紅外制冷探測器冷光闌的偏振型復合擋光環(huán)組及制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及紅外制冷探測器冷光闊中的擋光環(huán)組，特別設及紅外制冷探測器冷光 闊中的偏振型復合擋光環(huán)組的設計和制作方法。
【背景技術】
[0002] 隨著紅外光學技術的發(fā)展，紅外探測器已廣泛地被應用在空間探測、軍事、監(jiān)控、 醫(yī)學W及日常生活中的各個領域，并且其對靈敏度和分辨率的需求也越來越高。在紅外制 冷探測器中，探測系統(tǒng)的雜散福射是影響探測系統(tǒng)實際性能的重要因素之一。因此，抑制雜 散福射對于高精度紅外制冷探測器就顯得十分重要。
[0003] 在紅外制冷探測器中，探測器焦平面陣列元件及其組件被封裝于杜瓦腔體內(nèi)。由 于探測的是紅外福射，探測器在接收福射時，目標W外的區(qū)域都會福射能量，因而會對探測 器造成干擾，為此通常采用自身已被探測器冷卻裝置冷卻的冷光闊。運樣可W減少冷光闊 對探測器的熱福射，同時也能保護探測器免受杜瓦內(nèi)壁熱福射的影響。冷光闊，是杜瓦中的 一個重要組件。一方面冷光闊主要起限制視場作用，減少背景光通量，降低背景噪聲，從而 提高探測器忍片的信噪比。另一方面，冷光闊還可W有效隔離紅外雜散福射W及其他電磁 福射的干擾作用，從而降低杜瓦工作時的熱負荷并且能夠縮短制冷啟動時間，提高響應頻 率。
[0004] 通過在冷光闊內(nèi)部添加合適的擋光環(huán)結構，可W有效抑制進入其內(nèi)部的雜散福 射，提高探測器的信噪比，進而提升紅外制冷探測器的靈敏度。擋光環(huán)可W用來吸收到達其 表面的雜散福射，并增加雜散福射在到達探測面前的反射或散射次數(shù)，W促進其能量衰減， 其大小和位置設計原則如圖1所示。實際應用中的擋光環(huán)結構遠不能實現(xiàn)對雜散福射100% 的吸收率，不利于紅外制冷探測器信噪比的提升，限制了高靈敏度紅外探測器的應用。
[0005] 因此，為了進一步提高現(xiàn)有紅外制冷探測器的靈敏度，有必要提供一種可對雜散 福射實現(xiàn)高吸收率的擋光環(huán)結構和設計方法，本發(fā)明方法可有效提高擋光環(huán)對雜散福射的 吸收能力，減少擋光環(huán)表面反射和散射的雜散福射能量，且結構簡單，光機性能良好，與現(xiàn) 有的紅外制冷探測器及擋光環(huán)結構兼容性好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種紅外制冷探測器冷光闊的偏振 型復合擋光環(huán)組及制作方法，可提高紅外制冷探測器冷光闊中的擋光環(huán)對雜散福射的吸收 能力，抑制雜散福射在擋光環(huán)上發(fā)生的二次散射，進而提高紅外制冷探測器的信噪比和冷 光闊效率。
[0007] 本發(fā)明的目的是通過W下技術方案來實現(xiàn)的：一種紅外制冷探測器冷光闊的偏振 型復合擋光環(huán)組，包括N個擋光環(huán)，每個擋光環(huán)按照紅外制冷探測器冷光闊的擋光環(huán)設計原 則確定內(nèi)外徑尺寸和安裝位置，每個擋光環(huán)包括金屬擋光環(huán)和膠合于金屬擋光環(huán)兩側的線 性薄膜偏振器;所述的線性薄膜偏振器為與金屬擋光環(huán)形狀一致的透射式平片，工作波長 與紅外制冷探測器的工作波長相匹配;相對于介質(zhì)偏振器，線性薄膜偏振器的損傷闊值和 消光比更高，全波段消光比大于1000:1，紅外波段大于10000:1。各線性薄膜偏振器的透光 軸的角度α符合下式：
