1 长春理工大学 光电工程学院,吉林长春3002
2 长春理工大学中山研究院,广东中山58437
光轴一致性是衡量多传感器光电系统工作性能的重要指标,为了解决多传感器轴一致性检测系统工作波段范围较窄、系统灵活性较低的问题,本文结合光路切换和光热转换的思想,设计了一套宽光谱多传感器轴一致性检测系统。该系统采用卡塞格林反射式光学系统作为从可见光到长波红外范围内的接收和发射系统;通过步进电机的驱动,带动导轨上方反光镜位置移动,实现系统光路的切换;采用镀有硫化铜的锗玻璃,作为光热转换靶材,将短波长的光斑转换为热斑,采用长波红外探测器实现对各波段激光光斑图像采集。系统能够实现0.4~14 μm波段光谱范围的检测;对光学系统进行像质评价分析,可以得到系统在不同波段下由像差引起的弥散斑(Root mean square, RMS)直径均在9 μm以下,能量集中度较好;对系统检测精度进行分析,最大测量误差为0.1 mrad;通过导轨往返运动重复精度实验和系统测量准确度实验,对系统可靠性进行验证,结果表明检测系统满足仪表准确度1.5级的要求。该检测系统结构紧凑,适用波谱范围广,能够实现对多传感器光电设备的轴一致性检测。
宽光谱 轴一致性 光路切换 光热转换 硫化铜 wide spectrum axis consistency optical switching photothermal conversion copper sulfide
红外与激光工程
2023, 52(9): 20230470
福建师范大学 光电与信息工程学院 医学光电科学与技术教育部重点实验室,福建省光子技术重点实验室,福建 福州 350007
变焦光学系统不仅适用于照相、监控以及显微等日常生活中,还被广泛应用于航空航天及**建设等领域。随着应用范围的扩大,对其性能指标的要求也越来越多,该文设计了一款15 mm ~300 mm的宽光谱四组元连续变焦光学系统。该系统采用正组补偿结构实现了20×的光学变焦,工作在450 nm~900 nm光谱范围,工作温度范围为?40 ℃~60 ℃;采用了18片球面玻璃镜片,总长160 mm,最大口径66 mm,长焦F数优于5,系统结构紧凑,满足小型化要求。系统在可见光波段,中心视场的调制传递函数(modulation transfer function, MTF)>0.4@145 lp/mm,全视场MTF>0.2@145 lp/mm;在近红外波段,中心视场MTF>0.45@60 lp/mm,全视场MTF>0.2@60 lp/mm。从设计结果可以看出,该设计满足高性能指标要求,对于宽光谱、大变倍比、小型化的变焦光学系统设计具有一定的参考意义。
变焦光学系统 宽光谱 大变倍比 小型化 光学无热化 zoom optical system wide spectrum large zoom ratio miniaturization optical athermalization
1 太原理工大学 物理学院,山西 太原 030024
2 太原理工大学 光电工程学院,山西 太原 030024
3 兴县经开区铝镁新材料研发有限公司,山西 吕梁 035300
宽谱响应光电探测器在图像传感和光通信等领域应用前景广阔。金属微纳结构通过激发表面等离激元共振效应可高效产生热载流子,将它们与宽带隙半导体构成异质结构,便可利用热载流子开发出低成本宽谱响应光电探测器。研究设计了一种基于Au/TiO2复合纳米结构的热电子光电探测器。其中TiO2层经退火后形成尺度约为百纳米的凹凸结构,Au纳米颗粒层与用作电极的保形Au膜共同组成了激发表面等离激元共振的纳米结构。由于Au/TiO2复合纳米结构的协同作用,该器件在400~900 nm范围内具有宽谱光吸收性能,器件的平均光吸收效率为33.84%。在此基础上,该器件能够探测TiO2本征吸收波段以外的入射光子。例如,在600 nm波长处,器件的响应率为9.67 μA/W,线性动态范围为60 dB,器件的上升/下降响应速度分别为1.6 ms和1.5 ms。此外,利用有限元法进行了仿真计算,通过电场分布图验证了Au/TiO2复合纳米结构中所激发的丰富表面等离激元共振效应是其实现宽谱高效探测的原因所在。
光电探测器 表面等离激元 金属纳米结构 热电子 宽谱 photodetectors surface plasmon resonance metal nanostructure hot-electrons wide spectrum 红外与激光工程
2023, 52(3): 20220464
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学,北京 100049
紫外探测技术已广泛应用于人类生产生活的各个方面,宽谱段紫外成像仪系统的研究具有重要意义。本文通过推导色差理论公式,提出了单一透镜材料的宽谱段紫外成像仪光学系统色差校正方案。结合高灵敏度大动态紫外成像探测器的性能指标要求,设计了仅一种透镜材料且所有透镜均为球面的210~400 nm宽谱段紫外成像仪光学系统,并运用光学设计软件CODE V进行系统优化及像质评价。结果表明:在奈奎斯特频率40 lp/mm下,全视场全波段系统的调制传递函数优于0.6,系统点列图RMS<7.8 μm,具有良好的成像质量。该系统不含非球面等光学元件,不仅易于加工装调,而且降低了研制成本,该方法将为宽谱段紫外成像光谱仪的设计奠定技术基础。
紫外成像仪 宽谱段 光学设计 色差校正 ultraviolet imager wide spectrum optical design chromatic correction
1 西安工业大学兵器科学与技术学院,陕西 西安 710021
2 西安工业大学光电工程学院,陕西 西安 710021
通过旋涂法制备了一系列具有不同浓度参数和方块电阻的银纳米线透明导电薄膜。通过对工艺参数的调整,所制备的薄膜在400~10500 nm波段内具有较高的光学透过率和较好的均匀性。分析了浓度参数对薄膜光电性能的影响:银纳米线浓度越大,银纳米线之间搭建的网络越密集,薄膜的有效导电路径越多,进而提高了薄膜的导电性能。当银纳米线质量浓度为1.0 mg/mL时,薄膜的方块电阻为106.1 Ω/sq,在可见光和红外光谱波段具有较高的光学透过率。为降低薄膜的方块电阻,对薄膜进行了热退火处理,通过升高温度将银纳米线之间的结点进行焊接,降低了银纳米线之间的接触电阻,从而提高了薄膜的导电性。通过对薄膜的热退火处理,在薄膜光学透过率改变幅度较小的情况下,将薄膜的方块电阻从106.1 Ω/sq降低至49.5 Ω/sq。
薄膜 银纳米线 透明导电薄膜 宽光谱 热退火 方块电阻 光学学报
2022, 42(13): 1331001
哈尔滨工业大学 材料科学与工程学院, 哈尔滨 150001
采用熔盐法, 以五水硝酸铋为铋源、硒粉为硒源、水合肼作为还原剂, 在不同NaOH浓度下(0~3mol/L)合成了Bi2O2Se纳米片, 并采用XRD, SEM, TEM以及XPS等对样品的形貌、结构和成分进行了表征。然后, 以Bi2O2Se为工作电极制备了宽光谱自供能探测器, 并探究了它们的光电探测性能。测试结果表明, 在1.1mol/L NaOH的条件下, Bi2O2Se自供能探测器的光电探测性能最优, 在紫外-可见-红外波段具有较高的响应度。在365nm紫外光照射下, 光电流最高可以达到7.8μA, 其上升和下降时间分别为30和21ms。同时, 通过计算得到其响应度和探测率分别为4.2×10-4A/W和1.02×109Jones。
熔盐法 宽光谱 自供能探测器 Bi2O2Se Bi2O2Se molten salt method wide spectrum self-powered detector
红外与激光工程
2021, 50(11): 20210371
红外与激光工程
2021, 50(2): 20200413
1 西安应用光学研究所, 西安 710065
2 西安飞机工业(集团)有限责任公司, 西安 710089
采用电子束蒸发镀膜方法在K9玻璃基底上分别镀制了ITO/SiO2/ITO,ITO/Ti2O3/ITO和ITO/MgF2/ITO结构的多层薄膜,用四探针方块电阻仪测量薄膜表面的方块电阻,用原子力显微镜观测样品的表面微观形貌。结果显示,当ITO薄膜的粗糙度较大且介质薄膜的物理厚度小于100nm时,各层ITO薄膜之间通过山峰状的凸起结构相连通,导致样片表面的方块电阻测量值与各层ITO薄膜电阻的并联值相当。这表明,当ITO薄膜的粗糙度较大且介质薄膜厚度较小时,各层ITO薄膜表现出电阻并联效应。利用多层ITO薄膜的电阻并联效应设计并制备了450~1200nm超宽光谱透明导电薄膜,用四探针方块电阻仪测量了试验样片的表面方块电阻,用紫外可见近红外分光光度计测试了样片的光谱透射率。结果显示,在相同表面方块电阻条件下,相比于单层ITO薄膜,利用ITO薄膜电阻并联效应所制备的多层透明导电薄膜具有更高的光谱透射率。
电子束蒸发 ITO薄膜 方块电阻 超宽光谱 electron beam evaporation ITO thin films square resistance superwide spectrum