CN102998731A

CN102998731A - 用于空间激光通信的三波段光学滤光片

Info

Publication number: CN102998731A
Application number: CN2012105127955A
Authority: CN
Inventors: 刘冬梅; 付秀华; 张静; 潘永刚
Original assignee: Changchun University of Science and Technology
Current assignee: Changchun University of Science and Technology
Priority date: 2012-12-04
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2013-03-27

Abstract

用于空间激光通信的三波段光学滤光片属于光学器件技术领域。现有技术尚未采用多波段光学滤光片技术来解决多光源共用一个770~860 nm及1530~1575 nm波段高透射、1615~1700 nm波段高反射的窗口的技术问题。本发明之用于空间激光通信的三波段光学滤光片包括玻璃基底及附着于基底上的光学膜系，其特征在于，位于玻璃基底入射一侧的光学膜系结构为|LHLHLHL(HL)^^PHLHLHL|，其中LHLHLHL、(HL)^^P、HLHLHL分别为光学膜系的底层、中间层、顶层，底层与玻璃基底接触，底层和顶层均为匹配层，对770~860nm及1530~1575nm波段增透，中间层对770~860nm及1530~1575nm波段高透射，对1615~1700nm波段高反射，所述光学膜系中的H层为TiO₂层、L层为SiO₂层，P是（HL）的周期数，10≤P≤100。用于空间激光通信光学系统中。

Description

用于空间激光通信的三波段光学滤光片

技术领域

本发明涉及一种用于空间激光通信的三波段光学滤光片，用在空间激光通信光学系统中，属于光学器件技术领域。

背景技术

当不同光源发出的光入射到光学滤光片的滤光膜上时，滤光膜对所需的特定波长的光应具有高的透射率或者反射率，如要求滤光膜对所需的双波段通带具有很高的透过率，同时对某些波段具有高截止性，也就是高反射，以有效避免邻近波长光波的干扰，这样的技术被称为多波段光学滤光片技术。此外，多波段光学滤光片技术要求滤光膜的吸收也应很小，对滤光片表面的P-V值要求也较为严格，滤光片由基底及滤光膜构成。

为了保证空间激光通信装置在恶劣的环境下能够顺利完成目标搜索、识别与跟踪，对各通信波段光谱要求并不相同，如一种典型的空间激光通信装置要求770~860 nm及1530~1575 nm波段高透射、1615~1700 nm波段高反射，见图1所示，并且希望采取多光源共用一个窗口的措施，以减小空间激光通信光学系统的体积，这就需要借助多波段光学滤光片技术来实现。然而，现有技术尚未采用多波段光学滤光片技术来解决多光源共用一个770~860 nm及1530~1575 nm波段高透射、1615~1700 nm波段高反射的窗口的技术问题。

发明内容

为了获得一种用于空间激光通信光学系统中的770~860 nm及1530~1575 nm波段高透射、1615~1700 nm波段高反射窗口，我们发明了一种本发明之用于空间激光通信的三波段光学滤光片，该方案将三个激光通信波段分束，实现所需特定双波段770~860 nm及1530~1575 nm波段的高透射及邻近波段1615~1700 nm波段的高反射，使光能量几乎没有损失地通过和反射。

本发明之用于空间激光通信的三波段光学滤光片包括玻璃基底及附着于基底上的光学膜系，其特征在于，位于玻璃基底入射一侧的光学膜系结构为|LHLHLHL(HL)^^PHLHLHL|，其中LHLHLHL、(HL)^^P、HLHLHL分别为光学膜系的底层、中间层、顶层，底层与玻璃基底接触，底层和顶层均为匹配层，对770~860nm及1530~1575nm波段增透，中间层对770~860nm及1530~1575nm波段高透射，对1615~1700nm波段高反射，所述光学膜系中的H层为TiO₂层、L层为SiO₂层，P是（HL）的周期数，10≤P≤100。

本发明其技术效果在于，当来自光源的光垂直入射到光学膜系上，770~860nm及1530~1575nm波段平均透射率为99 %以上，1615~1700nm波段平均反射率大于99.8%，见图2所示，图中曲线a为透射率设计曲线，曲线b为测试曲线。采用一个滤光片构成一个光学系统窗口，同时实现770~860nm及1530~1575nm波段的高透射和1615~1700nm波段的高反射。

