各向异性散射梯度折射率介质层的热发射特性

将蒙特卡罗法和弯曲光线跟踪技术相结合,研究了各向异性散射性梯度折射率半透明介质层的发射特性,介质层具有镜反射半透明表面和漫射基底面．重点分析了散射反照率和散射相函数对介质层表观方向发射率和表观半球发射率的影响,结果表明对于线性折射率分布的介质层,当散射较为强烈时,表观半球发射率可随介质层光学厚度增大而减小,这种现象与以往研究的半透明体的情况有显著的不同．     

涂层表面激光散射特性的实验测量及优化建模

运用双向反射分布函数测量系统在特定激光波长下(1.06μm)对涂层目标样片进行实验测量,根据样片的BRDF实验数据,将遗传模拟退火算法应用于目标表面BRDF统计模型的参数反演中,获取样片的BRDF模型参数,并在此基础上获得上述样片BRDF的三维分布.同时比较了模型中考虑遮蔽因素与不考虑遮蔽情况下进行参数反演所得到的均方误差,反映了遮蔽效应对涂层目标表面光散射特性的影响.     

海面上舰船目标的紫外散射特性研究

基于粗糙面双向反射分布函数(BRDF)模型,考虑海面的影响,设计了海面舰船目标的紫外光散射亮度计算流程,讨论分析了海面上舰船目标对海天背景紫外辐射的散射特性.运用大气传输软件MODTRAN,计算了0.3～0.4μm波段太阳、天空背景的紫外辐射特性;根据粗糙面散射理论,分别对海面和目标表面进行BRDF建模,并讨论了面元的光散射特性;设计了海面舰船目标的紫外光散射亮度计算流程,并利用此流程计算分析了某舰船模型的紫外光散射亮度.结果显示探测时间、探测方位、舰船表面蒙皮材料、舰船形状、海面散射等因素,都对舰船目标的紫外光散射特性产生影响,为完善舰船目标紫外辐射特性数据库提供有效依据.     

迷彩涂层1064 nm激光散射特性测量及建模

迷彩涂层1064 nm激光散射特性对激光探测装备的极限作用距离和军事装备激光隐身性能有显著影响,而目前对涂层材料的激光散射特性的研究大都是针对单一种类涂层。本文根据不同类型迷彩涂层由不同颜色组成的特点,通过分别测量不同颜色迷彩涂层的双向反射分布函数(BRDF),再根据国军标中不同迷彩涂层颜色的面积比例规定进行加权计算,得到不同种类迷彩涂层的BRDF。以草原夏季型迷彩涂层为例,利用上述方法对其BRDF进行测量和计算,并利用五参数经验模型进行参数建模,得到草原夏季型迷彩涂层的参数模型。通过拼接实验,验证了计算方法的正确性。对于进一步研究军事装备的涂层材料激光散射特性提供数据依据,为研究类似情况下多种材料复合涂层的激光散射特性研究提供了借鉴思路。     

非朗伯面目标对复杂背景红外辐射的散射特性

研究了非朗伯面目标对复杂背景(太阳和海天背景)红外辐射的散射特性.基于双向反射分布函数(BRDF),通过坐标变换、对面元求和以及对波长积分等操作导出了非朗伯面目标散射亮度的空间分布式.利用海天背景的光谱亮度和太阳光谱照度(由大气传输软件Modtran计算),以及目标表面的光谱BRDF,以圆柱体为例,分别对3～5 μm和...     

