CN109917498B - 双模式智能响应的激光防护结构及具备该结构的光学探测器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及双模式智能响应的激光防护结构及具备该结构的光学探测器。双模式智能响应的激光防护结构包括：从激光防护对象侧面向激光入射侧依次设置的第一二氧化钒薄膜、第二二氧化钒薄膜、以及可控激光遮挡阀；其中，所述第二二氧化钒薄膜的相变阈值高于所述第一二氧化钒薄膜的相变阈值，且不高于所述第一二氧化钒薄膜的破坏阈值；所述第二二氧化钒薄膜作为光电开关连接到控制电路中，在所述第二二氧化钒薄膜相变为金属态时导通所述控制电路而发送启动信号驱动所述可控激光遮挡阀遮挡激光光路。

Description

双模式智能响应的激光防护结构及具备该结构的光学探测器

技术领域

本发明涉及一种光电开关、相变材料、非线性光学的激光防护技术，尤其是一种金属-半导体相变材料具双模式智能响应的光学探测器激光防护结构及装置。

背景技术

随着现代激光技术的发展，激光对于飞机、卫星等设备的光电探测系统的威胁越来越大。激光可能会造成人眼和光电探测系统的损伤乃至致盲。高精度光电探测设备一般在10uJ/cm²左右的激光照射下将被致盲，而一旦光电探测设备致盲，其在装备的飞机、卫星等将无法正常工作。鉴于满足未来强激光对抗环境中光电探测系统正常工作的需要，各国政府纷纷投入大量人力物力研制新型抗激光武器装置，用于新研制或者在服役设备的改造。为了提高卫星、飞机等电子设备的防护能力，发展智能激光防护措施对于实现综合电子系统激光防护技术的跨越式发展具有重大意义。

目前用于激光防护的材料和方法主要集中于利用非线性光学原理和相变原理的光限幅材料。在光电探测设备的窗口外面镀一层防护层，当强激光射入时薄膜层发生相变，降低激光的透过率，避免激光对于探测设备的损坏。有机材料、半导体相变材料、纳米碳材料都可以作为防护层的制备材料，防护特定波段和强度的激光，国内外已有相关专利。中国专利“一种宽波段激光防护方法及结构”(中国发明专利公开号CN106403721A)中，采用二氧化钒薄膜与碳纳米管悬浮液组合的办法，实现一定波段和强度的激光防护。但是，无论是哪种材料和现有的防护方法，当超强激光入射时，都有可能超过防护层的破坏阈值，使其发生不可逆损坏，无法继续对光电探测设备等进行防护。以二氧化钒为例，其破坏阈值根据不同性能要求而不同，低阈值一般小于100mJ/cm²左右。同时一般防护层都存在不耐热冲击的缺点，在过强激光的照射下，容易因为热效应破坏内部结构，使其防护能力下降。

发明内容

针对现有的激光防护结构无法防御超强激光(超过一般防护材料破坏阈值)的问题，本发明的目的在于提供一种能针对不同强度的激光做出相应的防护措施，实现对所有强度激光的防御的激光防护结构、以及具备该激光防护结构的光学探测器。

一方面，本发明提供一种双模式智能响应的激光防护结构，其特征在于，包括：从激光防护对象侧面向激光入射侧依次设置的第一二氧化钒薄膜、第二二氧化钒薄膜、以及可控激光遮挡阀；其中，所述第二二氧化钒薄膜的相变阈值高于所述第一二氧化钒薄膜的相变阈值，且不高于所述第一二氧化钒薄膜的破坏阈值；所述第二二氧化钒薄膜作为光电开关连接到控制电路中，在所述第二二氧化钒薄膜相变为金属态时导通所述控制电路而发送启动信号驱动所述可控激光遮挡阀遮挡激光光路。

