长波（2.5~9 m）红外光反射率的影响规律。使用严格耦合波分析方法（RCWA）计算的微结构反射光衍射效率与傅里叶红外变换光谱仪（FTIR）测试的反射率结果吻合较好。研究结果表明,Si基微结构对TM及TE偏振光均有良好的红外光减反特性,微锥结构具有更好的减反效果,2.5~6.5 m中红外偏振光的反射率低至2%,同时表现出良好的宽谱与广角度减反特性。