基于非晶硅薄膜的微测辐射热计光学仿真和优化

基于非晶硅薄膜的非制冷微测辐射热计具有结构简单、易于大规模集成、工艺兼容以及良好探测性能等特点,在红外探测领域等受到关注。引入氮化钛薄膜作为新型红外吸收材料,通过光学导纳矩阵法,对基于非晶硅薄膜的微测辐射热计的红外吸收特性,进行了仿真和优化研究。结果表明,非晶硅微测辐射热计中,氮化钛/非晶硅复合薄膜具有良好的红外吸收性能。当非晶硅薄膜厚度为120 nm时,由氮化钛/非晶硅组成的膜系在8～14μm范围内具有96%左右的红外吸收率,其中氮化钛薄膜的最佳吸收厚度为32nm。     

铁电薄膜材料生长及特性

当今高度信息化社会对光电子器件提出了小型、高速、大容量、高集成、多功能等诸多要求.铁电薄膜(ferroelectricthin films)材料具有优良的铁电、压电、热释电、电光、声光、高介电常数和非线性光学光折变等效应,可以单独利用上述效应制作不同的功能器件,也可以综合利用多个效应制作多功能新型光电子器件,广泛地应用于存储器、传感器、光集成、光波导、热释电探测和微机械等领域.薄膜制备技术和半导体集成技术的快速发展,使铁电薄膜材料与半导体材料的集成成为可能,也对铁电薄膜材料的制备技术提出了更高的要求.     

透视/遮阳/控温/红外隐身多功能集成序构薄膜研究

为了解决光学材料多功能耦合与集成的光谱诉求及其材料设计冲突难题,本文提出一种基于［TiAlN/Ag］²/TiAlN序构复合薄膜开展可见光透射诱导与红外辐射抑制的协同设计方法,诠释序构薄膜材料多功能耦合的新原理与新机制,并对其光学兼容性能测试表征。研究表明,构筑的［TiAlN（厚度30 nm）/Ag（厚度15 nm）］²/TiAlN（厚度30 nm）序构复合薄膜具备带通状选择性透射与中远红外低辐射的光学特性,可较好实现透视、遮阳、低辐射控温与红外隐身多功能兼容效果,在军用车辆、绿色建筑等特种玻璃的辐射控温与红外隐身领域有应用潜力。     

二氧化钒在红外自适应隐身技术中的应用

二氧化钒(VO2)是一种热致可逆相变氧化物,在约68℃时发生由半导体态向金属态的一级位移型相变,同时伴随着显著的电学、磁学、光学特性的变化,且相变温度可通过掺杂调节。制备了二氧化钒粉体和薄膜材料,分别研究了两种材料的热致红外发射率变化特性;采用热像仪拍摄了二氧化钒涂层和薄膜不同温度的红外热图,探讨了其在隐身技术中的应用。结果表明:二氧化钒涂层和薄膜在相变前后具有主动控制自身辐射强度的特性,在红外自适应隐身技术中具有一定的应用前景。     

石墨烯基碲镉汞复合材料技术研究

随着红外技术的发展,未来红外探测器向着mK或亚mK灵敏度红外探测系统方面发展,传统探测器已经很难满足需求,光电探测器的响应度亟待提高。主要基于石墨烯材料的独特能带结构、超高载流子迁移率、超宽光谱吸收的特性,结合碲镉汞光电探测材料的极高量子效率性能,研究了具有极高红外辐射响应度、超宽光谱响应范围的新一代石墨烯基复合红外探测材料。     

长波量子阱红外探测器材料技术研究

针对红外探测应用开展了长波GaAs/AlGaAs量子阱材料技术研究。系统地介绍了量子阱红外探测器材料的材料设计、生长和表征。基于一维薛定谔方程的求解获得量子阱材料的能带结构,进行量子阱材料的设计。采用分子束外延技术进行量子阱材料的生长研究。对量子阱材料的室温光荧光谱和高分辨率X射线衍射测试结果表现出材料高度晶格完整性以及平整界面。基于布鲁斯特角配置的傅立叶红外光谱测试获得了量子阱材料子带间跃迁吸收产生的红外吸收谱。采用该材料制备出高性能的量子阱红外焦平面探测器。     

基于红外上转换原理的短波红外阵列探测器研究

提出了一种由基于红外上转换原理的短波红外阵列探测器设计方案,即利用电子俘获材料薄膜与普通CCD摄像机耦合组成复合式短波红外阵列探测器,通过电子俘获材料的波长转换功能,间接实现对短波红外激光的探测.分析和研究了复合式探测器的薄膜制备、泵浦光源设计、滤光装置设计、耦合方式设计及图像处理系统等关键技术问题,并对样机进行了短波红外激光探测实验.结果表明,复合式探测器在对1060 nm、1310 nm、1550 nm等短波红外波长激光的探测上均有良好表现.     

