CN107300782A - 一种可见光‑近红外‑中红外波段激光防护窗口及设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光学薄膜技术领域，具体涉及一种可见光‑近红外‑中红外波段激光防护窗口及设计方法。本发明通过采用基底和线性激光防护薄膜相结合的方法，选择具有一定波段吸收的基底，在吸收基底一侧设计三波段分光薄膜，另一侧设计双波段减反射薄膜，实现多波段卫星激光防护窗口的设计。本发明对于不同工作波段、不同防护激光波段的线性激光防护窗口的设计具有普适性，实现卫星工作波段的高透过和强激光武器波段的低透过，从而实现卫星的正常工作和强激光武器攻击的防护。

Description

一种可见光-近红外-中红外波段激光防护窗口及设计方法
技术领域
本发明属于光学薄膜技术领域，具体涉及一种可见光-近红外-中红外波段激光防护窗口及设计方法。
背景技术
随着空间军事化和商业化的迅猛发展，空间已成为维护国家安全和利益所必须关注和占据的战略“制高点”。由于卫星自身的脆弱性以及反卫星武器的出现，现代战争对卫星的依赖性越高，卫星反而越容易成为战争的薄弱环节。目前，机载激光(ABL)、地基激光(GBL)和天基激光(SBL)是反卫星的主要激光武器，要想实现摧毁卫星，激光功率需要达到兆瓦级。目前，能用于攻击卫星的激光武器主要有1.315μm的氧化碘(COIL)激光器、2.7μm的氟化氢(HF)激光器以及3.8μm的氟化氘(DF)激光器三种。对卫星而言，常用的工作波段主要有0.5μm～0.8μm可见光/近红外CCD相机、1.55μm的激光通信等。因此，迫切需要研制具有在卫星工作波段有高透过率和激光武器波长处有较低的透过率的激光防护窗口，实现卫星反激光武器的防护。因此，对于可见光-近红外-中红外波段的激光防护窗口的研究已成为目前卫星防护研究的重要课题。
美国20世纪90年代开展了地基反卫星激光武器的研究工作。1997年10月，美国陆军在新墨西哥州白沙导弹靶场采用高能激光系统试验设施(功率为2.2MW的氟化氘化学激光器，中心波长为3.8μm，试验中未全功率运行，有资料表明：当时的光功率为200W，激光束径2m，)进行了首次公开的激光反卫星试验，目的是验证激光在紧急时刻击落卫星的能力。从10月8日～23日，美国陆军分别利用高功率和低功率激光器向一颗美国空军正在轨道上运行的即将报废的气象卫星MSTI-3(运行在425km高空、飞行速度达26800km/h)发射了6次激光，其中3次使425km高的MSTI-3卫星光学传感器饱和，并收到从卫星上返回的数据。这次试验是研制反卫星武器的一个重要的里程碑，也是历史上第一次公开地用高功率激光器攻击卫星。
对于卫星激光防护膜，国内外已进行过相关研究。美国陆军纳蒂克研究中心研制一种组合式层状结构防护镜，其利用多层介质膜对特定波长激光的反射衰减达到激光防护效果。据报道可防护532nm、694nm和1064nm三种激光，光密度为4，可见光透过率达73％，其主要缺点是玻璃箔易损。目前国内报道在有色滤光片上用真空电子束蒸镀制备高反射膜膜系为Sub/(HL)^11H2L/空气，最外层加镀了SiO2半波覆盖层)，高反射膜的损伤阈值为15.3J/cm2，对某一波段具有高反射性，而对其他波段则有高透射性，具有抗化学浸蚀性；用溅射法制备了Sub/(HL)^P H2L/空气(P＝9～15)防护膜，对1.06和1.315μm波长范围内的激光高反射，对可见光则高透过。
综上所述，目前对于卫星激光防护薄膜研究主要集中在可见光-近红外波段，不能完全覆盖目前常用的高功率激光武器输出波长所在的近红外-中红外波段，对于可见光-近红外-中红外波段激光防护窗口的设计还未见报道。因此，本发明提出一种可见光-近红外-中红外波段激光防护窗口及设计方法，实现可见光-近红外-中红外波段激光防护窗口的制备，对于卫星平台防护激光武器具有重要的作用。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提出一种可见光-近红外-中红外波段激光防护窗口及设计方法，以解决如何在实现卫星的正常工作的前提下，保护卫星避免受到强激光武器攻击的技术问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提出一种可见光-近红外-中红外波段激光防护窗口设计方法，该设计方法包括如下步骤：
选择k9玻璃为窗口的基底材料，Ta2O5和SiO2分别为膜系结构中的高折射率薄膜材料H和低折射率薄膜材料L；
在基底的一面设计三波段分光薄膜，分光薄膜的基本膜系结构为：Sub/(0.5L H0.5L)^m/Air，参考波长λ1，其中8<m<24；
在基底的另一面设计双波段减反射薄膜，减反射薄膜的基本膜系结构为：Sub/L(HL)^n/Air，参考波长λ2，其中2<n<10；
