CN101694287A - 一种近紫外辐照设备中过滤红外光和可见光的装置 - Google Patents

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张洪鹏
田海
薛华
王云飞
杨生胜
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Abstract

本发明提出了一种近紫外辐照设备中过滤红外光和可见光的装置，属于航天器空间环境地面模拟测试技术领域。本发明包括光源、聚光镜、光学积分器、准直镜、反紫外反射镜和反紫外透可见光红外光膜；反紫外透可见光红外光膜镀制在反紫外反射镜的光线入射面上，两者一起用于反射紫外光，透过红外光和可见光。本发明装置对比现有技术，通过采用镀有反紫外透可见光红外光膜的反紫外反射镜替代水冷滤光器，对设备的改动不大，工艺要求低，且紫外光反射率高，同时冷却要求大幅降低，降低了成本。

Description

一种近紫外辐照设备中过滤红外光和可见光的装置
技术领域
本发明涉及近紫外辐照设备中一种用于过滤红外光和可见光的装置，属于航天器空间环境地面模拟测试技术领域。
技术背景
航天器在轨运行期间会受到带电粒子辐射、太阳电磁辐射等多种辐射环境作用的影响。其中，紫外辐射是重要的环境因素之一，它的波长范围介于10nm～400nm，而200～400nm范围被称为近紫外辐射，10～200nm范围被称为远紫外辐射。紫外辐射的能量虽然只占太阳总辐射能量的8.73％，但会产生明显的紫外辐照效应。航天器长期暴露在紫外辐射下，将导致其表面热控涂层的光学性能退化，聚合物材料表面软化或者表面碎裂，还绘引起聚合物材料机械性能的退化。因此，紫外辐照试验是空间环境地面模拟试验中的重要一环。目前，近紫外辐照试验所用辐照设备由紫外光源、光路系统、热沉和样品台组成，可产生220～400nm的紫外光。紫外光源一般用高压氙灯或汞氙灯，光学系统为准直型，包括聚光镜、光学积分器、准直镜和滤光器。整套设备如图1所示。
航天器在轨运行时间少则5年，多则10年以上。因此要模拟航天器材料在空间任务中所接受的紫外辐照量必须采用加速试验的方法。一般近紫外辐照试验的加速倍数在3～5倍。在此加速试验环境下，如果不对光线中的可见光和红外光进行过滤，将会对材料样品产生强烈的热辐射效应，引起材料物理性质的变化，严重影响到试验结果的准确性。为此，近紫外辐照通常在光路中加入可见光红外滤光系统以减少热效应。目前普遍采用的方法是用透紫外滤光片和蒸馏水构成水冷滤光器。透紫外滤光片对220～400nm的紫外光透过，对可见光进行滤除。蒸馏水对红外光有吸收作用，透过紫外光和可见光。由于滤光片要吸收大量的热量，因此通常将滤光片放置在蒸馏水箱中，水箱中又布置了冷却水管对蒸馏水进行冷却。水箱两底面安装有透紫外的石英玻璃窗口，滤光片安置在两片石英中间。应用时，使光路通过石英窗口和滤光片便起到了滤光效果。该方式的缺点是：滤光片制作难度大，工艺要求高，成本高；蒸馏水中的杂质会沉积在石英窗口上，影响透光率，且一旦遇到停水滤光片会因失去冷却保护而过热炸裂。
发明内容
本发明的目的是为解决航天器材料在进行地面近紫外辐照加速试验时如何滤除可见光和红外光以减少热效应的问题，提出了一种用于过滤红外光和可见光的装置。
本发明是通过下述技术方案实现的。
一种近紫外辐照设备中过滤红外光和可见光的装置，包括紫外光源、光路系统、反紫外反射镜和反紫外透可见光红外光膜。光路系统由聚光镜、光学积分器和准直镜组成。
其中，反紫外透可见光红外光膜镀制在反紫外反射镜的光线入射面上，两者一起用于反射紫外光，透过红外光和可见光。反紫外反射镜优选采用JGS1型光学石英玻璃。所选用的反紫外透可见光红外光膜要求能够反射220～400nm的近紫外光，平均反射率要达到90％以上，同时，该膜还要对400～2500nm的可见光和红外光有透过作用，平均透过率要达到90％以上。
上述组成部分之间的位置关系如下：
光源位于聚光镜的第一焦点处(即近焦点处)，光学积分器位于聚光镜的第二焦点处(即远焦点处)。准直镜位于光学积分器的出射光路上，且它们之间的距离等于准直镜的焦距。光源、第一焦点、第二焦点、准直镜焦点位于同一轴线。反紫外反射镜位于准直镜的出射光路上，或者位于聚光镜与光学积分器之间，或者位于光学积分器与准直镜之间。并且反紫外反射镜的镜面要和光路系统的光轴成45°角，使反射后的近紫外光照射在待测试的航天材料样品上。反紫外透可见光红外光膜镀制在反紫外反射镜的光线入射面上。
当进行近紫外辐照测试时，通过准直镜的近紫外光被反紫外反射镜反射至航天材料样品上，而可见光和红外光将透过反紫外反射镜。由此达到了过滤红外光和可见光的作用。
有益效果
本发明装置对比现有技术，通过采用镀有反紫外透可见光红外光膜的反紫外反射镜替代水冷滤光器，对设备的改动不大，工艺要求低，近且紫外光反射率高，同时冷却要求大幅降低，降低了成本。
附图说明
图1为现有技术中的紫外辐照系统结构及光路示意图；
图2为本发明具体实施方式中的过滤红外光和可见光装置的结构组成及光路示意图；
图3为本发明具体实施方式中所述反紫外透可见光红外光膜的性能测试示意图。
其中，1-光源、2-椭球聚光镜、3-光学积分器、4-准直镜、5-反紫外反射镜、6-反紫外透可见光红外光膜、7-航天材料样品，8-近紫外光路方向、9-红外光及可见光光路方向。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施方式做进一步详细说明。
一种近紫外辐照设备中过滤红外光和可见光的装置，其结构如图2所示，包括光源1、椭球聚光镜2、光学积分器3、准直镜4、反紫外反射镜5和反紫外透可见光红外光膜6。椭球聚光镜2、光学积分器3、准直镜4组成光路系统。
其中，光源1可采用高压氙灯或汞氙灯。
反紫外反射镜5采用JGS1型光学石英玻璃。
反紫外透可见光红外光膜6镀制在反紫外反射镜5的光线入射面上，两者一起用于反射紫外光，透过红外光和可见光。反紫外透可见光红外光膜5要求能够反射220～400nm的近紫外光，平均反射率要达到90％以上，同时，该膜还要对400～2500nm的可见光和红外光有透过作用，平均透过率要能够达到90％以上。该膜优选采用如下结构：在真空条件下，首先在反紫外反射镜5的光线入射面上镀制一层氧化铪膜，再在氧化铪膜上镀制一层氧化硅膜，再在氧化硅膜上镀制一层氧化铪膜，如此交替镀制直至总膜层数不少于50层，且总膜层厚度在2μm～4μm之间，此种结构的膜即可作为反紫外透可见光红外光膜6，经实验证明，其反射波段为220～400nm，该波段的平均反射率为95％，透过波段为400～2500nm，该波段的平均透过率为90％，如图3所示。
上述组成部分之间的位置关系如下：
光源1位于椭球聚光镜2的第一焦点处(即近焦点处)，光学积分器3位于椭球聚光镜2的第二焦点处(即远焦点处)。准直镜4位于光学积分器3的出射光路上，且它们之间的距离等于准直镜4的焦距。光源1、第一焦点、第二焦点、准直镜3焦点位于同一轴线。反紫外反射镜5位于准直镜3的出射光路上，或者位于椭球聚光镜2与光学积分器3之间，或者位于光学积分器3与准直镜4之间。并且反紫外反射镜5的镜面要和光路系统的光轴成45°角，使反射后的近紫外光照射在待测试的航天材料样品7上。反紫外透可见光红外光膜6镀制在反紫外反射镜5的光线入射面上。
当进行近紫外辐照测试时，通过准直镜3的近紫外光被反紫外反射镜5反射至航天材料样品7上，而可见光和红外光将透过反紫外反射镜5。由此达到了过滤红外光和可见光的作用。