[000引
[0009] 其中mod為取余函數(shù)，int為取整函數(shù)，Ν是擋光環(huán)總個數(shù)，m是線性薄膜偏振器所屬 的擋光環(huán)的序號，m為從1到N的正整數(shù)。
[0010] 進一步地，所述的金屬擋光環(huán)由適用于紅外制冷探測器的金屬材料制成，并經(jīng)過 噴砂處理、光學發(fā)黑工藝實現(xiàn)表面發(fā)黑。
[0011] 進一步地，在線性薄膜偏振器非膠合面鍛增透膜W減少表面反射，增加雜散福射 吸收率。
[0012] 進一步地，將線性薄膜偏振器的側邊磨為毛面并噴涂黑墨，W減少擋光環(huán)的側邊 反射的福射能量。
[0013] 進一步地，線性薄膜偏振器的基底為鋼水玻璃，基底厚度可根據(jù)整體尺寸及結構 強度要求確定。擋光環(huán)的厚度在保證其結構強度的前提下盡可能地薄，既可W減小擋光環(huán) 的側邊反射也可W減輕冷光闊的整體重量。
[0014] 所述的紅外制冷探測器冷光闊的偏振型復合擋光環(huán)組的制作方法，包括W下步 驟：
[0015] 步驟一、根據(jù)紅外制冷探測器冷光闊的擋光環(huán)設計原則確定擋光環(huán)的通光口徑和 位置，根據(jù)冷光闊的實際設計需求確定擋光環(huán)的數(shù)量N和外徑；
[0016] 步驟二、選取2N個線性薄膜偏振器，標定透光軸方向；
[0017] 步驟Ξ、將線性薄膜偏振器兩兩分組，每組線性薄膜偏振器的透光軸角度α由下式 確定：
[001 引
[0019] 其中mod為取余函數(shù)，int為取整函數(shù)，Ν是擋光環(huán)總個數(shù)，m是線性薄膜偏振器所屬 的擋光環(huán)的序號，m為從1到N的正整數(shù)。
[0020] 步驟四、將各組線性薄膜偏振器切割成對應金屬擋光環(huán)的形狀；
[0021] 步驟五、使用光學膠將各組線性薄膜偏振器與其對應的金屬擋光環(huán)前后面膠合， 即可獲得所述的紅外制冷探測器冷光闊的偏振型復合擋光環(huán)組。將各擋光環(huán)對應固定于步 驟一確定的位置處，即可完成裝配。
[0022] 進一步地，在步驟五之前還包括對線性薄膜偏振器的非膠合面鍛增透膜的步驟， W減少表面反射，增加雜散福射的吸收率。
[0023] 進一步地，在步驟五之前還包括對線性薄膜偏振器的側邊磨為毛面并噴涂黑墨的 步驟，W減少擋光環(huán)的側邊反射的福射能量。
[0024] 本發(fā)明的有益效果是：
[0025] 1、利用線性薄膜偏振器的偏振吸收效應，可在原有擋光環(huán)吸收的基礎上，高效吸 收入射的雜散福射，該復合擋光環(huán)相比于普通擋光環(huán)具有更高的吸收率；
[0026] 2、對于偏振態(tài)與所入射的復合擋光環(huán)的線性薄膜偏振器透光軸垂直的雜散福射， 可w基本實現(xiàn)完全吸收；
[0027] 3、不同復合擋光環(huán)的偏振透光軸經(jīng)過設計，可W通過相互配合進一步增強吸收效 果，在散射次數(shù)相同的情況下，降低了雜散福射的出射能量；
[0028] 4、該復合擋光環(huán)設計方法簡明，結構相對簡單，兼容性好，適用于高靈敏度紅外制 冷探測器應用。
【附圖說明】
