在光學(xué)遙感領(lǐng)域,遙感儀器有著向小型化、輕量化和集成化發(fā)展的趨勢(shì),采用同一光路上的雙色探測(cè)技術(shù),是適應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)的有力技術(shù)手段之一。雙色濾光片是實(shí)現(xiàn)雙色探測(cè)技術(shù)的重要光譜元件,它能在同一通光孔徑內(nèi)的同一幾何點(diǎn)上通過(guò)兩個(gè)光譜通道的光學(xué)能量,并完全抑制其它光譜。本文的主要目標(biāo),是研制出初步滿足空間遙感應(yīng)用要求的紅外雙色濾光片樣品,并對(duì)其低溫光譜進(jìn)行研究,得到低溫下的準(zhǔn)確光譜。對(duì)于任何干涉式濾光片的研制,其首要任務(wù)是設(shè)計(jì)出合理的多層干涉膜的膜系。濾光片膜系設(shè)計(jì)的方法有多種,例如自動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)、緩沖層和組合膜系設(shè)計(jì)、加厚間隔層的Fabry-Perot(F-P)膜系設(shè)計(jì)、多次重復(fù)雙峰結(jié)構(gòu)F-P膜系設(shè)計(jì),以及具有分形結(jié)構(gòu)的F-P膜系設(shè)計(jì)等,但它們并不適合于進(jìn)行中心波長(zhǎng)在2.95μm、4.41μm,帶寬均為中心波長(zhǎng)0.09倍的雙色濾光片的設(shè)計(jì)。因此提出了一種基于組合法F-P的雙色濾光片設(shè)計(jì)方法。這種方法可以互不干擾的對(duì)雙色濾光片的兩個(gè)通帶進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì),通帶寬度和位置方便調(diào)控,有效解決了較寬通帶和較大通道間距的雙色濾光片的設(shè)計(jì)問(wèn)題。并且設(shè)計(jì)出的膜系和其它膜系設(shè)計(jì)方法相比更為簡(jiǎn)潔,有較強(qiáng)的可實(shí)施性。論文介紹了膜層沉積的方法和主要工藝。膜厚監(jiān)控采用了適用于單波長(zhǎng)直接光學(xué)監(jiān)控的一種光學(xué)極值比例的監(jiān)控策略。實(shí)施這種監(jiān)控策略的主要原因是為了確保有較大消光系數(shù)材料Ge在該波段紅外區(qū)域有足夠的監(jiān)控精度。針對(duì)這種監(jiān)控策略,進(jìn)行了膜系的調(diào)整,設(shè)計(jì)的膜層總數(shù)為34層,并設(shè)計(jì)出了能夠滿足監(jiān)控策略要求的監(jiān)控曲線。按照此監(jiān)控曲線進(jìn)行了膜層的沉積,最終研制出了滿足要求的樣品,其測(cè)試光譜顯示:雙色濾光片短波通道平均透過(guò)率大于84%,長(zhǎng)波通道的平均透過(guò)率大于88%;兩個(gè)通道的四個(gè)通帶邊緣的陡度分別為:1.4%、2.8%、1.9%和1.7%。膜層厚度的誤差是導(dǎo)致樣品實(shí)測(cè)光譜曲線和理論設(shè)計(jì)不一致的主要原因。為此,分析了誤差的來(lái)源,以及采用透過(guò)率監(jiān)控膜厚而產(chǎn)生誤差的機(jī)理。分析了膜系整體存在隨機(jī)誤差時(shí),對(duì)不同類型膜系光譜的影響,以及特定膜層厚度誤差對(duì)膜系光譜性能的影響。通帶頂部的透過(guò)率是最關(guān)鍵的性能指標(biāo),論文采用通帶頂部最大透過(guò)率偏差以及通帶頂部平均透過(guò)率偏差,來(lái)評(píng)估不同膜層誤差對(duì)于濾光片光譜性能的影響。對(duì)沉積于基片兩側(cè)的組成雙色濾光片的單通道濾光膜進(jìn)行了隨機(jī)光譜誤差分析,并結(jié)合樣品實(shí)測(cè)光譜進(jìn)行了雙色濾光片的光譜誤差分析。紅外雙色濾光片是在低溫條件下使用的,因此對(duì)其低溫特性進(jìn)行了研究。介紹了低溫光譜測(cè)試裝置,通過(guò)對(duì)單層Ge和SiO膜的常溫和低溫(100K)測(cè)試光譜,獲得其光學(xué)常數(shù)以及膜厚從常溫到低溫的變化情況,計(jì)算得到了Ge和SiO膜層的光學(xué)常數(shù)的溫度系數(shù)。結(jié)合具體膜系,得到低溫(100K)條件下的光譜漂移量,結(jié)合濾光片樣品的多次生長(zhǎng)和測(cè)試工作,為不同類型和技術(shù)要求紅外雙色濾光片低溫光譜的確立,提供了參考依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN21

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本文編號(hào)：2326442