一种表面激光散射特性数据三维测量方法

激光双向反射分布函数(BRDF)数据测量是一种获得目标表面信息的重要手段。利用几何光学理论建立了目标表面BRDF模型,采用激光器、激光能量密度测量设备、转台、漫反射板等光电实验室常用测量设备,在相同的几何和物理条件下,分别测量样品和散射特性已知的漫反射板对激光能量的散射特性数据,推算出样品的BRDF数值;保持测量平面静止,通过翻转被照射表面获取样品表面的三维BRDF数据,推算了翻转过程中测量点的角度换算关系;利用测量结果,进行了目标表面BRDF模型的参数优化,建立了样品表面BRDF模型;实验环境容易构建,操作简便,为研究目标表面激光散射特性提供了一种新的研究思路。     

具有镜反射正弦表面的半透明介质层表观光谱发射特性

通过离散基底面并结合光线跟踪法,将伪光源迭加法应用于一侧为镜反射半透明正弦曲面、另一侧为漫射不透明基底面的半透明介质层表观光谱发射问题．给出了等温介质的表观光谱半球发射率与方向发射率分布,并分析了有关参数的影响．结果表明,伪光源迭加法对求解具有镜反射半透明正弦曲表面的半透明介质层表观发射问题具有很好的适应性     

目标反射特性对激光测距的影响

针对非合作小目标激光测距系统,目标表面的反射特征对激光回波信号有很大的影响。建立测量表面双向反射分布函数(BRDF)的装置,对常用的两种热控材料——白漆涂层和F36多包层,测量了其在1064 nm波长下的双向反射分布函数。得出了白漆涂层镜面反射很小,散射角较大,利于各方向接收回波信号;而F36多包层镜面反射很强,散射角-2°~2°,不利于探测。通过由表面BRDF与由朗伯散射计算得到的最小接收功率的比较,得出了入射角大于45°入射白漆涂层时,回波信号较小;大于2°入射F36多包层时,没有回波信号。     

用红外反射比度量涂层的方法

本发明提供一种用以测量金色衬底非镜面或镜面上的非散射涂层的无损方法．被测表面可以是粗糙的表面,如用化学方法处理过的表面．测量时,先将红外能量发射到一个与金属衬底表面涂层样品物理接触的积分球内。发射的红外能量一部分被涂层吸收,一部分被金属衬底表面反射,还有一部分则被金属衬底散射了．积分球对红外能量总反射比进行积分．红外探测器探测两个波段的总反射比．两个波段之一的总反射比的下降便表明涂层存在或者可以被转换成涂层的量．     

不同表面结构、涂层的建筑玻璃后向散射特性的研究

本文报导了建筑市场上常用的玻璃材料如冕牌玻璃、花纹玻璃、钢化玻璃、建筑用宝石蓝玻璃、有机玻璃等以及经表面处理的喷砂玻璃和镀膜玻璃在１．０６μｍ或１０．６μｍ激光红外波段的后向散射特性。结果表明，散射强度与表面纹理结构、涂层材料的光学性质有关。对于降低玻璃表面镜反射来说，改变玻璃表面结构要比在表面镀增透膜更为有效。人为控制玻璃表面或涂层的光学性质可获得所需的散射特性。     

High‐Performance Colorful Semitransparent Polymer Solar Cells with Ultrathin Hybrid‐Metal Electrodes and Fine‐Tuned Dielectric Mirrors

Polymer solar cells (PSCs) possess the unique features of semitransparency and coloration, which make them potential candidates for applications in aesthetic windows. Here, the authors fabricate inverted semitransparent PSCs with high‐quality hybrid Au/Ag transparent top electrodes and fine‐tuned dielectric mirrors (DMs). It is demonstrated that the device color can be tailored and the light harvesting in the PSCs can be enhanced by matching the bandgap of the polymer donors in the active layer with the specifically designed maximum‐reflection‐center‐wavelengths of the DMs. A detailed chromaticity analysis of the semitransparent PSCs from both bottom and top (mirror) views is also carried out. Furthermore, the inverted semitransparent PSCs based on PTB7‐Th:PC₇₁BM with six pairs of DMs demonstrate a maximum power conversion efficiency (PCE) of 7.0% with an average visible transmittance (AVT) of 12.2%. This efficiency is one of the highest reported for semitransparent PSCs, corresponding to 81.4% of the PCE from opaque counterpart devices. The device design and processing method are also successfully adapted to a flexible substrate, resulting in a device with a competitive PCE of 6.4% with an AVT of 11.5%. To the best of our knowledge, this PCE value is the highest value reported for a flexible semitransparent PSC.     