根据本发明，第一二氧化钒薄膜(低相变阈值二氧化钒薄膜)作为相变防护材料，在入射激光密度达到其相变阈值(根据实际需求可调可调)时发生相变，使入射激光的透过率下降到安全范围内，从而实现对于一般强激光的非线性光限幅防护；第二二氧化钒薄膜(高相变阈值二氧化钒薄膜)作为光电开关，在入射激光能量密度接近或者高于内层二氧化钒薄膜的破坏阈值时发生相变成为金属态，导通外部控制电路，驱动可控激光遮挡阀遮挡激光光路，使得激光完全阻隔，从而实现对于超强激光的响应及完全隔光防护。根据本发明，可以实现对各种强度的激光进行连续有效地防护。

较佳地，所述第二二氧化钒薄膜的相变阈值比所述第一二氧化钒薄膜的破坏阈值低0～20mJ/cm²。

较佳地，所述第一二氧化钒薄膜的相变阈值为5～30mJ/cm²，所述第二二氧化钒薄膜的相变阈值为20～200mJ/cm²。

较佳地，所述第一二氧化钒薄膜的厚度为30～300nm，所述第二二氧化钒薄膜的厚度为20～300nm。

本发明中，可以是，所述第一二氧化钒薄膜和所述第二二氧化钒薄膜生长在激光防护对象上。

本发明中，也可以是，所述第一二氧化钒薄膜和所述第二二氧化钒薄膜生长在外部同一块衬底上。

本发明中，也可以是，所述第一二氧化钒薄膜生长在激光防护对象上，所述第二二氧化钒薄膜生长在外部衬底上。

本发明中，也可以是，所述第一二氧化钒薄膜和所述第二二氧化钒薄膜生长在外部两块不同的衬底上。

本发明中，所述激光防护对象可以为光学探测器(或称“光电探测器”)。由于光学探测器易受激光攻击，因此本发明的激光防护对象尤其适用于对光学探测器进行激光防护。根据本发明，可以有效地对激光干扰信号进行衰减和阻隔，实现对于光电探测器的有效防护。

较佳地，所述第一二氧化钒薄膜和/或所述第二二氧化钒薄膜至少在其面向激光入射侧的表面上具有光学增透层，以增加有用信号波段的透过率，防止二氧化钒相变前对信号传输的影响，同时防止二氧化钒暴露在空气中失效，优选地，所述光学增透层含有二氧化硅、二氧化钛、氧化锌、氮化硅、氮化镓、WO_3-x、M_yWO₃中的至少一种，其中0＜x＜0.9、0＜y≤1，M为Cs、Rb、K、Na、Li、Be、Mg、Ca、Sr和Ba中的至少一种。

较佳地，所述可控激光遮挡阀采用镀银处理的钢片或铜片。

另一方面，本发明提供一种光学探测器，在所述光学探测器的镜头或窗口设有上述任一种激光防护结构。

根据本发明，利用二氧化钒材料的非线性光学限幅及光电开关特性，能针对不同强度的激光做出相应的防护措施，实现对所有强度激光的防御。具有防护波谱宽，强度范围大、灵活可调，稳定性高等优点。

附图说明

图1是本发明一实施方式的激光防护结构的工作原理示意图；

图2是本发明一实施方式的激光防护结构的四种结构示意图；

图3是本发明一实施方式的内层(即靠近防护对象侧)防护结构示意图；

图4是本发明一实施方式的外层(即靠近激光入射侧)防护结构示意图；

图5是本发明一实施方式的激光防护效果测试结果图；

图6是本发明一实施方式的增透效果测试结果图。

具体实施方式

以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。

本发明中，利用二氧化钒对于激光响应的限幅性和半导体--金属态转变特性，将其作为相变防护材料和光电开关，可以针对不同波段和强度的激光进行不同的响应，设计出可以应对各个能量的激光防护结构，从而有效地对激光干扰信号进行衰减和阻隔，实现对于激光防护对象的有效防护。

图1是本发明一实施方式的激光防护结构的工作原理示意图。本实施方式中，激光防护对象为光电探测器。如图1所示，本发明一实施方式的激光防护结构包括：从激光防护对象侧(或称“内侧”)面向激光入射侧(或称“外侧”)依次设置的第一二氧化钒薄膜(或称“低相变阈值VO₂防护层”、“低相变阈值二氧化钒薄膜”、“低相变阈值二氧化钒薄膜层”、“VO₂相变防护层”)、第二二氧化钒薄膜(或称“高相变阈值VO₂开关层”、“高相变阈值二氧化钒薄膜”、“高相变阈值二氧化钒薄膜层”、“VO₂相变开关层”)、以及可控激光遮挡阀(简称“隔光阀”)。

