CN112068234A - 一种智能防护窄带滤光片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能防护窄带滤光片，包括基底和形成在基底上的双腔或多腔窄带滤光薄膜，所述双腔或多腔窄带滤光薄膜的膜系结构为：Sub|L(HL)^mnH(LH)^mL(HL)^m(n‑x)HxV(LH)^mLHL|Air或Sub|LH(LH)^mnL(HL)^mHLH(LH)^m(n‑x)LxV(HL)^mHLHL|Air，其中中心波长λi范围为200nm‑5000nm，m的范围为2～12，n的范围为2～16且为偶数，x的范围为0～1，H为高折射率薄膜材料，L为低折射率薄膜材料，V为相变薄膜材料。本发明通过在窄带滤光薄膜结构中间隔层引入相变V2O5薄膜材料，窄带滤光片可实现低能激光的高透过和高能激光的低透过，对于不同工作波长的智能窄带滤光片具有普适性。
Description
技术领域
本发明属于光学薄膜技术领域，涉及一种智能防护窄带滤光片的设计，具体涉及一种防护1064nm高能激光的智能窄带滤光片。
背景技术
激光器自从1960年出现以来，在国民经济生活中起到越来越重要的作用，比如激光雷达、激光武器、激光探测、激光测距、激光医疗等。激光武器是利用高能激光束的热效应、力学破坏特效、辐射破坏特性等直接杀伤目标的一种定向能武器，在最近十几年时间内得到了快速发展。目前，随着激光技术的进步和日益成熟，应用高强度激光制成的激光致盲武器已被西方发达国家研制成功并装备部队。
光电探测器是获取信息的渠道，在战场上是敌方重要的攻击目标。例如，美国装备的车载、机载及手持激光致盲武器，均能使1km外的人眼和光电探测器瞬时致盲。强激光对光电探测器会产生三种干扰效果——角度欺骗、软杀伤和硬损伤，干扰效果与激光功率、距离和大气条件等因素有关。
为了防护高能激光的攻击，急需寻找一种适用于激光防护领域的新型材料，有效对抗激光致盲，保护人眼及军用装备中的光电探测器和光学系统不受伤害，已成为摆在各国面前非常现实的问题。目前常选用的激光防护材料主要是相变薄膜材料，但其在激光波段的透过率较低，影响到正常的工作效率。因此，急需研制一种光学窗口，在高能激光攻击前具有很高的透过率，在高能激光攻击后，能有效的降低对光电探测器的影响，并且具有高的抗激光损伤阈值，实现对高能激光的防护。
综上所述，目前采用基于氧化物薄膜+相变薄膜体系设计的智能防护窄带滤光片还未见报道。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是：提供一种智能防护窄带滤光片，通过在窄带滤光薄膜结构中间隔层引入相变薄膜材料，当高能激光作用后相变薄膜材料出现相变，改变滤光片的透射性能，实现对高能激光的防护。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种一种智能防护窄带滤光片，其包括基底和形成在基底上的双腔或多腔窄带滤光薄膜，所述双腔或多腔窄带滤光薄膜的膜系结构为：Sub|L(HL)^m nH(LH)^m L(HL)^m(n-x)H xV(LH)^m L H L|Air或Sub|L H(LH)^m nL(HL)^m H LH(LH)^m(n-x)LxV(HL)^m H LH L|Air，其中中心波长λi范围为200nm-5000nm，m的范围为2～12，n的范围为2～16且为偶数，x的范围为0～1，H为高折射率薄膜材料，L为低折射率薄膜材料，V为相变薄膜材料。
本发明进一步提供一种智能防护窄带滤光片的制备方法，其包括如下步骤：
S1：选择窄带滤光片的基底材料；
S2：选择高折射率薄膜材料、低折射率薄膜材料和相变薄膜材料；
S3：在基底上设计双腔或多腔滤光薄膜，其中1个间隔层采用高或低折射率材料+相变薄膜材料共同实现。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的智能防护窄带滤光片，通过在窄带滤光薄膜结构中间隔层引入相变V2O5薄膜材料，当高能激光武器作用在滤光片上，随着温度的升高，V2O5薄膜出现相变，在工作波长处透过率急剧降低，可以有效防止高能激光的透过率，实现对滤光片后置光学元件的保护，高能激光作用停止后，V2O5薄膜恢复相变前状态，实现窄带滤光片的作用。
附图说明
图1 1064nm智能滤光片结构示意图。
图2 Ta2O5薄膜和SiO2薄膜的折射率曲线。