具有亚表面损伤层基底表面的激光减反膜设计

光学材料的亚表面损伤层（SSD）是激光光学领域内的研究热点之一。亚表面损伤层的存在将导致其表面薄膜特性发生变化,尤其是在高精度低损耗激光薄膜的设计与制造中亚表面损伤层必须给予考虑。文中研究了亚表面损伤层的物理特性,并借助于椭圆偏振仪测量基底表面的椭偏光谱,反演计算出SSD 的物理厚度和折射率梯度。通过计算得到了亚表面的深度和梯度对激光减反膜反射率光谱的影响,证明了亚表面深度对反射率的影响具有周期效应。在考虑亚表面损伤层的深度和梯度存在的基础上,对激光减反膜的设计进行了理论修正,数值实验结果证明通过膜系的修正可以实现633 nm 处的零反射。     

Generation of microwave radiation by active antennas with field-effect transistors in a quasi-optical resonator

Effects of locking of generator antennas (GAs) with field-effect transistors by the electromagnetic field formed as a result of reflection of radiation from a semitransparent dielectric mirror are analyzed. The possibility of spatial combining of the radiation powers of the GAs placed on a common dielectric substrate and forming a linear or a 2D matrix is demonstrated. It is shown that application of a reflecting mirror can substantially expand the GA mutual locking band and abandon external locking for power combining in the 2D matrix.     

Spectral Response Model of Backside-Illuminated HgCdTe Detectors

Backside-illuminated HgCdTe detectors fabricated on thick CdZnTe substrates have an optical path such that the incident radiation traverses the antireflection (AR) coating layers, the thick CdZnTe substrate, and finally the different layers of the detector. Modeling the spectral response first involves a coherent calculation of the transmission and reflection of a multilayer AR coating on the backside of the CdZnTe substrate. Second, a coherent calculation is made of the reflection and transmission coefficients for the stack of detector materials including wavelength-dependent complex refractive indexes for the detector materials. Third, the transmission and reflection coefficients are then used in an incoherent calculation to account for the multiple reflections in the thick CdZnTe substrate. For the coherent calculations, a stack matrix is constructed from the multiplication of matrices that track the phase and amplitude of the waves propagating across interfaces and from one side of a layer to the other side. These calculations are combined to compute the spectral response and reflectance of the detector as a function of wavelength.     

宽波长太阳能电池抗反射层结构设计

为了降低太阳能电池表面对入射光的反射,提高其光电转换效率,设计了入射光谱在400～1100 nm宽波长范围内的二维亚微米抗反射层结构.该结构主要由高折射率ZnS膜层、低折射率MgF_2膜层及二维亚微米光栅层等组成.采用严格耦合波分析理论计算了此结构的反射特性,当ZnS膜层、MgF_(2)膜层、光栅深度及光栅周期分别为50 nm、150 nm、200 nm及400 nm,入射角在0～80°变化时,其平均反射率为7.76%.计算结果表明:所设计的抗反射层结构可有效降低太阳能电池表面对入射光的反射,从而提高其光电转换效率.     

