CN103558656B - 一种新型光纤面阵及其制备方法 - Google Patents

一种新型光纤面阵及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种新型光纤面阵，属于红外半实物仿真技术领域。通过采用在光纤-基底与可见光-红外能量转换膜之间引入红外反射膜系，来解决现有光纤面阵设计中存在的受热变形以及串扰等问题。通过引入红外反射膜，使得可见光沿光纤-基底传到可见光-红外能量转换膜后，所转化的红外能量不能传播到光纤-基底材料，只能向发射端传播，有效隔绝了红外辐射热量，并且可以有效提高红外辐射能量的利用率，提高光纤面阵的能量输出效率。本发明可应用于红外成像半实物仿真技术领域。

Description

一种新型光纤面阵及其制备方法
技术领域
本发明涉及红外成像技术，尤其涉及一种新型光纤面阵及其制备方法。
背景技术
红外成像技术是近几年来发展比较快的光电子成像技术之一，其本质是利用目标与背景的热辐射差，形成目标与周围景物的图像。红外成像技术具有目标识别能力强、探测距离远、抗干扰能力强等优点，具有重要应用前景。
随着现代红外成像器件性能的不断提高，对红外场景生成技术的要求也越来越高。光纤面阵成像转换器是多通道微波/红外成像复合目标系统的重要组成部分，主要用于半实物仿真中的红外场景生成，可以提供包括目标、干扰和背景的红外成像场景的辐射特性模拟。光纤面阵成像转换器样片的研制可以为转换器关键技术研究工作提供相关的测试结果和后续改进的依据。
现有光纤面阵的结构包括光纤-基底和可见光-红外能量转换膜两部分。但是由于基底材料与可见光-红外能量转换膜之间不存在隔离结构，所以可见光-红外能量转换膜吸收可见光后将会向外和基底方向同时发射红外辐射，导致光纤-基底受热过多产生形变和光纤单元间串扰。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型光纤面阵及其制备方法。
实现本发明目的的技术方案为：一种新型光纤面阵，包括可见光-红外能量转换膜、红外反射膜和光纤-基底,所述光纤-基底为经刻蚀形成的一体化结构，在光纤-基底的各个光纤端面上设置红外反射膜，红外反射膜的上方镀有可见光-红外能量转换膜。
所述可见光-红外能量转换膜是厚度为100nm的金属Al，红外反射膜为两种不同折射率材料形成的一维光子晶体结构，光纤-基底的材料为SiO2。
所述的红外反射膜由一维光子晶体(AB)5构成，其中两种不同折射率材料A和B分别为Ge和ZnSe，两种材料厚度分别为240.2nm和397.3nm。
一种制备新型光纤面阵的方法，包括以下步骤：
步骤1、采用薄膜生长技术在衬底材料上交替生长一维光子晶体结构的红外反射膜，所述衬底材料SiO2，红外反射膜为A材料Ge和B材料ZnSe交替构成，共10层，A和B两种材料厚度分别为240.2nm和397.3nm；
步骤2、在红外反射膜的上方溅射可见光-红外能量转换膜,所述可见光-红外能量转换膜为100nm的金属Al；
步骤3、将步骤2的样片表面涂覆光刻胶，然后采用光刻机曝光，接着将样片进行显影，使其形成光纤图案，然后进行烘烤坚膜；
步骤4、采用电子束蒸发设备在步骤3的样片上蒸发一层金属膜，所述金属膜为Cr，厚度为200nm；
步骤5、采用有机溶剂溶解光刻胶实现图案反转，即溶解掉光刻胶同时光刻胶上面覆盖的金属Cr也被移除；
步骤6、采用反应离子刻蚀系统刻蚀样片，使其形成各个柱状的光纤结构，然后采用酸溶液去除表面残余的金属；所述酸溶液为20%的盐酸。
步骤7、将样片用N2吹干，即可得到新型光纤面阵。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1）本发明通过利用一维光子晶体带通滤波原理设计红外反射膜，该红外反射膜通过采用在可见光与中波红外具有较好透过率的两种不同折射率材料形成的一维光子晶体结构，实现了透射可见光反射红外光的膜系设计；2）本发明在传统的光纤面阵设计中引入红外反射膜，实现透射可见光反射红外光，从而有效隔绝可见光-红外能量转换膜、光纤-基底之间的红外辐射能量，实现降低基底材料形变与光纤单元串扰目的，并且可以有效提高红外辐射能量的利用率。
附图说明
图1是新型光纤面阵设计结构示意图。
图2是红外反射膜结构示意图。
图3是新型光纤面阵工作原理示意图。
图4是新型光纤面阵制备流程示意图，其中图（a）为衬底结构示意图，图（b）为生长红外反射膜后结构示意图，图（c）为蒸镀可见光-红外能量转换膜后结构示意图，图（d）为涂覆光刻胶后结构示意图，图（e）曝光显影后结构示意图，图（f）为蒸镀Cr后结构示意图，图（g）为图案反转工艺后结构示意图，图（h）为刻蚀后结构示意图，图（i）为酸清洗后结构示意图。
具体实施方式
结合图1、图2和图3，本发明的一种新型光纤面阵，包括可见光-红外能量转换膜1、红外反射膜2和光纤-基底3,所述光纤-基底3为经刻蚀形成的一体化结构，在光纤-基底3的各个光纤端面上设置红外反射膜2，红外反射膜2的上方镀有可见光-红外能量转换膜1。
所述可见光-红外能量转换膜1是厚度为100nm的金属Al，红外反射膜2为两种不同折射率材料形成的一维光子晶体结构，光纤-基底3的材料为SiO2。
所述的红外反射膜2由一维光子晶体(AB)5构成，其中两种不同折射率材料A和B分别为Ge和ZnSe，两种材料厚度分别为240.2nm和397.3nm。
所述红外反射膜2在可见光范围透射，3～5μm波长范围反射（反射率>80%）。
一种制备上述新型光纤面阵的方法，包括以下步骤：
步骤1、采用薄膜生长技术在衬底材料上交替生长一维光子晶体结构的红外反射膜2，所述衬底材料SiO2，红外反射膜2为A材料Ge和B材料ZnSe交替构成，共10层，A和B两种材料厚度分别为240.2nm和397.3nm；具体如图4(b)所示。红外反射膜结构见图2。
步骤2、在红外反射膜2的上方溅射可见光-红外能量转换膜1,所述可见光-红外能量转换膜1为100nm的金属Al；具体如图4(c)所示。
步骤3、将步骤2的样片表面涂覆光刻胶，然后采用光刻机曝光，接着将样片进行显影，使其形成光纤图案，然后进行烘烤坚膜；具体如图4(d)-(e)所示。
步骤4、采用电子束蒸发设备在步骤3的样片上蒸发一层金属膜，所述金属膜为Cr，厚度为200nm；具体如图4(f)所示。
步骤5、采用有机溶剂溶解光刻胶实现图案反转，即溶解掉光刻胶同时光刻胶上面覆盖的金属Cr也被移除；具体如图4(g)所示。
步骤6、采用反应离子刻蚀系统刻蚀样片，使其形成各个柱状的光纤结构，然后采用酸溶液去除表面残余的金属；所述酸溶液为20%的盐酸。具体如图4(h)所示。
步骤7、将样片用N2吹干，即可得到新型光纤面阵。具体如图4(i)所示。
本发明在传统的光纤面阵设计中引入红外反射膜，实现透射可见光反射红外光，从而有效隔绝可见光-红外能量转换膜、光纤-基底之间的红外辐射能量，实现降低基底材料形变与光纤单元串扰目的，并且可以有效提高红外辐射能量的利用率。

