基于紫外探测系统反射式滤光膜的研究
发布时间：2020-08-07 03:47
【摘要】：随着光学事业的不断发展,紫外探测技术以其独特的优势逐渐走进人们的视野,并开始朝着全方位、高标准的方向发展,而滤光片作为紫外探测系统中重要的一环,发挥着至关重要的作用。为了满足紫外探测系统的使用需求,本课题研究了一种紫外滤光膜,该滤光膜能满足深紫外波段高反射,近紫外到可见光波段高透射的技术要求。基于光学薄膜设计理论,选取Al_2O_3、AlF_3作为高低折射率材料,在JGS1基底上完成了膜系设计。通过采用双面拆分法解决了单面膜层过厚的问题,通过实验对比验证了离子辅助沉积技术对薄膜材料在深紫外波段的影响,采用透射率轮廓法拟合了材料的光学常数,通过反复实验优化了沉积工艺参数,通过对实验测试结果和理论设计的对比分析,建立了膜层厚度与电子束蒸发特性的函数关系,借助膜系设计软件模拟了误差对光谱的影响。通过对工艺的改进有效提高了滤光膜的技术指标,最终制备的滤光膜在200~270nm波段平均反射率为77.96%,在290~700nm波段平均透射率为96.29%,满足探测系统使用需求。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN23;O484.41
【图文】：
“光学老又新，前程端似锦”，光学薄膜的发展历程是这句话的真实写照。光学薄膜以光的干涉效应为理论依据，能够满足各种各样的光谱需求。例如：降低基片表面反射率以提高光学系统透过率的增透膜；提高基片表面反射率以降低光能损失的高反射膜；在某波段实现高反射、低透射，而在相邻波段实现低反射、高透射的干涉截止滤光膜；将光能按一定比例透射和反射的分光膜等[1]。光学薄膜凭借着得天独厚的特点广泛应用到形形色色的装置中，发挥着无与伦比的作用。如：在航空航天方面，空间飞行器的太阳能电池板上配有的滤光膜，能有效阻隔红外区的有害热量，同时又不会影响可见与近红外光的辐射[2]；新一代气象卫星中的带通滤光片提高了光谱信噪比，进而提高了对目标的探测与识别能力[3]。在军事方面，应用在红外探测器中的滤光膜，能够帮助其探测到发出大量热能的导弹，探测飞机的行踪；在恶劣环境下工作的传感器、镜头、窗口等器件表面镀制的保护膜，达到了耐风沙雨水、耐高低温、耐腐蚀等目的[4]。在日常生活方面，眼镜片表面镀制的增透膜，大大降低了镜片表面的反射，避免了虚像的出现，提高了景象的清晰度和使用者的舒适度；摄像机表面的增透膜，使得拍摄出来的影像，更加反映出大自然最真实的美感[5]。光学薄膜的应用如图 1.1 所示。
紫外探测得到广泛关注[6-7]。由于大气对紫外光存在强烈的吸收作用，使得太阳辐射的紫外光透过大气到达近地层的能量极其微弱，利用大自然的这个特点制作的紫外探测器，就相当于在极其微弱的干扰光下进行工作，使得探测器准确性极高[8-9]。此外紫外探测器还具有响应速度快、结构简单等众多优点，在实际生活中有较高的应用价值[10-11]。（1）紫外探测技术的发展光电倍增管（PMT）是紫外探测器最早的产物，其具有极高的响应速度，可实现微弱信号检测，但它的缺点是不能成像，只能通过获取的光谱信息来确定目标[12-13]；在光电倍增管中加入微通道板（CPM）是一种较新的技术，具有探测灵敏度高、角分辨率高、能成像等优点[13-15]；像增强型 CCD 具有识别能力强、探测灵敏度高的优点改进成背照式 CCD 后，使成像环节简化，灵敏度更高[14-17]。紫外探测器在固体方面的发展，主要有紫外增强型硅光电二极管、SiC 紫外探测器、二极管探测器、金刚石紫外探测器和紫外 CCD 等类型，其中以 AlGaN 为基础的紫外探测器发展速度极快，已经成为紫外预警方面探测器件的主要发展方向[18]。此外面阵紫外探测器、变相紫外CCD、紫外数字照相机等也成了紫外探测发展的新动向[19]。探测器如图 1.2 所示。
图 1.3 紫外探测的应用1.2.2 紫外光学薄膜的发展作为紫外探测器中极为关键的一环，紫外滤光片发挥着至关重要的作用，它的质量将直接影响到紫外探测器的正常使用，它的发展也关乎着紫外探测器的进步，因此对紫外滤光片的研究同样尤为重要。紫外滤光片主要分为干涉型和吸收型[27]。紫外吸收型滤光片通常以石英玻璃为基底材料，结合对固定波段具有吸收作用的有机染料、紫外玻璃，所组成的滤光片对需要的信号光几乎没有吸收作用，而能强烈地吸收背景杂光，具有信号光高透过、背景光深截止的特点[28]，同时还能不影响探测角度，实现真正的滤光，目前美国、德国以色列等紫外探测技术较先进的国家在紫外告警系统中均采用吸收型滤光片[29]。紫外干涉型滤光片是国内紫外滤光片的主要研究方向，在光通信系统中尤为常见。干涉型滤光片以光的干涉为理论依据，使进入滤光片的紫外光在膜层内部发生多次干涉和反射，最终达到信号光高透过，背景光深截止的目标，可以根据需要的光谱[30]