短波通膜系作为一种单纯的基础膜系无法实现三波段滤光，由于本发明的目的在于同时实现770~860nm及1530~1575nm波段的高透射和1615~1700nm波段的高反射，故本发明需要以短波通膜系设计为基础，采用依次增加匹配层和修改优化参数的方法对基础膜系进行优化设计。由于在一个波段高截止的同时又需要满足两个波段的高透过，所以在设计过程中为避免半波孔对高透射带的影响应选择适当的设计波长；通过优化离子源参数提高膜层牢固度，降低离子源对膜层表面刻蚀，以确保镀膜前玻璃基底与镀膜后滤光片面型精度在预期范围内变化，满足对表面P-V值的严格要求。在膜系制备过程中采用光学极值控制和石英晶体控制相结合，并以光学极值控制为主，以避免膜层材料的折射率变化引起膜层厚度的变化，提高控制精度。

本发明吸收少，能量损失小，光学性能稳定，膜层牢固性好，可靠性高，完全适合空间激光通信。

附图说明

图1是本发明之用于空间激光通信的三波段光学滤光片设计光谱曲线图。图2是本发明之用于空间激光通信的三波段光学滤光片设计光谱曲线与测试光谱曲线比较图，该图同时作为摘要附图。

具体实施方式

本发明之用于空间激光通信的三波段光学滤光片的具体实施方式如下。该滤光片包括玻璃基底及附着于基底上的光学膜系。玻璃基底为圆片状，直径22 mm，厚度3 mm；玻璃基底材料为石英玻璃或者超低膨胀微晶玻璃，在强激光照射或者滤光片受热的情况下，由于这两种基底材料本身的热膨胀系数小，产生的形变量也较小，从而能够满足空间激光通信光学系统对滤光片表面P-V值的严格要求。位于玻璃基底入射一侧的光学膜系结构为|LHLHLHL(HL)^^PHLHLHL|，其中LHLHLHL、(HL)^^P、HLHLHL分别为光学膜系的底层、中间层、顶层，底层与玻璃基底接触，底层和顶层均为匹配层，对770~860nm及1530~1575nm波段增透，中间层对770~860nm及1530~1575nm波段高透射，对1615~1700nm波段高反射，所述光学膜系中的H层为TiO₂层、L层为SiO₂层，P是（HL）的周期数，10≤P≤100。在玻璃基底出射一侧附着有增透光学膜系，该膜系结构为|HLHLHL|，外层H层与玻璃基底接触，其中H层为ZrO₂层，L层为MgF₂层，该膜系770~860nm及1530~1575nm波段的平均透射率为99.5%以上。由于玻璃基底出射一侧存在界面反射光，该界面反射光将降低770~860nm及1530~1575nm波段的透射率并形成杂散光。而所述增透光学膜系能够实现770~860nm及1530~1575nm波段的增透，以减轻玻璃基底的出射一侧的反射。

当玻璃基底入射一侧的光学膜系具体结构为|0.563L/0.793H/1.435L/0.864H/1.075L/0.951H/1.042L(1.000H/1.000L)^¹¹1.053H/0.976L/1.089H/0.966L/1.062H/0.472L|时，其中膜层厚度单位为nm，该光学膜层770~860nm波段平均透过率大于99%，1530~1575nm波段平均透过率大于99%，1615~1700nm波段平均反射率大于99.8%；770~860nm波段最低透过率大于98.5%，1530~1575nm波段最低透过率大于98.8%，1615~1700nm波段最低反射率大于99.6%；滤光片表面P-V值小于0.5，均方根值小于0.05；工作温度0~75 ℃；波长温度飘移特性小于0.01 nm/℃。增透光学膜系770~860nm及1530~1575nm波段的平均透过率大于99.5%，其他数据与玻璃基底入射一侧的光学膜系相同。

Claims

1.一种用于空间激光通信的三波段光学滤光片，包括玻璃基底及附着于基底上的光学膜系，其特征在于，位于玻璃基底入射一侧的光学膜系结构为|LHLHLHL(HL)^^PHLHLHL|，其中LHLHLHL、(HL)^^P、HLHLHL分别为光学膜系的底层、中间层、顶层，底层与玻璃基底接触，底层和顶层均为匹配层，对770~860nm及1530~1575nm波段增透，中间层对770~860nm及1530~1575nm波段高透射，对1615~1700nm波段高反射，所述光学膜系中的H层为TiO₂层、L层为SiO₂层，P是（HL）的周期数，10≤P≤100。

2.根据权利要求1所述的用于空间激光通信的三波段光学滤光片，在玻璃基底出射一侧附着有增透光学膜系，该膜系结构为|HLHLHL|，外层H层与玻璃基底接触，其中H层为ZrO₂层，L层为MgF₂层，该膜系770~860nm及1530~1575nm波段的平均透射率为99.5%以上。