红外与激光工程
2023, 52(12): 20230574
红外与激光工程
2022, 51(3): 20210944
1 哈尔滨工业大学 工信部空天热物理重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 中国洛阳电子装备试验中心, 河南 洛阳 471003
文中对天基和地基两种观测平台下高超声速滑翔飞行器的点源红外可探测性进行了分析; 通过双温度模型的N-S方程和气固耦合模型获得流场参数和壁面温度, 并基于逐线法获得气体的物性参数; 基于视在光线法求解辐射传输方程来获得HTV-2飞行器的点源本征辐射特性, 并考虑大气透过率、背景以及路径辐射参数下计算不同平台的可探测性。结果表明: 目标的中长波辐射强度强烈依赖于本体辐射, 气体辐射可以忽略; 3~5 μm谱带内的本征辐射较8~12 μm高近一个量级; 在固定探测器灵敏度(10-12 W/cm2)下, 最大探测距离强烈依赖于波段和探测角度。3~5 μm谱带内地基和天基观测的理想最大探测距离分别为450 km和1 450 km, 8~12 μm谱带分别为300 km和550 km。
探测距离 红外辐射 高超声速 热力非平衡 HTV-2 HTV-2 detection distance infrared radiation hypersonic flows thermal nonequilibrium 红外与激光工程
2018, 47(11): 1104001
1 北京空间机电研究所 先进光学遥感技术北京市重点实验室, 北京 100094
2 哈尔滨工业大学 能源科学与工程学院, 哈尔滨 150001
为了选择设计红外预警卫星的最优探测谱段范围, 采用一种基于目标与背景对比度确定探测谱段的方法, 在综合考虑目标、背景及探测方向等因素、结合探测器参量的前提下, 分别对类HTV-2飞行器在不同工况、不同观测角度和不同波长范围内的辐射强度、多种地球/大气背景辐射及不同情况下的目标背景对比度进行了理论分析和仿真。结果表明, 针对类HTV-2飞行器, 正俯视观测时, 在30km高度、马赫数Ma=7和50km高度、马赫数Ma=17两种工况下, 任一背景下, 目标与背景对比度在2.65μm～2.85μm谱段处都较大。该结果对探测这一类目标时的谱段选取具有重要参考价值。
物理光学 目标与背景对比度 仿真研究 探测谱段 红外辐射 physical optics contrast of target and background simulation research detection band infrared radiation
1 哈尔滨工业大学 可调谐激光技术国家级重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 中国航天科工飞航技术研究院 天津津航技术物理研究所天津市薄膜光学重点实验室, 天津 300308
主要研究了离子束溅射制备的氧化钽薄膜在大气氛围下热处理对其光学特性的影响规律。实验中热处理温度范围的选择为150~550 ℃, 间隔为200 ℃。研究中分别采用介电常数的Cody-Lorentz色散模型和振子模型对氧化钽薄膜的能带特性(1~4 eV)和红外波段(400~4 000 cm-1)的微结构振动特性进行了表征。研究结果表明, 在150 ℃和350 ℃之间出现热处理温度转折点, 即热处理温度高于此值时消光系数增加。Urbach能量的变化与消光系数趋势相同, 而禁带宽度的变化与消光系数恰好相反。通过红外微结构振动特性分析, 薄膜中仍存在亚氧化物的化学计量缺陷。
Ta2O5薄膜 热处理 光学常数 禁带宽度 微结构振动 Ta2O5 thin film annealing optical constants band gap microstructure vibration 红外与激光工程
2018, 47(3): 0321004
1 中国航天科工飞航技术研究院天津津航技术物理研究所天津市薄膜光学重点实验室, 天津 300308
2 哈尔滨工业大学光电子技术研究所可调谐激光技术国家重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150080
3 中国航天科工集团公司深圳航天工业技术研究院, 广东 深圳 518048
利用离子束溅射沉积制备了光学薄膜。基于椭圆偏振测量技术,研究了折射率、膜层厚度和表面层厚度与测试光斑大小的关系。研究结果表明,随着样品表面测试光斑尺寸的增加,薄膜折射率变小,膜层厚度、表面层厚度增加。使用反射光谱法和轮廓仪分别验证了各光学常数的光斑效应。研究结果表明,光学薄膜的折射率与膜层厚度具有弱横向非均匀性,采用大尺寸测量光斑能弱化这种非均匀性。
薄膜 光学常数 椭圆偏振法 光斑效应 光学学报
2017, 37(10): 1031001