第二二氧化钒薄膜的相变阈值高于第一二氧化钒薄膜的相变阈值，且不高于所述第一二氧化钒薄膜的破坏阈值。在此，“相变阈值”是指使二氧化钒薄膜发生相变时所施加的入射激光能量密度。“破坏阈值”是指使二氧化钒薄膜发生损坏时所施加的入射激光能量密度。

一优选的实施方式中，第二二氧化钒薄膜的相变阈值接近且不高于所述第一二氧化钒薄膜的破坏阈值。例如第二二氧化钒薄膜的相变阈值可以比第一二氧化钒薄膜的破坏阈值低0～20mJ/cm²。

第一二氧化钒薄膜的相变阈值可根据实际需求来调节，可以通过改变厚度及化学组成来调节。一个示例中，第一二氧化钒薄膜的相变阈值为5～30mJ/cm²。另外，第一二氧化钒薄膜的破坏阈值在可允许的范围内越高越好，例如可为100～200mJ/cm²。第一二氧化钒薄膜的厚度可为30～300nm，优选为50～150nm，由此保证正常信号高透过率的同时具有合适的相变阈值。

第一二氧化钒薄膜在入射激光密度达到其相变阈值(根据实际需求可调可调)时发生相变，使入射激光的透过率下降到安全范围内。

第二二氧化钒薄膜的相变阈值可根据实际需求来调节，只要高于第一二氧化钒薄膜的相变阈值且不高于所述第一二氧化钒薄膜的破坏阈值即可。例如，第二二氧化钒薄膜可含有掺杂元素，可通过控制掺杂元素的种类和/或含量来调节其相变阈值。掺杂元素可为Ti、Mo、Mg、Zr、Cr、Eu中的至少一种。掺杂元素的含量可为0～5at％。一个示例中，第二二氧化钒薄膜的相变阈值为20～200mJ/cm²。第二二氧化钒薄膜的厚度可为20～300nm，优选为30～100nm，由此保证正常信号高透过率的同时具有合适的相变阈值。

第二二氧化钒薄膜作为光电开关连接到控制电路(阀门控制电路)中。换言之，外接控制电路以上述高相变阈值二氧化钒薄膜为光电开关。当入射激光能量密度接近或者高于第一二氧化钒薄膜的破坏阈值而使高相变阈值二氧化钒薄膜相变之后处于金属态时，联通电路，向相关驱动装置(例如机械装置)发送启动信号(电信号)，驱动隔光阀遮挡光路。当高相变阈值二氧化钒薄膜恢复成绝缘态时，发送恢复信号，驱动隔光阀复位。驱动装置可采用但不限于电磁铁与永磁铁相结合的结构，类似于相机的机械快门。

本实施方式中，对第一二氧化钒薄膜、第二二氧化钒薄膜、可控激光遮挡阀的具体位置没有特定限定，只要其按上述顺序依次设置即可。例如，本发明的激光防护结构可形成为以下四种结构中的任意一种。