图3 V2O5薄膜相变前折射率和消光系数曲线。
图4 V2O5薄膜相变后折射率和消光系数曲线。
图5 1064nm窄带滤光片透过率曲线。
图6高能激光作用后1064nm窄带滤光片透过率曲线。
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。
参照图1所示，本发明防护高能激光的智能防护窄带滤光片包括基底和形成在基底上的双腔或多腔窄带滤光薄膜，所述双腔或多腔窄带滤光薄膜的膜系结构为：Sub|L(HL)^m nH(LH)^m L(HL)^m(n-x)H xV(LH)^m L H L|Air或Sub|L H(LH)^m nL(HL)^m H L H(LH)^m(n-x)L xV(HL)^m H L H L|Air，其中中心波长λi范围为200nm-5000nm，m的范围为2～12，n的范围为2～16且为偶数，x的范围为0～1，H为高折射率薄膜材料，L为低折射率薄膜材料，V为相变薄膜材料。
其中，基底选择熔融石英、K9玻璃或有色玻璃，高折射率薄膜材料选择Ta2O5或HfO2或TiO2，低折射率薄膜材料选用SiO2，相变薄膜材料选用VO2或V2O5。
上述结构的智能防护窄带滤光片，当高能激光作用在滤光片上时，温度达到一定值，相变薄膜材料V发生相变，其折射率和消光系数发生变化，间隔层光学厚度失配，造成滤光薄膜透过率急剧降低，防止高能激光的透过。
基于上述结构设计，本发明还涉及一种防护高能激光的智能防护窄带滤光片的设计方法，其包括如下步骤：
S1：选择窄带滤光片的基底材料；
选择熔融石英、K9玻璃或有色玻璃等作为智能窄带滤光薄膜的基底。
S2：选择高折射率薄膜材料、低折射率薄膜材料和相变薄膜材料；
选择Ta2O5或HfO2或TiO2为高折射率薄膜材料，SiO2为低折射率薄膜材料，VO2或V2O5为相变薄膜材料。
S3：在基底上设计双腔或多腔滤光薄膜，其中1个间隔层采用高或低折射率材料+相变薄膜材料共同实现。
双腔或多腔滤光薄膜的中心波长为λi，单位为nm，膜系结构为：Sub|L(HL)^m nH(LH)^m L(HL)^m(n-x)H xV(LH)^m L H L|Air或Sub|L H(LH)^m nL(HL)^m H L H(LH)^m(n-x)L xV(HL)^m H L H L|Air，其中λi范围为200nm-5000nm，m的范围为2～12，n的范围为2～16(偶数)，x的范围为0～1，H为高折射率薄膜材料，L为低折射率薄膜材料，V为相变薄膜材料。
当高能激光作用在滤光片上，当温度达到一定值，相变薄膜材料V发生相变，其折射率和消光系数发生变化，间隔层光学厚度失配，滤光薄膜透过率急剧降低，防止高能激光的透过，从而实现低能激光的高透过和高能激光的低透过。
实施例
下面以Ta2O5、SiO2、V2O5薄膜材料设计1064nm智能窄带滤光片为实例，结构示意图如图1所示，具体步骤如下：
S1：首先选择熔融石英作为1064nm智能窄带滤光薄膜的基底材料。
S2：选择Ta2O5为高折射率薄膜材料，SiO2为低折射率薄膜材料，V2O5为相变薄膜材料，Ta2O5薄膜和SiO2薄膜的折射率曲线如图2所示，在1064nm波长处的折射率分别为2.080和1.460，V2O5薄膜相变前折射率和消光系数曲线如图3所示，在1064nm波长处的折射率和消光系数分别为1.921和0.009，V2O5薄膜相变后折射率和消光系数曲线如图4所示，在1064nm波长处的折射率和消光系数分别为1.951和3.283。
S3：然后设计双腔窄带滤光薄膜，中心波长为1064nm，膜系结构为：Sub|L(HL)^44H(LH)^4L(HL)^43.93H 0.07M(LH)^4L H L|Air，H为高折射率Ta2O5薄膜材料，L为低折射率SiO2薄膜材料，V为相变V2O5薄膜材料，V层的物理厚度为10nm，光学厚度为0.07的四分之一光学厚度。设计的1064nm窄带滤光片透过率曲线如图5所示。
当高能激光作用窄带滤光薄膜后，V2O5薄膜出现相变，V层的光学厚度基本不变，但消光系数增大近三个量级，导致窄带滤光薄膜的透射带光谱透过率急剧降低，在1064nm波长处的透过率降低到2.7％，如图6所示，实现低能激光的高透过和高能激光的低透过，针对1064nm高能激光的防护效率可达到15dB。
由上述技术方案可以看出，本发明通过在窄带滤光薄膜结构中间隔层引入相变V2O5薄膜材料，窄带滤光片可实现低能激光的高透过和高能激光的低透过。本发明方案对于不同工作波长的智能窄带滤光片具有普适性。