微纳结构高速大面积光学制造研究获进展

中科院上海光机所高密度光存储实验室在国家相关项目的支持下,在微纳结构的高速、大面积光学制造方面取得重要进展。高密度光存储实验室提出了基于非线性材料的微纳结构的光学制造新原理,     

红外/雷达兼容隐身材料的研究现状与进展

随着各种新型探测雷达、先进红外探测器和精确制导武器的相继问世,红外/雷达兼容隐身材料已经成为了目前隐身技术研究的重点。综述了传统和新型红外/雷达兼容隐身材料的隐身原理和研究现状,并对未来红外/雷达兼容隐身材料的发展方向进行了总结与展望。     

轻型高灵敏暗弱空间目标探测光学相机技术

天基光学相机是空间目标探测的重要手段，世界主要航天大国大力发展天基空间目标探测技术以确保空间态势感知能力。首先介绍了国外应用于微纳卫星平台的典型空间目标探测光学相机，分析了天基光学探测手段的优势。其次针对基于微纳卫星平台的空间目标探测应用需求，提出“高效率镜头结合高灵敏器件”解决方案，并对光学相机进行了性能评估与设计参数分解。最后针对应用指标要求开展了系统设计与相机研制，并通过地面试验进行了性能验证，达到了预期探测效果，实现了5 kg级光学相机优于13星等的探测能力，可广泛部署于微纳卫星平台，为我国空间碎片研究、航天器碰撞预警提供高实时性数据支撑。     

红外隐身技术与发展

红外隐身技术通过降低和改变目标的红外辐射特征,实现对目标的低可探测性.综述了国内外红外隐身材料的发展历程.最后指出了红外隐身的发展方向.     

基于液晶微透镜的自适应红外焦平面探测器

液晶微透镜是一种新型光学器件.通过改变驱动电压,可以灵活快捷地改变其通光孔径、焦距和波前等.设计并得到了一种面阵液晶微透镜器件,讨论了通过将此面阵液晶微透镜与红外焦平面探测器的混合集成,得到具有自适应功能的红外焦平面探测结构.分析了该混合探测结构的性能特点及应用方向.     

激光/长波红外双谱段减反射薄膜设计与制备

在氟化钡光学元件上设计并制备多谱段减反射薄膜是提升光电系统探测性能的关键。在氟化钡基底上设计并制备了1064 nm激光/长波红外双谱段减反射薄膜。基于周期对称结构膜系导纳计算方法,以及拟合膜层周期数与参考波长的优化算法,开展了复合谱段减反射薄膜初始膜系的设计方法研究。使用热蒸发离子束辅助沉积方法制备了多层减反射薄膜。测试结果表明,该薄膜在1064 nm处透射率为94.0%,在8~12 μm长波红外谱段平均透射率为96.3%,在8.2 μm处的透射率高达99.4%。该激光/长波红外双谱段减反射薄膜具有良好的光学性能,可以应用于多模复合精确探测光电装备之中,对于提升探测系统的工作性能具有重大意义。     

绿带翠凤蝶中微纳结构的光学特性及其传感应用

通过变角度光谱系统测量了绿带翠凤蝶闪亮后翅中微纳结构的光谱,并建立了多层膜反射结构模型来解释蝴蝶翅膀的结构色产生机理。通过测量绿带翠凤蝶后翅微结构中的圆二向色性光谱,研究了其光学偏振特性。基于结构色的特点,设计并实现了利用蝴蝶翅膀对溶液折射率的传感实验,结果表明随着折射率的增大,反射光谱谱线发生红移。相关的研究结果为理解自然界中微结构材料的偏振和传感应用提供了基础。     

固体浸没式红外超表面透镜设计

红外焦平面阵列在各类红外成像系统中发挥着巨大的作用。为提升红外焦平面的工作温度、量子效率和灵敏度,通常使用微透镜阵列作为红外焦平面的聚光器。当前微透镜阵列的制作材料通常与红外探测器材料不同,因此在集成装配时需要额外的工艺手段,工艺难度较大且效率较低。利用微纳光学超表面技术体系,可以在红外探测器衬底材料上直接制作平面式的固体浸没型微透镜阵列,实现前置微透镜与红外焦平面的单片集成。文中以红外探测领域最有潜力的锑化物Ⅱ类超晶格红外探测器为应用目标,设计了一种基于GaSb衬底的固体浸没式红外超表面透镜。设计的超表面透镜在中波红外波段工作,能适用于所有入射偏振。器件设计焦距为100 μm,理论上在目标波长下的最高聚焦效率达到70.7%,数值孔径(NA)达到1.15。该设计可以推动微透镜阵列向扁平、超薄、轻量的方向发展,简化微透镜阵列与红外焦平面阵列的集成工艺,有望提升红外焦平面的探测效率,并降低制造成本。     