第一二氧化钒薄膜和第二二氧化钒薄膜依次直接生长在光电探测镜头上，第二二氧化钒薄膜作为光电开关连接到控制电路中，具体如图2中的a所示。

第一二氧化钒薄膜和第二二氧化钒薄膜依次生长在外部同一块衬底上，第二二氧化钒薄膜作为光电开关连接到控制电路中，具体如图2中的b所示。

第一二氧化钒薄膜直接生长在光电探测镜头表面，第二二氧化钒薄膜生长在外部衬底上并作为光电开关连接到控制电路中，具体如图2中的c所示。

第一二氧化钒薄膜和第二二氧化钒薄膜生长在外部两块不同的衬底上，第二二氧化钒薄膜作为光电开关连接到控制电路中，具体如图2中的d所示。

上述外部衬底可为正常信号(有用信号)可透衬底，例如红外可透衬底，例如可为玻璃、蓝宝石、氟化钙等。外部衬底的厚度可为0.5～2mm。

另外，第一二氧化钒薄膜和/或第二二氧化钒薄膜的表面(优选面向激光入射侧的表面，另一表面亦可)还可以具有至少一层功能层。该功能层可具有增透(对信号光波段增透)、保护(避免二氧化钒在空气中失效)作用。功能层的厚度可为200nm以下，优选为20～100nm。功能层材料可为二氧化硅、二氧化钛、氧化锌、氮化硅、氮化镓、WO_3-x、M_yWO₃等中的一种或几种的组合。其中0＜x＜0.9、0＜y≤1，M可为Cs、Rb、K、Na、Li、Be、Mg、Ca、Sr和Ba中的至少一种。功能层与二氧化钒的组合可以根据实际需求设计。

图3示出一个示例的内层防护结构示意图。如图3所示，VO₂相变防护层生长于红外透过衬底上，在VO₂相变防护层表面还具有增透层。

图4示出一个示例的外层防护结构示意图。如图4所示，VO₂相变开关层与阀门控制电路连接，生长于红外透过衬底上，在VO₂相变防护层表面还具有增透/保护层。另外，VO₂相变开关层、外接控制电路、隔光阀等可集成在一个壳体(例如金属壳)内，作为独立组件。

隔光阀为不透光材料，能够完全阻挡强激光使其不能透过，其材质和厚度可根据实际需要选择。例如可采用镀银处理的钢片或铜片。其厚度可为0.1～2mm。

本实施方式中，激光防护对象为光学探测器，但应理解，本发明的激光防护结构可用于对任何激光防护对象进行激光防护，例如还可用于对卫星太阳电池阵等进行激光防护。

另外，应理解，本发明中，不限于两层二氧化钒薄膜，也可以是三层以上，且对于任意相邻的两层二氧化钒薄膜，靠近激光入射侧的二氧化钒薄膜的相变阈值大于靠近激光防护对象侧的二氧化钒薄膜的相变阈值(即，从激光防护对象侧向激光入射侧，二氧化钒薄膜的相变阈值依次增大，换言之，越靠近激光入射侧的二氧化钒薄膜的相变阈值越大)，且不高于靠近激光防护对象侧的二氧化钒薄膜的破坏阈值。最靠近激光入射侧的二氧化钒薄膜(相当于上述“第二二氧化钒薄膜”)连接到控制电路中。

接着，作为示例，说明本发明的激光防护结构的制备方法。

在衬底上生长低相变阈值二氧化钒薄膜层。生长方法没有特别限定，例如可为磁控溅射等。衬底可以预先进行表面抛光，使表面粗糙度满足4nm以下，便于二氧化钒的生长。衬底还可以在丙酮和乙醇中分别超声处理10～20min，然后用氮气吹干表面。将衬底固定于衬底板上，放入进样室中，然后打开闸门传递装载到真空度(背底真空度)5×10^-4Pa以上的溅射沉积室中。例如，真空度可预先由机械泵和分子泵两级联用获得，以达到溅射真空条件。

在处理好的衬底上，利用磁控溅射法进行低相变阈值二氧化钒薄膜的生长。一个示例中，生长参数为：溅射腔体预抽真空度<5×10^-4Pa，控制氩气和氧气流量分别处于60～180sccm与40～150sccm(总流量50～200sccm)，基底温度为350～550℃，溅射温度为350～550℃，溅射压强为0.5～5.0Pa，溅射时间为10～60min，溅射功率为150～400W。溅射所用靶材为三氧化二钒。所制备的低相变阈值二氧化钒薄膜层是一层纯二氧化钒组分的、颜色为棕色的、沿衬底取向外延生长、厚度为30～300nm的激光防护膜，相变阈值为5～30mJ/cm²。根据实际需求可调节生长参数如溅射功率、生长温度、溅射时间等，从而调节所制备的低相变阈值二氧化钒薄膜层的相变阈值。

