CN111795928B

CN111795928B - 杂散光测试系统测试腔用玻璃

Info

Publication number: CN111795928B
Application number: CN202010600239.8A
Authority: CN
Inventors: 陈钦芳; 薛要克; 马占鹏; 沈阳; 林上民; 刘阳
Original assignee: XiAn Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS
Current assignee: XiAn Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS
Priority date: 2020-06-28
Filing date: 2020-06-28
Publication date: 2021-10-15
Anticipated expiration: 2040-06-28
Also published as: CN111795928A

Abstract

本发明涉及一种玻璃，具体涉及一种杂散光测试系统测试腔用低散射高吸收玻璃。本发明的目的是解决现有杂散光测试系统测试腔用玻璃存在占用空间大、不耐磨、容易吸附灰尘和散射特性低的技术问题，提供一种杂散光测试系统测试腔用玻璃。该玻璃包括作为基底的黑色浮法玻璃和作为表面的电子玻璃；所述电子玻璃与黑色浮法玻璃形状相同且平行设置，二者外边缘采用胶密封，二者间距不超过0.1mm，二者之间的区域填充作为过渡层的折射率匹配液，折射率匹配液的折射率介于两侧玻璃的折射率之间或与之相等，所述折射率匹配液与两侧玻璃折射率的差值不超过10^‑2量级。

Description

杂散光测试系统测试腔用玻璃

技术领域

本发明涉及一种玻璃，具体涉及一种杂散光测试系统测试腔用低散射高吸收玻璃。

背景技术

在高精度的杂散光测试中，实验室内背景引入的杂散光影响不可忽视。目前，国内、外高精度杂散光测试系统皆采用测试腔形式，将待测光机系统(即光学机械系统)设置于测试腔内，采用测试腔的优点为：1)洁净度高、可抑制空气散射；2)散射度低，吸收度高，可直接抑制实验室内来自墙壁的散射光，现有的杂散光测试系统测试腔材质多采用黑色亚克力板，亚克力板属于有机玻璃，其表面光滑，高质量的压克力板表面粗糙度可优于(低于)4nm。光滑镜面半球积分散射系数TIS(Total Integrate Scatter)与粗糙度的平方成正比，亚克力板在可见光范围内的光滑表面半球积分散射系数为10^-4量级。采用测试腔的缺点为：1)占用空间大，根据点源辐射公式可知，待测光机系统表面散射光对测试腔内壁的照度与二者(即待测光机系统与测试腔内壁)的距离平方成反比，因此增大测试腔的尺寸，可以减少返回待测光机系统入口的测试腔内壁散射光；2)亚克力板表面硬度低，不耐磨，容易出划痕，而且容易产生静电进而吸附灰尘，由于其本身热膨胀系数较高，为10^-5～10^-4量级，热膨胀时体积会增大，对其进行拼接时需要预留缝隙，无论是其表面的划痕、灰尘还是板间的缝隙都会产生散射光。虽然现在已有通过在亚克力板表面镀硬化膜的方式对亚克力板表面耐磨性和防静电性进行改进，但是现有常规工艺制作出来的亚克力板产品表面散射特性会降低(即光滑表面半球积分散射系数增大)，这种亚克力板的散射主要来自于表面硬化处理层与亚克力板基底界面的散射、以及表面硬化处理层本身引入的体散射。

发明内容

本发明的目的是解决现有杂散光测试系统测试腔用玻璃存在占用空间大、不耐磨、容易吸附灰尘和散射特性低的技术问题，提供一种杂散光测试系统测试腔用玻璃。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术解决方案如下：

一种杂散光测试系统测试腔用玻璃，其特殊之处在于：包括作为基底的黑色浮法玻璃和作为表面的电子玻璃；

所述电子玻璃与黑色浮法玻璃形状相同且平行设置；

所述电子玻璃与黑色浮法玻璃的外边缘采用胶密封；

所述电子玻璃与黑色浮法玻璃间距不超过0.1mm，二者之间的区域填充作为过渡层的折射率匹配液；

所述电子玻璃与黑色浮法玻璃的折射率相当，所述折射率匹配液的折射率介于电子玻璃与黑色浮法玻璃的折射率之间或与之相等，所述折射率匹配液与电子玻璃折射率的差值、折射率匹配液与黑色浮法玻璃折射率的差值均不超过10^-2量级。