哈尔滨工业大学能源科学与工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
以类HTV-2高超声速滑翔飞行器为研究对象,对其红外辐射特征进行了仿真分析。综合考虑了目标、背景、传输过程的方向和光谱特性,系统分析了地基平台、浮空器、天基卫星对类HTV-2高超声速飞行器的红外探测能力,得到了不同探测波段、不同探测平台的最大探测距离。研究结果表明,目标的红外辐射强度受观测方向的影响较大,最大探测距离随探测器灵敏度的增加而增大,中波波段(3.7~4.8 μm、3.0~5.0 μm)的探测距离比长波波段(7.7~9.5 μm、8.0~12.0 μm)的大。
探测器 红外辐射特征 探测距离 高超声速滑翔飞行器 探测波段 探测平台 光学学报
2017, 37(12): 1204001
1 中国航天科工飞航技术研究院 天津津航技术物理研究所, 天津市薄膜光学重点实验室, 天津, 300308
2 哈尔滨工业大学 光电子技术研究所, 可调谐激光技术国防科技重点实验室, 黑龙江 哈尔滨, 150080
硫化锌材料是长波红外光学窗口材料优选材料之一.针对化学气相沉积(CVD)和热压成形(HP)两种工艺制备的硫化锌材料, 研究了从室温到600℃的光谱透过率变化现象, 基于二维相关光谱分析技术, 获得了长波吸收区内的声子交互作用.研究结果表明: 在700~1250 cm-1的长波吸收波段, CVD ZnS的声子频率为横向振动模式下(TO)的三次谐波频率和纵向声学模式下(LA)的三次谐波频率；HP ZnS的声子频率分别为3TO、3LA和4LA, 并且在温度作用下的响应顺序依次为3LA、3TO和4LA.两种工艺制备的ZnS杂质振动吸收在温度作用下对2000~1250 cm-1范围内的光谱透过率产生影响, 出现不同程度的透过率增加现象, 由于两者含有杂质的区别, 在高温下CVD ZnS的透过率变化比HP ZnS较为显著.
声子 二维相关分析 CVD ZnS CVD ZnS HP ZnS HP ZnS phonon two-dimensional correlation analysis
1 天津津航技术物理研究所 天津市薄膜光学重点实验室, 天津 300308
2 哈尔滨工业大学 光电子技术研究所 可调谐激光技术国防科技重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150080
SiO2薄膜是光学薄膜领域内常用的重要低折射率材料之一。在文中研究中, 通过测量薄膜的椭偏参数, 使用非线性最小二乘法反演计算获得薄膜的光学常数。采用离子束溅射和电子束蒸发两种方法制备了SiO2薄膜, 在拟合过程中, 基于L8(22)正交表设计了8组反演计算实验, 以评价函数MSE为考核指标。实验结果表明: 对IBS SiO2薄膜拟合MSE函数影响最大的为界面层模型, 对EB SiO2薄膜拟合MSE函数影响最大的为Pore模型。同时确定了不同物理模型对拟合MSE函数的影响大小和反演计算过程模型选择的次序, 按照确定的模型选择次序拟合, 两种薄膜反演计算的MSE函数相对初始MSE可下降35%和38%, 表明拟合过程模型选择合理物理意义明确。文中提供了一种判断薄膜物理模型中各因素对于薄膜光学常数分析作用大小的途径, 对于薄膜光学常数分析具有指导意义。
SiO2 薄膜 光学常数 界面层 折射率梯度 孔隙 表面层 SiO2 thin films optical constants intermix graded index pore overlayer 红外与激光工程
2017, 46(9): 0921003
1 中国航天科工飞航技术研究院 天津津航技术物理研究所 天津市薄膜光学重点实验室，天津 300308
2 哈尔滨工业大学 光电子技术研究所 可调谐激光技术国防科技重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001
针对电子束蒸发离子辅助沉积的硫化锌薄膜，研究了550 ℃以下真空热处理对其光学与微结构特性的影响。薄膜光学和微结构特性的测试分析表明: 制备后薄膜为类立方结构的ZnS，在337.5 nm波长处出现临界特性转折点，随着热处理温度的增加，转折波长两侧的消光系数变化规律相反，折射率和物理厚度呈现下降趋势，薄膜的禁带宽度逐渐增加; 在红外波段的薄膜折射率与热处理温度的变化并不显著，在350 ℃下热处理时消光系数出现转折，主要是由晶粒变小的趋势所致; 通过晶相分析，硫化锌薄膜经历了类立方结构到六方结构的转换，与禁带宽度的变化趋势基本一致。分析结果表明，光学特性变化的根本原因是薄膜的微结构特性变化。
ZnS薄膜 折射率 消光系数 真空热处理 晶相结构 ZnS thin film refractive index extinction coefficient vacuum annealing crystallographic structure