Claims (3)

1.一种新型光纤面阵，其特征在于，包括可见光-红外能量转换膜[1]、红外反射膜[2]和光纤-基底[3],所述光纤-基底[3]为经刻蚀形成的一体化结构，在光纤-基底[3]的各个光纤端面上设置红外反射膜[2]，红外反射膜[2]的上方镀有可见光-红外能量转换膜[1]；
所述可见光-红外能量转换膜[1]是厚度为100nm的金属Al，红外反射膜[2]为两种不同折射率材料形成的一维光子晶体结构，光纤-基底[3]的材料为SiO2；
所述的红外反射膜[2]由一维光子晶体(AB)5构成，其中两种不同折射率材料A和B分别为Ge和ZnSe，两种材料厚度分别为240.2nm和397.3nm。
2.一种制备权利要求1所述新型光纤面阵的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、采用薄膜生长技术在衬底材料上交替生长一维光子晶体结构的红外反射膜[2]，所述衬底材料SiO2，红外反射膜[2]为A材料Ge和B材料ZnSe交替构成，共10层，A和B两种材料厚度分别为240.2nm和397.3nm；
步骤2、在红外反射膜[2]的上方溅射可见光-红外能量转换膜[1],所述可见光-红外能量转换膜[1]为100nm的金属Al；
步骤3、将步骤2的样片表面涂覆光刻胶，然后采用光刻机曝光，接着将样片进行显影，使其形成光纤图案，然后进行烘烤坚膜；
步骤4、采用电子束蒸发设备在步骤3的样片上蒸发一层金属膜，所述金属膜为Cr，厚度为200nm；
步骤5、采用有机溶剂溶解光刻胶实现图案反转，即溶解掉光刻胶同时光刻胶上面覆盖的金属Cr也被移除；
步骤6、采用反应离子刻蚀系统刻蚀样片，使其形成各个柱状的光纤结构，然后采用酸溶液去除表面残余的金属；
步骤7、将样片用N2吹干，即可得到新型光纤面阵。
3.根据权利要求2所述的制备新型光纤面阵的方法，其特征在于，步骤6中酸溶液为20％的盐酸。
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