在生长好的低相变阈值二氧化钒薄膜上还可以进一步生长增透层，形成多层膜结构。一个示例中，WO_3-x或M_yWO₃为主要增透保护层，其中0＜x＜0.9、0＜y≤1，M可为Cs、Rb、K、Na、Li、Be、Mg、Ca、Sr和Ba中的至少一种。增透层的生长方法没有特别限定，例如可为磁控溅射等。WO_3-x的磁控溅射参数可为：采用高纯W靶材，控制氩气和氧气流量分别处于60～180sccm与40～150sccm，溅射压强处于1.0～5.0Pa。溅射功率可选为1.5KW～3.5KW，成膜时间为3～20min。所述保护增透层(第一层增透膜)的厚度范围可为0～200nm，优选为20～100nm，保证薄膜的光学增透效果。由此，内层防护层制备完成，其示意图如图3所示。

在另一新衬底上生长高相变阈值二氧化钒光电开关薄膜层。高相变阈值二氧化钒光电开关薄膜层的生长方法没有特别限定，例如可为磁控溅射等。磁控溅射沉积参数可为：控制氩气和氧气流量分别处于60～180sccm与40～150sccm(总流量50～200sccm)，基底温度为350～550℃，溅射温度为350～550℃，溅射压强为0.5～5Pa，溅射时间为15～30min。溅射所用靶材有两种，分别为：三氧化二钒和高纯金属钛靶。由此可制备钛掺杂的二氧化钒薄膜。三氧化二钒的溅射功率可为150～300W。高纯金属钛靶的溅射功率可为10～100W。根据不同要求可调节具体功率参数。所制备的高相变阈值二氧化钒薄膜层是一层钛掺杂的、颜色为浅棕色的、有明显择优取向、厚度为20～200nm的光电开关膜，其相变阈值为20～200mJ/cm²。根据实际需求可调节具体参数如三氧化二钒和掺杂金属靶(例如高纯金属钛)的溅射功率相对大小、溅射时间、溅射温度等，从而调节所制备的高相变阈值二氧化钒薄膜层的相变阈值。

在生长好的高相变阈值二氧化钒薄膜上还可以进一步生长增透层，形成多层膜结构。增透层的生长方法可如上所述。

将高相变阈值二氧化钒光电开关薄膜层连接到外接控制电路上作为光电开关，当薄膜相变之后处于金属态时，联通电路，向相关机械装置发送启动信号，驱动隔光阀遮挡光路；当薄膜恢复成绝缘态时，发送恢复信号，驱动隔光阀复位。驱动装置采用电磁铁与永磁铁相结合的结构，类似于相机的机械快门。

可以将上述高相变阈值二氧化钒光电开关薄膜层、外接控制电路、隔光阀等集成在一个金属壳内，作为独立组件，其结构如图4所示。

将上述两层二氧化钒薄膜层、外接控制电路、隔光阀等通过一定方式组装，其装置结构例如如图2中的d所示。

这里以制备图2中的d所示的防护结构为例，制备其它结构时，可以按照类似方法制备，只要改变衬底即可。例如在生长有低相变阈值二氧化钒薄膜的衬底上生长高相变阈值二氧化钒光电开关薄膜层，则可以得到图2中的b所示的结构；以激光防护对象的防护面(例如光电探测镜头)为衬底，依次生长低相变阈值二氧化钒薄膜和高相变阈值二氧化钒光电开关薄膜层，则可以得到图2中的a所示的结构；在激光防护对象的待防护面(例如光电探测镜头或窗口)上生长低相变阈值二氧化钒薄膜，在另一衬底上生长高相变阈值二氧化钒光电开关薄膜层，则可以得到图2中的c所示的结构。

本发明还提供一种双模式智能响应的光学探测器激光防护装置，所述激光防护装置具有上述激光防护结构。

本发明中，采用二氧化钒双层膜(或三层以上膜)结构设计，利用其对于强激光的非线性限幅及金属—半导体相变双重特性，分别对不同强度的激光进行不同的对应防护，能够有效地对各种强度的激光进行连续防护，从根本上避免激光防护对象(例如光电探测器)的损伤；同时能够最大限度的进行有用信号的传输，保证光电探测器的正常工作。