进一步地，为了获得较大的吸收率，所述黑色浮法玻璃的吸收率大于94％，且在400nm～2500nm波段的透过率低于10^-4量级。

进一步地，为了获得较小的散射率，所述电子玻璃的厚度为0.1～2mm、表面粗糙度低于2nm，且在400nm～2500nm波段的透过率为91％～92％。

进一步地，为获得大尺寸、超光滑、粗糙度分布均匀的电子玻璃，所述电子玻璃采用溢流下拉成型工艺制成。

进一步地，为了获得更小的散射率，所述电子玻璃的表面粗糙度为0.5nm～1nm、光滑表面半球积分散射系数为10^-5～10^-6量级。

进一步地，为了对黑色浮法玻璃与电子玻璃之间进行充分密封，所述胶密封时采用结构胶。

进一步地，为了使黑色浮法玻璃与电子玻璃的折射率尽量接近，所述黑色浮法玻璃的折射率为1.63～1.65，电子玻璃的折射率为1.50～1.52。

本发明相比现有技术具有的有益效果如下：

1、本发明提供的杂散光测试系统测试腔用玻璃，由于电子玻璃与黑色浮法玻璃的折射率相当，折射率匹配液的折射率介于电子玻璃与黑色浮法玻璃的折射率之间或者相等，折射率匹配液与其两侧玻璃折射率的差值均不超过10^-2量级，可忽略不计；黑色浮法玻璃的材料吸收率极高，但表面粗糙度高于4nm水平，且表面划痕、麻点比较多，电子玻璃的表面粗糙度低于2nm，在400nm～2500nm波段的透过率为91％～92％，作为过渡层的折射率匹配液可以很好地填充黑色浮法玻璃表面的划痕、麻点等疵病，由此整个试腔用玻璃的表面散射水平主要取决于电子玻璃的表面散射，故其表面散射特性好，在10^-5～10^-6量级，比现有的压克力板至少降低一个量级，能够抑制杂散光，不再需要通过增大测试腔的体积来减少返回待测光机系统入口的测试腔内壁散射光，有效减小了测试腔的体积。本发明主要利用了黑色浮法玻璃提供高吸收特性、电子玻璃提供低散射特性得到测试腔所需的高吸收低散射玻璃。

2、本发明提供的杂散光测试系统测试腔用玻璃，由于玻璃热膨胀系数一般在10^-6量级，比压克力板低至少一个量级，膨胀体积小，不需要预留过大接缝，以至另外引入散射。

3、本发明提供的杂散光测试系统测试腔用玻璃,由于采用了黑色浮法玻璃作为基底和电子玻璃作为表面，且二者外边缘采用胶密封；玻璃材料本身不会静电吸附灰尘，故这种测试腔用玻璃不存在静电吸附灰尘问题。

4、本发明提供的杂散光测试系统测试腔用玻璃，表面为电子玻璃，硬度较高，耐摩擦，可采用常规的光学表面清洁方式，便于后期清洁和维护。

5、本发明提供的杂散光测试系统测试腔用玻璃，所有组成都是成熟的标准产品，易获得。

6、本发明提供的杂散光测试系统测试腔用玻璃，具有超光滑表面电子玻璃采用溢流下拉成型工艺制成，相比于现有的光学冷加工玻璃制造方法，制作难度低、成本较低。

附图说明

图1为本发明杂散光测试系统测试腔用玻璃的结构示意图；

附图标记说明：

1-黑色浮法玻璃、2-电子玻璃、3-折射率匹配液、4-结构胶。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步地说明。

本发明的杂散光测试系统测试腔用玻璃是一种低散射高吸收玻璃，如图1所示，主要由三层组成，第一层为基底，采用黑色浮法玻璃(纯黑色浮法玻璃)1材料，第二层为过渡层，采用折射率匹配液3，第三层为电子玻璃2，其表面散射特性决定整个玻璃材料的散射水平。第二层折射率匹配液3对上、下两层玻璃的折射率起过渡作用，过渡层厚度不超过0.1mm，越薄越好，近似涂层。因为第二层是液体，故一、三层玻璃周边需做胶密封，可采用结构胶4。上述玻璃材料、密封胶以及折射率匹配液3的选取都是对大量材料的试验、测试、数据分析后得到的。

第一层玻璃采用黑色浮法玻璃1，黑色浮法玻璃1成本低，易获取，材料吸收率接近94％(>94％)，这种玻璃板的透过率在400nm～2500nm波段都低于10^-4水平。但是黑色浮法玻璃1属于建筑玻璃，而且纯黑色玻璃的市场需求不高，大部分是小作坊生产的，其表面质量低，粗糙度>4nm水平，表面划痕、麻点比较多，虽然黑色浮法玻璃1具有高吸收特性，但不能满足杂光(杂散光)测试腔内壁的低散射要求。