将Ta2O5和SiO2的光学常数导入到薄膜设计软件中，根据m和n值的不同，计算窗口的透过率曲线，由此选择合适的m和n值，分别得到两个基本膜系的最终膜系结构。
进一步地，分光薄膜的基本膜系结构中，m为14，λ1为1.315μm；最终膜系结构为Sub/0.98L 0.93H 0.95L 0.99H 1.01L 0.99H(L H)^81.01L 0.92H 0.88L 0.87H 0.98L1.05H 0.51L/Air；减反射薄膜的基本膜系结构中，n为5，λ2为0.65μm；最终膜系结构为Sub/0.97L 0.15H 0.50L 1.86H 1.67L 1.67H 1.02L 0.17H 0.48L 0.97H 0.94L/Air。
进一步地，k9玻璃的厚度为10mm。
此外，本发明还提出一种可见光-近红外-中红外波段激光防护窗口，采用上述设计方法得到，该激光防护窗口对于0.5～0.8μm波段的透过率大于95％，对于1.55μm波段的透过率大于98％；对于1.315μm波段的透过率小于0.1％，对于2.7μm波段的透过率小于20％，对于3.8μm波段的透过率小于0.5％。
(三)有益效果
本发明提出的可见光-近红外-中红外波段激光防护窗口及设计方法，通过采用基底和线性激光防护薄膜相结合的方法，选择具有一定波段吸收的基底，在吸收基底一侧设计三波段分光薄膜，另一侧设计双波段减反射薄膜，实现多波段卫星激光防护窗口的设计。本发明对于不同工作波段、不同防护激光波段的线性激光防护窗口的设计具有普适性，实现卫星工作波段的高透过和强激光武器波段的低透过，从而实现卫星的正常工作和强激光武器攻击的防护。
附图说明
图1为本发明实施例激光薄膜防护窗口结构示意图；
图2为本发明实施例k9玻璃的透过率曲线；
图3为本发明实施例离子束溅射Ta2O5和SiO2薄膜折射率曲线；
图4为本发明实施例三波段分光薄膜是理论设计透过率曲线；
图5为本发明实施例双波段减反射薄膜理论设计透过率曲线；
图6为本发明实施例激光薄膜防护窗口理论设计透过率曲线；
图7为本发明实施例激光薄膜防护窗口理论设计反射率曲线。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本实施例提出一种可见光-近红外-中红外波段激光防护窗口设计方法，该设计方法包括如下步骤：
根据多谱段防护窗口设计要求，确定其线性激光薄膜防护窗口结构，如图1所示。选择厚度为10mm的k9玻璃为窗口的基底材料，其对于0.5-4μm波段的透过率曲线，如图2所示。
选择Ta2O5和SiO2分别作为膜系结构中的高折射率薄膜材料H和低折射率薄膜材料L。采用离子束溅射沉积设备制备单层Ta2O5和SiO2薄膜，采用WVASE32软件进行光学常数计算，获得的离子束溅射Ta2O5和SiO2薄膜折射率曲线，如图3所示。
在k9基底的一面设计三波段分光薄膜，实现1.315μm波段的反射和0.5～0.8μm波段和1.55μm波段的增透。该分光薄膜的基本膜系结构为：Sub/(0.5L H 0.5L)^14/Air，参考波长λ1为1.315μm。优化前6层和后7层后，最终膜系结构为Sub/0.98L 0.93H 0.95L 0.99H1.01L 0.99H(L H)^8 1.01L 0.92H 0.88L 0.87H 0.98L 1.05H 0.51L/Air。该三波段分光薄膜是理论设计透过率曲线，如图4所示。
在k9基底的另一面设计双波段减反射薄膜，实现0.5～0.8μm波段和1.55μm波段的增透。该减反射薄膜的基本膜系结构为：Sub/L(HL)^5/Air，参考波长λ2为0.65μm。对所有膜层全优化后，最终膜系结构为Sub/0.97L 0.15H 0.50L 1.86H 1.67L 1.67H 1.02L 0.17H0.48L 0.97H 0.94L/Air。该双波段减反射薄膜理论设计透过率曲线，如图5所示。
将k9基底参数与三波段分光膜和双波段减反射膜膜系结构输入到薄膜设计软件中，获得多谱段线性激光薄膜防护窗口的理论设计透过率曲线和反射率曲线，如图6和7所示。由图可见，该激光防护窗口对于0.5～0.8μm波段的透过率大于95％，对于1.55μm波段的透过率大于98％；对于1.315μm波段的透过率小于0.1％，对于2.7μm波段的透过率小于20％，对于3.8μm波段的透过率小于0.5％。
本实施例设计的激光防护窗口，能实现可见光0.5～0.8μm和激光通信1.55μm波段的透过和1.315μm、2.7μm和3.8μm强激光的低透过，既满足了卫星工作波段的高透过，又能防护强激光武器的攻击。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种可见光-近红外-中红外波段激光防护窗口设计方法，其特征在于，所述设计方法包括如下步骤：