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 (10)
1.一种智能防护窄带滤光片，其特征在于，包括基底和形成在基底上的双腔或多腔窄带滤光薄膜，所述双腔或多腔窄带滤光薄膜的膜系结构为：Sub|L(HL)^m nH(LH)^m L(HL)^m(n-x)H xV(LH)^m L H L|Air或Sub|L H(LH)^m nL(HL)^m H L H(LH)^m(n-x)L xV(HL)^mH L H L|Air，其中中心波长λi范围为200nm-5000nm，m的范围为2～12，n的范围为2～16且为偶数，x的范围为0～1，H为高折射率薄膜材料，L为低折射率薄膜材料，V为相变薄膜材料。
2.如权利要求1所述的智能防护窄带滤光片，其特征在于，所述基底选择熔融石英、K9玻璃或有色玻璃。
3.如权利要求2所述的智能防护窄带滤光片，其特征在于，所述高折射率薄膜材料选择Ta2O5或HfO2或TiO2，低折射率薄膜材料选用SiO2，相变薄膜材料选用VO2或V2O5。
4.一种智能防护窄带滤光片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：选择窄带滤光片的基底材料；
S2：选择高折射率薄膜材料、低折射率薄膜材料和相变薄膜材料；
S3：在基底上设计双腔或多腔滤光薄膜，其中1个间隔层采用高或低折射率材料+相变薄膜材料共同实现。
5.如权利要求4所述的智能防护窄带滤光片的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，选择熔融石英、K9玻璃或有色玻璃作为基底材料。
6.如权利要求5所述的智能防护窄带滤光片的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，选择Ta2O5或HfO2或TiO2为高折射率薄膜材料，SiO2为低折射率薄膜材料，VO2或V2O5为相变薄膜材料。
7.如权利要求6所述的智能防护窄带滤光片的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，双腔或多腔滤光薄膜的中心波长为λi，单位为nm，膜系结构为：Sub|L(HL)^m nH(LH)^m L(HL)^m(n-x)H xV(LH)^m L H L|Air或Sub|L H(LH)^m nL(HL)^m H L H(LH)^m(n-x)LxV(HL)^m H L H L|Air，其中λi范围为200nm-5000nm，m的范围为2～12，n的范围为2～16且为偶数，x的范围为0～1，H为高折射率薄膜材料，L为低折射率薄膜材料，V为相变薄膜材料。
8.如权利要求7所述的智能防护窄带滤光片的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，选择熔融石英作为1064nm窄带滤光片的基底材料。
9.如权利要求8所述的智能防护窄带滤光片的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，选择Ta2O5为高折射率薄膜材料，SiO2为低折射率薄膜材料，V2O5为相变薄膜材料，Ta2O5薄膜和SiO2薄膜在1064nm波长处的折射率分别为2.080和1.460，V2O5薄膜相变前在1064nm波长处的折射率和消光系数分别为1.921和0.009，V2O5薄膜相变后在1064nm波长处的折射率和消光系数分别为1.951和3.283。
10.如权利要求9所述的智能防护窄带滤光片的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，设计双腔窄带滤光薄膜，中心波长为1064nm，膜系结构为：Sub|L(HL)^44H(LH)^4L(HL)^43.93H 0.07M(LH)^4L H L|Air，H为高折射率Ta2O5薄膜材料，L为低折射率SiO2薄膜材料，V为相变V2O5薄膜材料，V层的物理厚度为10nm，光学厚度为0.07的四分之一光学厚度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201211 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |