短中波红外探测系统光学薄膜关键技术研究
发布时间：2021-07-09 19:55
随着科学技术的飞速发展,红外探测技术逐渐从单波段发展至多波段相融合。短中波红外探测系统将短波红外及中波红外探测技术相结合,使其在微光夜视、识别伪装、穿透雨雾等方面具有独特的优势,成为了红外探测技术的研究热点。短中波红外探测系统中的光学元件折射率较高,光能量入射到元件表面时会有很大的能量损失,致使进入系统的能量减弱,降低了探测系统的精度及响应速度。因此,需要在光学元件表面沉积光学薄膜,提高光学元件的透过率,降低能量损失,提高探测系统性能。短中波红外探测系统在室外工作时会面对雨淋、砂尘等复杂天气条件,特别是在侦查、追踪、空空导弹拦截等军事用途时,将面临高低温、湿热、霉菌等极端环境条件的挑战。故而,短中波红外探测系统的光学薄膜在具有高透过率的光学性能的同时,还需要具备耐高低温、耐霉菌、耐盐雾等良好的耐环境适应性。研究高透过率、耐环境适应性好的短中波红外探测系统光学薄膜对推动短中波红外探测系统的发展具有重要意义。本论文在Si基片表面,研制了1.5～5μm波段T≥96%的短中波红外探测系统光学薄膜,其以SixGe1-x、SiO、MgF2
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
可见光与短波红外探测技术对比图[6]
3（a）GaSbII类超晶格响应光谱（b）InAs/GaSbII类超晶格响应光谱图1.3短中波红外探测器响应光谱[11,12]从图中可以看出，在1.5~5μm波段，II类超晶格短中波红外焦平面探测器光谱响应能力是连续的，而目前国内对光学窗口片的研究仅围绕着峰值响应波段（1.4~2.5μm，3.2~4.8μm），不具备在1.5~5μm波段范围内连续工作的能力。因此，研究1.5~5μm波段范围连续响应的光学窗口片对于短中波红外探测系统至关重要。目前短中波红外探测系统多为制冷式红外探测系统，其探测系统的结构如图1.4所示。图1.4制冷式红外探测系统结构示意图[13]从图中可以看出，被测物体的辐射信息需要经过前端光学系统入射到光学窗口片，窗口片的透过率直接决定了进入焦平面探测系统的能量大小，从而影响了探测系统的响应速度及探测精度；同时，因窗口片需将红外焦平面密封在一定真空度下，避免化学腐蚀、机械冲击等对于红外焦平面的影响，窗口片还应具有良好的耐环境适应性。短中波红外波段常用的窗口材料有蓝宝石，硅等。蓝宝石基片的硬度高，抗磨损，但其很难截止可见光，容易造成探测器在白天工作饱和。因此，需采用Si基片作为窗口片，其制备的主要技术包括基片的加工、光学薄膜技术、薄膜边缘金属化封装技术。其中，Si基片的加工、金属化封装技术均与单波段制冷式红外探测器无明显区别，已有较为成熟的工艺；而响应波段的变化，使系统中的光学薄膜技术面临了全新的挑战。因此，研制Si基片上1.5~5μm宽波段范围高透过率的光学薄膜，并且使其
3（a）GaSbII类超晶格响应光谱（b）InAs/GaSbII类超晶格响应光谱图1.3短中波红外探测器响应光谱[11,12]从图中可以看出，在1.5~5μm波段，II类超晶格短中波红外焦平面探测器光谱响应能力是连续的，而目前国内对光学窗口片的研究仅围绕着峰值响应波段（1.4~2.5μm，3.2~4.8μm），不具备在1.5~5μm波段范围内连续工作的能力。因此，研究1.5~5μm波段范围连续响应的光学窗口片对于短中波红外探测系统至关重要。目前短中波红外探测系统多为制冷式红外探测系统，其探测系统的结构如图1.4所示。图1.4制冷式红外探测系统结构示意图[13]从图中可以看出，被测物体的辐射信息需要经过前端光学系统入射到光学窗口片，窗口片的透过率直接决定了进入焦平面探测系统的能量大小，从而影响了探测系统的响应速度及探测精度；同时，因窗口片需将红外焦平面密封在一定真空度下，避免化学腐蚀、机械冲击等对于红外焦平面的影响，窗口片还应具有良好的耐环境适应性。短中波红外波段常用的窗口材料有蓝宝石，硅等。蓝宝石基片的硬度高，抗磨损，但其很难截止可见光，容易造成探测器在白天工作饱和。因此，需采用Si基片作为窗口片，其制备的主要技术包括基片的加工、光学薄膜技术、薄膜边缘金属化封装技术。其中，Si基片的加工、金属化封装技术均与单波段制冷式红外探测器无明显区别，已有较为成熟的工艺；而响应波段的变化，使系统中的光学薄膜技术面临了全新的挑战。因此，研制Si基片上1.5~5μm宽波段范围高透过率的光学薄膜，并且使其