本发明的智能双响应超强激光防护结构可用于卫星、飞机或其他设备的光电探测探头的强激光放护，且其制备方法成熟可靠，性能稳定，可以广泛应用在激光防护等领域。

下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。

实施例1

以蓝宝石为衬底，厚度为0.5mm，双面抛光，表面粗糙度满足4nm以下，并且镀膜前在丙酮和乙醇中分别超声处理10min左右，然后用氮气吹干表面。

在处理好的衬底上，利用磁控溅射法进行低相变阈值二氧化钒薄膜层的生长，具体参数为：溅射腔体预抽真空度<5×10^-4Pa，控制氩气和氧气流量分别处于100sccm与50sccm，(总流量150sccm)，基底温度为500℃，溅射温度为500℃，溅射压强为1.5Pa，溅射时间为25min，溅射功率为200W，溅射所用靶材为三氧化二钒。所制备的低相变阈值二氧化钒薄膜层是一层纯二氧化钒组分的、颜色为棕色的、沿衬底取向外延生长、厚度为80nm的激光防护膜，相变阈值为10mJ/cm²。

将另一块蓝宝石为衬底，如上所述进行预处理。在处理好的衬底上，利用磁控溅射法进行高相变阈值二氧化钒薄膜层的生长，具体参数为：控制氩气和氧气流量分别处于100sccm与50sccm，(总流150sccm)，基底温度为450℃，溅射温度为450℃，溅射压强为1.5Pa，溅射时间为20min，溅射所用靶材有两种，分别为：三氧化二钒，溅射功率为150W；高纯金属钛靶，溅射功率为15W。所制备的高相变阈值二氧化钒薄膜层是一层钛掺杂的、颜色为浅棕色的、有明显择优取向、厚度为50nm的光电开关膜，其相变阈值为100mJ/cm²。

将所制备的高相变阈值二氧化钒薄膜层、外接控制电路、隔光阀等集成在一个金属壳内，作为独立组件。

将低相变阈值二氧化钒薄膜层、上述独立组件依次置于光电探测器的探测镜头外侧。

检测如图1所示，将1060nm激光器作为入射光源，PVM型光电探测器作为信号接收端，通过调节激光的强度，测试防护结构受到强激光照射前后的透过率变化。测得能量密度小于10mJ/cm²(可调)时，激光能够正常通过，信号传递稳定，透过率在80％左右，如图1中正常信号透过所示。

当激光能量密度大于等于10mJ/cm²(可调)且小于内层二氧化钒的损伤阈值(约100mJ/cm²，可调)时，内层防护层发生相变，透过率变为10％左右，衰减达到70％左右；同时，二氧化钒薄膜发生相变所用的时间在100fs以内，即对于10mJ/cm²(可调)至100mJ/cm²(可调)，防护结构的防护响应时间在100fs以内，如图1中高能量射入所示。

当激光能量密度接近或大于100mJ/cm²(可调)即达到内层二氧化钒的损伤阈值和外层二氧化钒相变阈值时，外层防护层发生相变，二氧化钒电阻突然减小，连通外接控制电路，向相关机械装置发送启动信号，驱动隔光阀遮挡光路；当薄膜恢复成绝缘态时，发送恢复信号，驱动隔光阀复位。隔光阀为镀银处理的钢片或铜片，能够完全阻挡强激光使其不能透过。二氧化钒薄膜发生相变所用的时间在10ns以内，同时，机械驱动响应时间可以达到100us，即双层响应防护结构的防护响应时间在100us以内。如图1中超高能量射入所示。

实施例2

与实施例1的不同之处在于：

在实施例1的低相变阈值二氧化钒薄膜层进一步生长增透层，其材料为WO₃，其磁控溅射参数为：将氩气和氧气混合气体通入溅射沉积腔室中，控制总的气体压强在1.5Pa，氧分压比例在40％左右，采用中频电源，电源电流控制在5A，功率优选2.0kw，以高纯钨为溅射靶材，进行溅射沉积，沉积时间5min，。所制备的增透层的厚度为50nm；