红外隐身技术在无人机上的应用研究

随着红外探测技术和精确制导武器的飞速发展,隐身无人机成为了各军事强国的研究热点。在未来的战场上,无人机将代替普通战斗机在敌区范围内执行侦察、打击等作战任务。为了提高无人机的突防、生存能力以及作战效能,有效减小雷达散射截面的同时必须对其红外辐射特征进行有效减小或抑制。分析了目前无人机所面临的主要红外威胁,通过讨论无人机的红外辐射特征,归纳出实现无人机红外隐身技术所需的几种主要途径:冷却降温技术、外形遮挡技术以及降低红外发射率材料技术等。研究了红外隐身技术和抑制措施以及国外服役或者验证阶段的比较典型隐身无人机上的应用情况,得出未来无人机隐身技术的发展方向及所面临的难题,对于国内未来无人机红外隐身设计具有重要的参考价值。     

高增益红外单光子探测技术研究进展（特邀）

超灵敏单光子探测是光量子信息和量子调控领域发展的关键技术,实现高效率、超灵敏、低功耗以及低成本的单光子探测具有重要的科学意义和应用价值。与可见光波段的Si基单光子探测器相比,红外响应单光子探测器目前在成本和性能方面都存在较大差距,探索基于新材料和新机制的红外单光子探测技术是光电探测领域发展的迫切需求。近年来,低维材料由于其独特的物化性质,为研制高增益、室温工作和宽波段响应的探测器提供了新的可能,高性能低维材料光电探测技术也成为了当前红外探测领域的研究热点。文中首先回顾了传统雪崩类半导体红外光电探测器的基本原理,在此基础上,介绍了基于新型低维材料的雪崩机制光电探测技术的最新进展,之后讨论了光诱导栅压效应型光电探测器件的新型光增益放大机制,并描述了在该工作机制下相关低维材料红外探测器的基本结构和性能表现。最后展望了高增益红外单光子探测技术的未来发展方向和面临的挑战。     

天基平台海云背景下飞机全链路成像特征建模及分析

空中目标具有高速机动、战略突防和远程精确打击等特点,针对这类目标构建广域、高效、精准探测、连续监视技术已成为空中目标探测体系面临的新挑战。基于空中目标的天基光学探测需求,建立了复杂环境要素综合作用飞机尾焰的光学辐射特征模型,形成飞机尾焰-海面/云层背景-环境大气-光学系统-成像探测器等要素耦合的全数字化链路光谱辐射成像特征精确预测模型。基于实测数据推演了飞机尾焰红外多光谱本征辐射。同时,利用FY-2G遥感数据,反演了中国南海某海域海面温度及云顶温度分布,建立了海云背景光谱辐射模型。在此基础上综合考虑了背景辐射、大气路径辐射和大气衰减对飞机尾焰光谱辐射的影响,建立了在光学系统入瞳前目标上行光谱辐射特性模型,结合光学成像系统的衍射效应,探讨了不同谱段、云类型下地球同步轨道红外成像系统对目标的可探测性。研究表明:大气屏蔽波段对目标的探测效能优于宽波段;针对不同的背景选择合理的探测波段有利于目标的高效探测。     

模拟绿色植被光谱特征的高光谱伪装材料与技术研究进展

高光谱成像技术对伪装隐身技术提出了新的更高要求。研究绿色植被光谱特征的各种模拟技术,可为解决高光谱成像探测下目标的伪装问题提供新的思路。本文总结了绿色植物在可见-近红外波段以及热红外波段的光谱特征,分析了其在不同波段的光谱特性形成机制,阐述了近年来模拟绿色植被光谱特征的高光谱伪装材料与技术的研究进展,分析了现有高光谱伪装材料与技术的特点及存在的弊端,提出了模拟绿色植被光谱特征的高光谱伪装材料与技术的发展方向和趋势。     

武器装备中的红外隐身技术

红外隐身技术已发展成为隐身技术的重要组成部分.首先阐述了红外隐身技术的概念、原理及其实现的技术途径,然后论述了红外隐身材料发展现状和红外隐身技术在武器装备中的广泛应用,最后分析了目前红外隐身技术发展中存在的主要问题,并总结了红外隐身技术的主要发展方向.