第三层选用低散射的电子玻璃2，电子玻璃2厚度通常可做到0.1～2mm，在400nm～2500nm波段的透过率可达到91％～92％，尺寸可做到米级，根据目前的制作工艺，高质量的电子玻璃2表面粗糙度通常都优于(低于)2nm，尤其是采用溢流下拉成型的电子玻璃2表面粗糙度可做到0.5nm～1nm RMS，达到了超光滑水平，而且粗糙度分布均匀，其表面散射水平达到10^-5～10^-6量级，若采用现有玻璃制造方法中的光学冷加工方式获得大尺寸(>500mm)均匀超光滑玻璃表面很难。

为利用黑色浮法玻璃1的高吸收特性，电子玻璃2的表面低散射特性，令黑色浮法玻璃1和电子玻璃2折射率相当(越接近越好，相等最好，但是现有的材料选取过程中很难达到相等，只能做到尽可能的接近)，二者中间填充的折射率匹配液3作为过渡层，折射率匹配液3与电子玻璃2折射率的差值、折射率匹配液3与黑色浮法玻璃1折射率的差值均不超过10^-2量级。例如，黑色浮法玻璃1的折射率n_d＝1.63～1.65，电子玻璃2的折射率应选择尽量接近(可略大于，也可略小于)黑色浮法玻璃1的为宜，比如选择一款电子玻璃2的n_d＝1.50～1.52，折射率匹配液3的折射率值在二者中间，这样相邻两种介质的折射率差就在10^-3水平。根据光滑表面半球积分散射公式可知

Δn＝n₁-n₂

其中，

θ为入射光角度，单位为度；

n₁和n₂分别为两种介质的折射率；

R为表面反射率；

λ为入射光波长，单位为nm；

σ为表面粗糙度，单位为nm。

将折射率差带入上述公式计算可知，折射率匹配液3与两侧玻璃界面引入的散射可以忽略，并且折射率匹配液3可以很好地填充黑色浮法玻璃1表面的划痕、麻点等疵病。由此整个玻璃的表面散射水平主要取决于第三层电子玻璃2的表面散射，其散射水平在10^-5～10^-6量级。

对于空间光学系统而言，其杂散光性能会直接影响到系统的极限探测能力。因此，杂散光性能是此类光学系统的重要指标和验证项目。但是，对于空间相机这种光学系统而言，其在轨运行的环境是广袤无垠的真空环境，而地面实验室却是有限的、充满大气的环境，实验室内墙壁散射和大气散射都会引入光污染，从而降低测试系统的测试精度，经实验证明，本发明的杂散光测试系统测试腔用玻璃可用作空间光学系统的杂散光测试系统测试腔材料。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述各实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所保护技术方案的范围。

Claims

1.一种杂散光测试系统测试腔用玻璃，其特征在于：包括作为基底的黑色浮法玻璃(1)和作为表面的电子玻璃(2)；

所述电子玻璃(2)与黑色浮法玻璃(1)形状相同且平行设置；

所述电子玻璃(2)与黑色浮法玻璃(1)的外边缘采用胶密封；

所述电子玻璃(2)与黑色浮法玻璃(1)间距不超过0.1mm，二者之间的区域填充作为过渡层的折射率匹配液(3)；

所述折射率匹配液(3)的折射率介于电子玻璃(2)与黑色浮法玻璃(1)的折射率之间或与之相等，所述折射率匹配液(3)与电子玻璃(2)折射率的差值、折射率匹配液(3)与黑色浮法玻璃(1)折射率的差值均不超过10^-2量级。

2.根据权利要求1所述的杂散光测试系统测试腔用玻璃，其特征在于：所述黑色浮法玻璃(1)的吸收率大于94％，且在400nm～2500nm波段的透过率低于10^-4量级。

3.根据权利要求1所述的杂散光测试系统测试腔用玻璃，其特征在于：所述电子玻璃(2)的厚度为0.1mm～2mm、表面粗糙度低于2nm，且在400nm～2500nm波段的透过率为91％～92％。

4.根据权利要求1或2或3所述的杂散光测试系统测试腔用玻璃，其特征在于：所述电子玻璃(2)采用溢流下拉成型工艺制成。

5.根据权利要求4所述的杂散光测试系统测试腔用玻璃，其特征在于：所述电子玻璃(2)的表面粗糙度0.5nm～1nm、光滑表面半球积分散射系数为10^-5～10^-6量级。

6.根据权利要求5所述的杂散光测试系统测试腔用玻璃，其特征在于：所述胶密封时采用结构胶(4)。

7.根据权利要求6所述的杂散光测试系统测试腔用玻璃，其特征在于：所述黑色浮法玻璃(1)的折射率为1.63～1.65，电子玻璃(2)的折射率为1.50～1.52。