在实施例1的相变阈值二氧化钒薄膜层进一步生长增透层，其材料为WO₃，其磁控溅射参数为：将氩气和氧气混合气体通入溅射沉积腔室中，控制总的气体压强在1.5Pa，氧分压比例在40％左右，采用中频电源，电源电流控制在5A，功率优选2.0kw，以高纯钨为溅射靶材，进行溅射沉积，沉积时间5min，。所制备的增透层的厚度为50nm。

激光防护效果测试方法如实施例1，结果如图5所示，可以看出在达到相变阈值后，1ps以内透过率发生突变，且最终激光的透过率从76％降到了14％，防护效果明显；增透效果测试方法为用分光光度计对相变前后的单一二氧化钒薄膜及加增透层的二氧化钒薄膜进行0～2600nm波段光透过测试，测试结果图6所示，可以看出在原先透过率比较低的0～900nm波段，增加增透膜后透过率明显提高，幅度最大将近20％。

产业应用性：本发明所获得新型智能双响应激光防护结构可以对所有强度的激光进行防御，最大限度地保证探测设备的安全，可用于卫星、飞机或其他设备的光电探测探头的强激光放护，且其制备方法成熟可靠，性能稳定，可以广泛应用在激光防护等领域。

本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种双模式智能响应的激光防护结构，其特征在于，包括：从激光防护对象侧面向激光入射侧依次设置的第一二氧化钒薄膜、第二二氧化钒薄膜、以及可控激光遮挡阀；其中，所述第二二氧化钒薄膜的相变阈值高于所述第一二氧化钒薄膜的相变阈值，且不高于所述第一二氧化钒薄膜的破坏阈值；所述第二二氧化钒薄膜作为光电开关连接到控制电路中，在所述第二二氧化钒薄膜相变为金属态时导通所述控制电路而发送启动信号驱动所述可控激光遮挡阀遮挡激光光路。

2.根据权利要求1所述的双模式智能响应的激光防护结构，其特征在于，所述第二二氧化钒薄膜的相变阈值比所述第一二氧化钒薄膜的破坏阈值低0～20 mJ/cm²。

3.根据权利要求1或2所述的双模式智能响应的激光防护结构，其特征在于，所述第一二氧化钒薄膜的相变阈值为5～30mJ/cm²，所述第二二氧化钒薄膜的相变阈值为20～200mJ/cm²。

4.根据权利要求1或2所述的双模式智能响应的激光防护结构，其特征在于，所述第一二氧化钒薄膜的厚度为30～300nm，所述第二二氧化钒薄膜的厚度为20～300nm。

5.根据权利要求1或2所述的双模式智能响应的激光防护结构，其特征在于，

所述第一二氧化钒薄膜和所述第二二氧化钒薄膜生长在激光防护对象上，或者

所述第一二氧化钒薄膜和所述第二二氧化钒薄膜生长在外部同一块衬底上，或者

所述第一二氧化钒薄膜生长在激光防护对象上，所述第二二氧化钒薄膜生长在外部衬底上，或者

所述第一二氧化钒薄膜和所述第二二氧化钒薄膜生长在外部两块不同的衬底上。

6.根据权利要求1或2所述的双模式智能响应的激光防护结构，其特征在于，所述激光防护对象为光学探测器。

7.根据权利要求1或2所述的双模式智能响应的激光防护结构，其特征在于，所述第一二氧化钒薄膜和/或所述第二二氧化钒薄膜至少在其面向激光入射侧的表面上具有光学增透层。

8.根据权利要求7所述的双模式智能响应的激光防护结构，其特征在于，所述光学增透层含有二氧化硅、二氧化钛、氧化锌、氮化硅、氮化镓、WO_3-x、M_yWO₃中的至少一种，其中0＜x＜0.9、0＜y≤1，M为Cs、Rb、K、Na、Li、Be、Mg、Ca、Sr和Ba中的至少一种。

9.根据权利要求1或2所述的双模式智能响应的激光防护结构，其特征在于，所述可控激光遮挡阀采用镀银处理的钢片或铜片。

10.一种光学探测器，其特征在于，在所述光学探测器的镜头或窗口设有权利要求1至9中任一项所述的激光防护结构。

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