本文编号：2783434
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN23;O484.41
【图文】：
“光学老又新，前程端似锦”，光学薄膜的发展历程是这句话的真实写照。光学薄膜以光的干涉效应为理论依据，能够满足各种各样的光谱需求。例如：降低基片表面反射率以提高光学系统透过率的增透膜；提高基片表面反射率以降低光能损失的高反射膜；在某波段实现高反射、低透射，而在相邻波段实现低反射、高透射的干涉截止滤光膜；将光能按一定比例透射和反射的分光膜等[1]。光学薄膜凭借着得天独厚的特点广泛应用到形形色色的装置中，发挥着无与伦比的作用。如：在航空航天方面，空间飞行器的太阳能电池板上配有的滤光膜，能有效阻隔红外区的有害热量，同时又不会影响可见与近红外光的辐射[2]；新一代气象卫星中的带通滤光片提高了光谱信噪比，进而提高了对目标的探测与识别能力[3]。在军事方面，应用在红外探测器中的滤光膜，能够帮助其探测到发出大量热能的导弹，探测飞机的行踪；在恶劣环境下工作的传感器、镜头、窗口等器件表面镀制的保护膜，达到了耐风沙雨水、耐高低温、耐腐蚀等目的[4]。在日常生活方面，眼镜片表面镀制的增透膜，大大降低了镜片表面的反射，避免了虚像的出现，提高了景象的清晰度和使用者的舒适度；摄像机表面的增透膜，使得拍摄出来的影像，更加反映出大自然最真实的美感[5]。光学薄膜的应用如图 1.1 所示。
紫外探测得到广泛关注[6-7]。由于大气对紫外光存在强烈的吸收作用，使得太阳辐射的紫外光透过大气到达近地层的能量极其微弱，利用大自然的这个特点制作的紫外探测器，就相当于在极其微弱的干扰光下进行工作，使得探测器准确性极高[8-9]。此外紫外探测器还具有响应速度快、结构简单等众多优点，在实际生活中有较高的应用价值[10-11]。（1）紫外探测技术的发展光电倍增管（PMT）是紫外探测器最早的产物，其具有极高的响应速度，可实现微弱信号检测，但它的缺点是不能成像，只能通过获取的光谱信息来确定目标[12-13]；在光电倍增管中加入微通道板（CPM）是一种较新的技术，具有探测灵敏度高、角分辨率高、能成像等优点[13-15]；像增强型 CCD 具有识别能力强、探测灵敏度高的优点改进成背照式 CCD 后，使成像环节简化，灵敏度更高[14-17]。紫外探测器在固体方面的发展，主要有紫外增强型硅光电二极管、SiC 紫外探测器、二极管探测器、金刚石紫外探测器和紫外 CCD 等类型，其中以 AlGaN 为基础的紫外探测器发展速度极快，已经成为紫外预警方面探测器件的主要发展方向[18]。此外面阵紫外探测器、变相紫外CCD、紫外数字照相机等也成了紫外探测发展的新动向[19]。探测器如图 1.2 所示。
图 1.3 紫外探测的应用1.2.2 紫外光学薄膜的发展作为紫外探测器中极为关键的一环，紫外滤光片发挥着至关重要的作用，它的质量将直接影响到紫外探测器的正常使用，它的发展也关乎着紫外探测器的进步，因此对紫外滤光片的研究同样尤为重要。紫外滤光片主要分为干涉型和吸收型[27]。紫外吸收型滤光片通常以石英玻璃为基底材料，结合对固定波段具有吸收作用的有机染料、紫外玻璃，所组成的滤光片对需要的信号光几乎没有吸收作用，而能强烈地吸收背景杂光，具有信号光高透过、背景光深截止的特点[28]，同时还能不影响探测角度，实现真正的滤光，目前美国、德国以色列等紫外探测技术较先进的国家在紫外告警系统中均采用吸收型滤光片[29]。紫外干涉型滤光片是国内紫外滤光片的主要研究方向，在光通信系统中尤为常见。干涉型滤光片以光的干涉为理论依据，使进入滤光片的紫外光在膜层内部发生多次干涉和反射，最终达到信号光高透过，背景光深截止的目标，可以根据需要的光谱[30]
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
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1 吴慧利;深截止型日盲紫外干涉滤光片研究[D];北京理工大学;2015年
2 蒋静;宽视角日盲滤光片技术研究[D];北京理工大学;2015年
3 马钰慧;紫外荧光成像系统的研制[D];华侨大学;2014年
本文编号：2783434
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