發(fā)布時(shí)間：2020-07-01 05:21

【摘要】：隨著紅外光學(xué)系統(tǒng)的發(fā)展,紅外探測(cè)、紅外成像等紅外光學(xué)系統(tǒng),特別是高能激光系統(tǒng),要求紅外薄膜吸收低。低吸收紅外薄膜有利于降低紅外光學(xué)元件的吸收,從而降低其紅外發(fā)射率,有利于提高系統(tǒng)的信噪比和穩(wěn)定性。在紅外激光器系統(tǒng)中,反射鏡、分光鏡等紅外薄膜的吸收會(huì)導(dǎo)致光學(xué)元件的熱畸變,導(dǎo)致光束質(zhì)量的下降,嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致激光系統(tǒng)不能正常振蕩輸出激光。低吸收紅外薄膜的薄膜材料通常為硫化物、氟化物等牢固性和穩(wěn)定性較差的材料,且厚度厚,通常達(dá)到十幾微米,這對(duì)低吸收紅外薄膜的穩(wěn)定性可靠性提出了挑戰(zhàn),因而開展低吸收紅外薄膜的相關(guān)研究具有重要意義。本論文針對(duì)低吸收紅外薄膜的理論與方法、薄膜參數(shù)的測(cè)試、鍍膜工藝優(yōu)化、薄膜的環(huán)境穩(wěn)定性等進(jìn)行了系統(tǒng)研究。論文所取得的主要研究成果包括:1.給出了低吸收薄膜的基本設(shè)計(jì)理論和方法,采用勢(shì)透射率分析了光學(xué)薄膜的吸收,得出了吸收低的高反射膜和窄帶濾光片的膜系結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上分析了三種膜系結(jié)構(gòu)的高反射膜的吸收,提出了一種精確測(cè)量光學(xué)薄膜消光系數(shù)的方法,并測(cè)量了幾種薄膜材料的消光系數(shù),可精確到10~(-6)量級(jí)。2.采用橢圓偏振法和全光譜擬合法測(cè)量了萊寶高級(jí)離子源(APS)不同偏置電壓沉積的氟化鐿薄膜在可見短波的折射率,兩種方法的測(cè)量結(jié)果差異不大。使用Sellmeier色散模型,通過擬合氟化鐿/硫化鋅雙層膜的透射率獲得了包裹在膜層內(nèi)部的氟化鐿薄膜在2.5μm-11μm波段的折射率,與橢圓偏振法測(cè)量的暴露在大氣中的單層氟化鐿薄膜的折射率的差異較大,主要是由于氟化鐿薄膜吸附空氣中的水汽導(dǎo)致的。3.實(shí)驗(yàn)研究了基板溫度和APS偏置電壓對(duì)氟化鐿薄膜光學(xué)性能、應(yīng)力、晶體結(jié)構(gòu)、粗糙度和散射的影響,為低吸收紅外薄膜的設(shè)計(jì)和制備奠定了基礎(chǔ)。4.實(shí)驗(yàn)探索了低缺陷密度紅外薄膜制備工藝,重點(diǎn)研究了沉積速率、基板溫度和沉積方式對(duì)氟化鐿、硫化鋅和硒化鋅薄膜缺陷的影響,得到了缺陷密度較少的制備工藝參數(shù),并對(duì)多層膜的缺陷與吸收進(jìn)行了分析。5.討論了紅外薄膜水吸收及減少水吸收的方法,實(shí)驗(yàn)研究了硫化鋅保護(hù)層技術(shù)和氧化鉿保護(hù)層技術(shù)對(duì)水汽保護(hù)性及對(duì)薄膜環(huán)境穩(wěn)定性的改善作用。6.采用非釷氟化物研制出了低吸收中波反射膜,反射率可達(dá)99.99%以上,吸收低于30ppm。通過膜系的優(yōu)化設(shè)計(jì)和對(duì)膜層厚度的校正及精確控制,用石英晶振控制方式研制出了六波長(zhǎng)硫化鋅窗口,實(shí)現(xiàn)了從0.5μm~10μm波段范圍內(nèi)的六個(gè)波長(zhǎng)的高透射。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN21;TB383.2
【圖文】：

低吸收紅外薄膜制備及其環(huán)境穩(wěn)定性可靠性研究圖 1.4 所示，為人們提供多種信息，利用這些信今為止，已形成了相應(yīng)的檢測(cè)方法和理論。目前收的主要技術(shù)有如下幾種：光熱偏轉(zhuǎn)技術(shù)、光熱熱透鏡技術(shù)以及光熱失調(diào)法等[56-64]。光熱法的技可測(cè)量低于 10ppm 的吸收）和空間分辨率（徑熱法主要是通過探測(cè)由熱引起的各種效應(yīng)(如：變化)來獲得吸收，屬于間接測(cè)量方法，測(cè)量時(shí)標(biāo)，由于被測(cè)樣品的多樣性和光熱信號(hào)線性度的準(zhǔn)確定標(biāo)，相對(duì)測(cè)量容易，而絕對(duì)測(cè)量困難。

第 1 章 緒論68]。 與此同時(shí)，世界各地研究人員對(duì)紅外薄膜進(jìn)行了不少的研究：光學(xué)常數(shù)（折射率、消光系數(shù)）、激光損傷、機(jī)械性能、微觀結(jié)構(gòu)等[69-72]。上世紀(jì)七十年代， Pearson J.M.[73]、Guenther K. H.[74]用掃描電子顯微鏡(SEM)系統(tǒng)研究了紅外薄膜的微觀結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)氟化物薄膜為典型的柱狀結(jié)構(gòu)，如圖 1.5 所示[74],同時(shí)指出，這種柱狀結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致薄膜吸附水汽，對(duì)薄膜性能產(chǎn)生重要影響。此后，薄膜研究人員從多方面對(duì)紅外薄膜的水吸收進(jìn)行了研究[75-77]。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 李軍,劉梅冬,曾亦可,李楚容,郭明金,林昭昭;熱釋電紅外自動(dòng)測(cè)溫系統(tǒng)研究[J];傳感器世界;2001年02期

本文編號(hào)：2736330