[0029] 圖1是紅外制冷探測器冷光闊的擋光環(huán)基本設計方法示意圖；
[0030] 圖2是擋光環(huán)側邊反射示意圖；
[0031 ]圖3是四片式擋光環(huán)偏振器透光軸角度示意圖；
[0032] 圖4是四片式擋光環(huán)偏振器透光軸與擋光環(huán)編號之間的關系；
[0033] 圖5是包含偏振型復合擋光環(huán)的紅外制冷探測器冷光闊的結構示意圖；
[0034] 圖6是所述偏振型復合擋光環(huán)與傳統(tǒng)擋光環(huán)對雜散福射的吸收能力定量對比圖；
[0035] 圖中，一號擋光環(huán)1、二號擋光環(huán)2、Ξ號擋光環(huán)3、四號擋光環(huán)4、冷光闊結構體5、冷 光闊開口 6、探測器面7。
【具體實施方式】
[0036] W下將結合附圖詳細說明本發(fā)明中高效吸收雜散福射擋光環(huán)的實施方式和設計 原理。
[0037] 本發(fā)明設計的偏振型復合擋光環(huán)組是應用于高靈敏度紅外制冷探測器的，目的是 為了提高紅外制冷探測器冷光闊擋光環(huán)對雜散福射的吸收能力，抑制雜散福射在擋光環(huán)上 發(fā)生的二次散射，提升系統(tǒng)的冷光闊效率，進而提高紅外制冷探測器的信噪比和探測靈敏 度。
[0038] 本發(fā)明的實施方式是，每個擋光環(huán)按照紅外制冷探測器冷光闊的擋光環(huán)設計原則 確定內(nèi)外徑尺寸和安裝位置，每個擋光環(huán)包括金屬擋光環(huán)和膠合于金屬擋光環(huán)兩側的線性 薄膜偏振器。
[0039] 所述的金屬擋光環(huán)由適用于紅外制冷探測器的金屬材料制成并通過噴砂處理、光 學發(fā)黑工藝實現(xiàn)表面發(fā)黑。擋光環(huán)由圖1所示的基本設計原則確定其通光直徑和安裝位置， 環(huán)面外徑由其安裝位置和紅外制冷探測器的冷光闊口徑共同確定。下面結合圖1說明擋光 環(huán)基本設計原則:首先確定紅外制冷探測器的探測面對角線長度BD和冷光闊結構參數(shù)及二 者相對位置即AC與抓之間的距離;連接BM，CD，過二者交點Ρ作平行于AC的線段與冷光闊壁 輪廓線相交，由此獲得擋光環(huán)1的尺寸和位置;連接A和擋光環(huán)1的P點并延長，交冷光闊壁輪 廓線于N，連接NB，與C時目交，重復上述步驟，可獲得擋光環(huán)2的尺寸和位置；W此類推，可W 獲得任意形狀的冷光闊相對應的擋光環(huán)組合，包括擋光環(huán)數(shù)量，每片擋光環(huán)的位置及相應 口徑，擋光環(huán)數(shù)量N應由實際冷光闊設計需求確定。
[0040] 擋光環(huán)的厚度在保證其結構強度的前提下盡可能地薄，既可W減小擋光環(huán)的側邊 反射，也可W減輕冷光闊的整體重量。圖2給出了擋光環(huán)側邊反射的示意圖，α光線為正常入 射到擋光環(huán)上的光線，其能量大部分會被擋光環(huán)吸收，而β光線入射到擋光環(huán)的側邊，經(jīng)由 擋光環(huán)側邊和棱角反射常?？芍苯拥竭_像面，增大了到達像面的雜散福射量，因此需要抑 制。
[0041] 所述的線性薄膜偏振器為透光軸方向確定的透射式平片，工作波長與紅外制冷探 測器的工作波長相匹配，納米顆粒偏振薄膜W鋼水玻璃為基底。線性薄膜偏振器厚度非常 小，約0.2mm。相對于介質(zhì)偏振器，線性薄膜偏振器