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ge基底LaF3-ZnS-Ge高耐用中波红外增透膜[J]. 程海娟,于晓辉,彭浪,普群雁,蔡毅,李茂忠,杨伟声,白玉琢,赵劲松,王岭雪. 红外与激光工程. 2019(11)
[2]InAs/GaSb二类超晶格中/短波双色红外焦平面探测器[J]. 朱旭波,彭震宇,曹先存,何英杰,姚官生,陶飞,张利学,丁嘉欣,李墨,张亮,王雯,吕衍秋. 红外与激光工程. 2019(11)
[3]不同沉积方式SiO2薄膜的自然时效特性（英文）[J]. 姜玉刚,刘小利,刘华松,王利栓,李士达,陈丹,刘丹丹,姜承慧,季一勤. 红外与激光工程. 2019(05)
[4]热处理对双离子束溅射SiO2薄膜力学及热力学特性的影响（英文）[J]. 冷健,季一勤,刘华松,庄克文,刘丹丹. 红外与激光工程. 2018(06)
[5]大角度宽光谱红外成像系统灰度调节膜的研制[J]. 付秀华,熊仕富,刘冬梅,张静,张于帅. 光学学报. 2016(05)
[6]红外增透薄膜的研究进展[J]. 何远东,张伟才,闫萍,杨洪星. 节能技术. 2016(02)
[7]国外红外制导空空导弹的研究现状及其关键技术[J]. 张肇蓉,高贺,张曦,李韬,康宇航. 飞航导弹. 2016(03)
[8]光谱探测中的超宽带减反射膜[J]. 付秀华,潘永刚,刘冬梅,张静,熊仕富. 光子学报. 2015(08)
[9]InAs/GaSb二类超晶格红外探测材料的ICP刻蚀[J]. 陈永远,邓军,史衍丽,苗霈,杨利鹏. 红外与激光工程. 2013(02)
[10]Compositional dependence of Raman frequencies in SixGe1-x alloys[J]. 郑文礼,李廷会. Journal of Semiconductors. 2012(11)
博士论文
[1]短波红外高灵敏度成像关键技术与应用研究[D]. 韦丽清.中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所) 2017
[2]能量色散型X射线荧光光谱仪关键技术研究[D]. 赵奉奎.东南大学 2015
[3]光学薄膜光学特性检测中若干关键问题的研究[D]. 薛晖.浙江大学 2009
硕士论文
[1]红外制冷探测器高效冷屏的设计与优化[D]. 张娴婧.浙江大学 2017
[2]Ⅱ型超晶格红外探测性能研究[D]. 于子阳.哈尔滨工业大学 2013
[3]一种改进型双光束分光光度计的设计[D]. 赵恒.华中科技大学 2011
本文编号：3274390
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
可见光与短波红外探测技术对比图[6]
3（a）GaSbII类超晶格响应光谱（b）InAs/GaSbII类超晶格响应光谱图1.3短中波红外探测器响应光谱[11,12]从图中可以看出，在1.5~5μm波段，II类超晶格短中波红外焦平面探测器光谱响应能力是连续的，而目前国内对光学窗口片的研究仅围绕着峰值响应波段（1.4~2.5μm，3.2~4.8μm），不具备在1.5~5μm波段范围内连续工作的能力。因此，研究1.5~5μm波段范围连续响应的光学窗口片对于短中波红外探测系统至关重要。目前短中波红外探测系统多为制冷式红外探测系统，其探测系统的结构如图1.4所示。图1.4制冷式红外探测系统结构示意图[13]从图中可以看出，被测物体的辐射信息需要经过前端光学系统入射到光学窗口片，窗口片的透过率直接决定了进入焦平面探测系统的能量大小，从而影响了探测系统的响应速度及探测精度；同时，因窗口片需将红外焦平面密封在一定真空度下，避免化学腐蚀、机械冲击等对于红外焦平面的影响，窗口片还应具有良好的耐环境适应性。短中波红外波段常用的窗口材料有蓝宝石，硅等。蓝宝石基片的硬度高，抗磨损，但其很难截止可见光，容易造成探测器在白天工作饱和。因此，需采用Si基片作为窗口片，其制备的主要技术包括基片的加工、光学薄膜技术、薄膜边缘金属化封装技术。其中，Si基片的加工、金属化封装技术均与单波段制冷式红外探测器无明显区别，已有较为成熟的工艺；而响应波段的变化，使系统中的光学薄膜技术面临了全新的挑战。因此，研制Si基片上1.5~5μm宽波段范围高透过率的光学薄膜，并且使其