选择k9玻璃为所述窗口的基底材料，Ta2O5和SiO2分别为膜系结构中的高折射率薄膜材料H和低折射率薄膜材料L；
在所述基底的一面设计三波段分光薄膜，所述分光薄膜的基本膜系结构为：Sub/(0.5LH 0.5L)^m/Air，参考波长λ1，其中8<m<24；
在所述基底的另一面设计双波段减反射薄膜，所述减反射薄膜的基本膜系结构为：Sub/L(HL)^n/Air，参考波长λ2，其中2<n<10；
将Ta2O5和SiO2的光学常数导入到薄膜设计软件中，根据m和n值的不同，计算所述窗口的透过率曲线，由此选择合适的m和n值，分别得到两个所述基本膜系的最终膜系结构。
2.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于，
所述分光薄膜的基本膜系结构中，m为14，λ1为1.315μm；最终膜系结构为Sub/0.98L0.93H 0.95L 0.99H 1.01L 0.99H(L H)^8 1.01L 0.92H 0.88L 0.87H 0.98L 1.05H0.51L/Air；
所述减反射薄膜的基本膜系结构中，n为5，λ2为0.65μm；最终膜系结构为Sub/0.97L0.15H 0.50L 1.86H 1.67L 1.67H 1.02L 0.17H 0.48L 0.97H 0.94L/Air。
3.如权利要求2所述的设计方法，其特征在于，所述k9玻璃的厚度为10mm。
4.一种可见光-近红外-中红外波段激光防护窗口，采用如权利要求3所述的设计方法得到，其特征在于，所述激光防护窗口对于0.5～0.8μm波段的透过率大于95％，对于1.55μm波段的透过率大于98％；对于1.315μm波段的透过率小于0.1％，对于2.7μm波段的透过率小于20％，对于3.8μm波段的透过率小于0.5％。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202512258U (zh) * 2012-04-23 2012-10-31 中山大学 一种三波段带通滤光装置
CN104062693A (zh) * 2013-03-20 2014-09-24 西南技术物理研究所 抗激光损伤铌酸锂三波段减反射膜的制作方法
CN104237979A (zh) * 2013-06-07 2014-12-24 中国航天科工集团第三研究院第八三五八研究所 一种膜层具有折射率非均匀性的激光减反膜设计方法
CN104309196A (zh) * 2014-10-18 2015-01-28 中山市创科科研技术服务有限公司 一种可见光和近红外光双波段减反射膜玻璃及制造方法
CN105842857A (zh) * 2016-04-28 2016-08-10 西安应用光学研究所 一种ZnS基底反0.5～0.8μm可见光及1.064μm激光并透3.7～4.8μm中波红外分色膜的膜系结构
CN106291793A (zh) * 2016-11-04 2017-01-04 天津津航技术物理研究所 一种短波红外窄带滤光片及其制备方法
CN106324740A (zh) * 2016-11-16 2017-01-11 天津津航技术物理研究所 一种宽带吸收薄膜的制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202512258U (zh) * 2012-04-23 2012-10-31 中山大学 一种三波段带通滤光装置
CN104062693A (zh) * 2013-03-20 2014-09-24 西南技术物理研究所 抗激光损伤铌酸锂三波段减反射膜的制作方法
CN104237979A (zh) * 2013-06-07 2014-12-24 中国航天科工集团第三研究院第八三五八研究所 一种膜层具有折射率非均匀性的激光减反膜设计方法
CN104309196A (zh) * 2014-10-18 2015-01-28 中山市创科科研技术服务有限公司 一种可见光和近红外光双波段减反射膜玻璃及制造方法
CN105842857A (zh) * 2016-04-28 2016-08-10 西安应用光学研究所 一种ZnS基底反0.5～0.8μm可见光及1.064μm激光并透3.7～4.8μm中波红外分色膜的膜系结构
CN106291793A (zh) * 2016-11-04 2017-01-04 天津津航技术物理研究所 一种短波红外窄带滤光片及其制备方法
CN106324740A (zh) * 2016-11-16 2017-01-11 天津津航技术物理研究所 一种宽带吸收薄膜的制备方法

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