Claims (3)

1.一种近紫外辐照设备中过滤红外光和可见光的装置，包括光源(1)、聚光镜(2)、光学积分器(3)、准直镜(4)，聚光镜(2)、光学积分器(3)、准直镜(4)组成光路系统；光源(1)位于聚光镜(2)的第一焦点处，光学积分器(3)位于聚光镜(2)的第二焦点处；准直镜(4)位于光学积分器(3)的出射光路上，且它们之间的距离等于准直镜(4)的焦距；光源(1)、第一焦点、第二焦点、准直镜3焦点位于同一轴线；
其特征在于，该装置还包括反紫外反射镜(5)和反紫外透可见光红外光膜(6)；
反紫外透可见光红外光膜(6)镀制在反紫外反射镜(5)的光线入射面上，两者一起用于反射紫外光，透过红外光和可见光；所选用的反紫外透可见光红外光膜(5)要求能够反射220～400nm的近紫外光，平均反射率要能够达到90％以上，同时，该膜还要对400～2500nm的可见光和红外光有透过作用，平均透过率要能够达到90％以上；
上述组成部分之间的位置关系如下：
反紫外反射镜(5)位于准直镜(3)的出射光路上，或者位于椭球聚光镜(2)与光学积分器(3)之间，或者位于光学积分器(3)与准直镜(4)之间，并且反紫外反射镜(5)的镜面要和光路系统的光轴成45°角，使反射后的近紫外光照射在待测试的航天材料样品(7)上。
2.如权利要求1所述的一种近紫外辐照设备中过滤红外光和可见光的装置，其特征在于，反紫外反射镜(5)采用JGS1型光学石英玻璃。
3.如权利要求1或2所述的一种近紫外辐照设备中过滤红外光和可见光的装置，其特征在于，所述反紫外透可见光红外光膜(6)采用如下结构：在真空条件下，首先在反紫外反射镜(5)的光线入射面上镀制一层纯度不小于99％的氧化铪膜，再在氧化铪膜上镀制一层纯度不小于99％氧化硅膜，再在上述氧化硅膜上镀制一层纯度不小于99％氧化铪膜，如此交替镀制直至总膜层数不少于50层，且总膜层厚度在2μm～4μm之间。
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