3（a）GaSbII类超晶格响应光谱（b）InAs/GaSbII类超晶格响应光谱图1.3短中波红外探测器响应光谱[11,12]从图中可以看出，在1.5~5μm波段，II类超晶格短中波红外焦平面探测器光谱响应能力是连续的，而目前国内对光学窗口片的研究仅围绕着峰值响应波段（1.4~2.5μm，3.2~4.8μm），不具备在1.5~5μm波段范围内连续工作的能力。因此，研究1.5~5μm波段范围连续响应的光学窗口片对于短中波红外探测系统至关重要。目前短中波红外探测系统多为制冷式红外探测系统，其探测系统的结构如图1.4所示。图1.4制冷式红外探测系统结构示意图[13]从图中可以看出，被测物体的辐射信息需要经过前端光学系统入射到光学窗口片，窗口片的透过率直接决定了进入焦平面探测系统的能量大小，从而影响了探测系统的响应速度及探测精度；同时，因窗口片需将红外焦平面密封在一定真空度下，避免化学腐蚀、机械冲击等对于红外焦平面的影响，窗口片还应具有良好的耐环境适应性。短中波红外波段常用的窗口材料有蓝宝石，硅等。蓝宝石基片的硬度高，抗磨损，但其很难截止可见光，容易造成探测器在白天工作饱和。因此，需采用Si基片作为窗口片，其制备的主要技术包括基片的加工、光学薄膜技术、薄膜边缘金属化封装技术。其中，Si基片的加工、金属化封装技术均与单波段制冷式红外探测器无明显区别，已有较为成熟的工艺；而响应波段的变化，使系统中的光学薄膜技术面临了全新的挑战。因此，研制Si基片上1.5~5μm宽波段范围高透过率的光学薄膜，并且使其
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ge基底LaF3-ZnS-Ge高耐用中波红外增透膜[J]. 程海娟,于晓辉,彭浪,普群雁,蔡毅,李茂忠,杨伟声,白玉琢,赵劲松,王岭雪. 红外与激光工程. 2019(11)
[2]InAs/GaSb二类超晶格中/短波双色红外焦平面探测器[J]. 朱旭波,彭震宇,曹先存,何英杰,姚官生,陶飞,张利学,丁嘉欣,李墨,张亮,王雯,吕衍秋. 红外与激光工程. 2019(11)
[3]不同沉积方式SiO2薄膜的自然时效特性（英文）[J]. 姜玉刚,刘小利,刘华松,王利栓,李士达,陈丹,刘丹丹,姜承慧,季一勤. 红外与激光工程. 2019(05)
[4]热处理对双离子束溅射SiO2薄膜力学及热力学特性的影响（英文）[J]. 冷健,季一勤,刘华松,庄克文,刘丹丹. 红外与激光工程. 2018(06)
[5]大角度宽光谱红外成像系统灰度调节膜的研制[J]. 付秀华,熊仕富,刘冬梅,张静,张于帅. 光学学报. 2016(05)
[6]红外增透薄膜的研究进展[J]. 何远东,张伟才,闫萍,杨洪星. 节能技术. 2016(02)
[7]国外红外制导空空导弹的研究现状及其关键技术[J]. 张肇蓉,高贺,张曦,李韬,康宇航. 飞航导弹. 2016(03)
[8]光谱探测中的超宽带减反射膜[J]. 付秀华,潘永刚,刘冬梅,张静,熊仕富. 光子学报. 2015(08)
[9]InAs/GaSb二类超晶格红外探测材料的ICP刻蚀[J]. 陈永远,邓军,史衍丽,苗霈,杨利鹏. 红外与激光工程. 2013(02)
[10]Compositional dependence of Raman frequencies in SixGe1-x alloys[J]. 郑文礼,李廷会. Journal of Semiconductors. 2012(11)
博士论文
[1]短波红外高灵敏度成像关键技术与应用研究[D]. 韦丽清.中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所) 2017
[2]能量色散型X射线荧光光谱仪关键技术研究[D]. 赵奉奎.东南大学 2015
[3]光学薄膜光学特性检测中若干关键问题的研究[D]. 薛晖.浙江大学 2009
硕士论文
[1]红外制冷探测器高效冷屏的设计与优化[D]. 张娴婧.浙江大学 2017
[2]Ⅱ型超晶格红外探测性能研究[D]. 于子阳.哈尔滨工业大学 2013
[3]一种改进型双光束分光光度计的设计[D]. 赵恒.华中科技大学 2011
本文编号：3274390
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