复杂衬底下的涂层厚度定量检测方法研究

纸币是国家发行并强制使用的货币符号,2019年中国人民银行发行的2019年版第五套人民币纸币,两面采用了抗脏污保护涂层,使纸币的整洁度明显改善。作为“国家名片”,在纸币生产过程中,对每一道工艺都有严格的质量控制,涂层是通过涂布机将涂布液转移、固化至纸币两面,由此称为涂布工艺。为了更加合理地控制涂布质量,生产中需要检测纸币涂层的厚度。针对该需求,文中建立了纸币图纹作为复杂衬底的涂层厚度光学漫反射模型,采用傅里叶近红外光谱仪和激光共聚焦显微系统对已涂布和未涂布的纸币进行识别并定量检测。文中首先根据涂层物质在近红外光谱可被有效识别的特点,对涂层的近红外吸收光谱数据提出了基于多元散射校正（MSC）与二阶导组合的分析方法,确定4 346.764 cm?1为特征波数。再根据反射率、粗糙度对涂层厚度的模型解耦,最后通过激光共聚焦显微系统检测了已涂布纸币的涂层变化,并将其与模型的厚度解耦结果关联,得出测量涂层厚度最小为3.807 μm,最大为12.738 μm。最终结果表明该检测方法对纸币生产中涂层质量控制具有重要的实践指导意义。     

TC4表面激光熔覆TiAl合金涂层的工艺和组织性能

为了实现TC4钛合金表面TiAl合金涂层的大面积制备及实际应用,采用激光熔覆的方法在TC4钛基体上制备单道和搭接的TiAl合金涂层。通过表面形貌和界面特征分析了涂层的熔覆质量,对涂层的物相组成与显微组织进行研究,测试了熔覆层界面及搭接层之间的硬度分布。结果表明,涂层与基体之间属于冶金结合,涂层内部没有裂纹和孔隙等缺陷,涂层中Ti/Al主要以TiAl(γ)、Ti₃Al(α₂)以及与微量元素的化合物形式存在,涂层主要由双态组织和片层组织组成,测试得到单道熔覆涂层和搭接涂层平均硬度是基体的1.44倍以上,多道搭接涂层的组织分布相比单道涂层更加均匀;涂层可进行大范围的多道搭接熔覆,证明了TiAl涂层对TC4基体表面改性方法可行性。该研究对于实现涂层的实际应用具有重要意义。     

陶瓷表面激光无钯活化及其化学镀镍

为了实现陶瓷基体表面无钯化学镀镍,以10g/L NiSO₄·6H₂O和45g/L NaH₂PO₂的混合溶液为活化液涂覆于基体表面,利用激光扫描后使基体活化,再进行化学镀镍。研究了激光功率、光斑直径以及扫描速率对镀层覆盖率的影响,通过扫描电镜观察了粗化、活化以及施镀后的微观形貌,并对活化及施镀后的基体表面进行了成分分析,对镀层结合性、导电性以及可焊性进行了检测。结果表明,当以激光功率为3W、光斑直径为2mm、扫描速率为5mm/s对基体进行扫描时,基体表面生成一层平均直径为0.1μm的Ni微粒;施镀后,镀层覆盖率为100%;镀层微观表面平滑、致密,晶胞直径均在10μm以上;镀层中P的质量分数为0.0771,为非晶态结构,具有良好的耐磨性和耐腐蚀性能;镀层具有较强的结合性和良好的可焊性,电阻率为7.67×10-5Ω·cm,为良导体。该工艺成本低、无污染,能实现陶瓷基体表面局部化学镀镍,通过对激光的运动控制,能够使基体表面沉积各种精细图形,具有一定的实用价值。     

激光淬火基体对铬层表面形貌的影响

为了揭示激光淬火基体对电镀铬层表面形貌的影响,采用激光离散淬火基体的方法对镀铬层表面形貌进行了研究。铬层表面形成了与离散基体对应的、密实球状组织条带和疏散球状组织条带离散相间的周期性形貌;密实球状组织条带对应着原始基体区,而疏散球状组织条带则对应着激光淬火区。借助于高分辨率扫描电镜,利用化学腐蚀基体和粒子束刻蚀法分别对铬层界面和厚度方向组织形貌的进行了实验分析。结果表明,铬层表面形成了与其对应的周期性形貌,其机理是铬层界面周期形貌和铬层不同的生长方式,将激光离散基体特征传递给了铬层表面。