紅外制冷探測(cè)器冷光闌的偏振型復(fù)合擋光環(huán)組的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及紅外制冷探測(cè)器冷光闌中的擋光環(huán)組，特別涉及紅外制冷探測(cè)器 冷光闌中的偏振型復(fù)合擋光環(huán)組的設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著紅外光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，紅外探測(cè)器已廣泛地被應(yīng)用在空間探測(cè)、軍事、監(jiān)控、 醫(yī)學(xué)以及日常生活中的各個(gè)領(lǐng)域，并且其對(duì)靈敏度和分辨率的需求也越來越高。在紅外制 冷探測(cè)器中，探測(cè)系統(tǒng)的雜散輻射是影響探測(cè)系統(tǒng)實(shí)際性能的重要因素之一。因此，抑制雜 散輻射對(duì)于高精度紅外制冷探測(cè)器就顯得十分重要。
[0003] 在紅外制冷探測(cè)器中，探測(cè)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(cè)的是紅外輻射，探測(cè)器在接收輻射時(shí)，目標(biāo)以外的區(qū)域都會(huì)輻射能量，因而會(huì)對(duì)探測(cè) 器造成干擾，為此通常采用自身已被探測(cè)器冷卻裝置冷卻的冷光闌。這樣可以減少冷光闌 對(duì)探測(cè)器的熱輻射，同時(shí)也能保護(hù)探測(cè)器免受杜瓦內(nèi)壁熱輻射的影響。冷光闌，是杜瓦中的 一個(gè)重要組件。一方面冷光闌主要起限制視場(chǎng)作用，減少背景光通量，降低背景噪聲，從而 提高探測(cè)器芯片的信噪比。另一方面，冷光闌還可以有效隔離紅外雜散輻射以及其他電磁 輻射的干擾作用，從而降低杜瓦工作時(shí)的熱負(fù)荷并且能夠縮短制冷啟動(dòng)時(shí)間，提高響應(yīng)頻 率。
[0004] 通過在冷光闌內(nèi)部添加合適的擋光環(huán)結(jié)構(gòu)，可以有效抑制進(jìn)入其內(nèi)部的雜散輻 射，提高探測(cè)器的信噪比，進(jìn)而提升紅外制冷探測(cè)器的靈敏度。擋光環(huán)可以用來吸收到達(dá)其 表面的雜散輻射，并增加雜散輻射在到達(dá)探測(cè)面前的反射或散射次數(shù)，以促進(jìn)其能量衰減， 其大小和位置設(shè)計(jì)原則如圖1所示。實(shí)際應(yīng)用中的擋光環(huán)結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)不能實(shí)現(xiàn)對(duì)雜散輻射100% 的吸收率，不利于紅外制冷探測(cè)器信噪比的提升，限制了高靈敏度紅外探測(cè)器的應(yīng)用。因 此，為了進(jìn)一步提高現(xiàn)有紅外制冷探測(cè)器的靈敏度，有必要提供一種可對(duì)雜散輻射實(shí)現(xiàn)高 吸收率的擋光環(huán)結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種紅外制冷探測(cè)器冷光闌的 偏振型復(fù)合擋光環(huán)組，可提高紅外制冷探測(cè)器冷光闌中的擋光環(huán)對(duì)雜散輻射的吸收能力， 抑制雜散輻射在擋光環(huán)上發(fā)生的二次散射，進(jìn)而提高紅外制冷探測(cè)器的信噪比和冷光闌效 率。
[0006] 本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種紅外制冷探測(cè)器冷光闌的 偏振型復(fù)合擋光環(huán)組，包括N個(gè)擋光環(huán)，每個(gè)擋光環(huán)按照紅外制冷探測(cè)器冷光闌的擋光環(huán)設(shè) 計(jì)原則確定內(nèi)外徑尺寸和安裝位置，每個(gè)擋光環(huán)包括金屬擋光環(huán)和膠合于金屬擋光環(huán)兩側(cè) 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(zhǎng)與紅外制冷探測(cè)器的工作波長(zhǎng)相匹配;相對(duì)于介質(zhì)偏振器，線性薄膜偏振器的損傷閾 值和消光比更高，全波段消光比大于1〇〇〇 : 1，紅外波段大于10000 :1。各線性薄膜偏振器的 透光軸的角度a符合下式：
[0008] 其中mod為取余函數(shù)，int為取整函數(shù)，N是擋光環(huán)總個(gè)數(shù)，m是線性薄膜偏振器所屬 的擋光環(huán)的序號(hào)，m為從1到N的正整數(shù)。
[0009] 進(jìn)一步地，所述的金屬擋光環(huán)由適用于紅外制冷探測(cè)器的金屬材料制成，并經(jīng)過 噴砂處理、光學(xué)發(fā)黑工藝實(shí)現(xiàn)表面發(fā)黑。
[0010]進(jìn)一步地，在線性薄膜偏振器非膠合面鍍?cè)鐾改ひ詼p少表面反射，增加雜散輻射 吸收率。
[0011] 進(jìn)一步地，將線性薄膜偏振器的側(cè)邊磨為毛面并噴涂黑墨，以減少擋光環(huán)的側(cè)邊 反射的輻射能量。
[0012] 進(jìn)一步地，線性薄膜偏振器的基底為鈉水玻璃，基底厚度可根據(jù)整體尺寸及結(jié)構(gòu) 強(qiáng)度要求確定。擋光環(huán)的厚度在保證其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下盡可能地薄，既可以減小擋光環(huán) 的側(cè)邊反射也可以減輕冷光闌的整體重量。
[0013] 本實(shí)用新型的有益效果是：
[0014] 1、利用線性薄膜偏振器的偏振吸收效應(yīng)，可在原有擋光環(huán)吸收的基礎(chǔ)上，高效吸 收入射的雜散輻射，該復(fù)合擋光環(huán)相比于普通擋光環(huán)具有更高的吸收率；
[0015] 2、對(duì)于偏振態(tài)與所入射的復(fù)合擋光環(huán)的線性薄膜偏振器透光軸垂直的雜散輻射， 可以基本實(shí)現(xiàn)完全吸收；
[0016] 3、不同復(fù)合擋光環(huán)的偏振透光軸經(jīng)過設(shè)計(jì)，可以通過相互配合進(jìn)一步增強(qiáng)吸收效 果，在散射次數(shù)相同的情況下，降低了雜散輻射的出射能量；
[0017] 4、該復(fù)合擋光環(huán)設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)明，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，兼容性好，適用于高靈敏度紅外制 冷探測(cè)器應(yīng)用。
【附圖說明】
[0018] 圖1是紅外制冷探測(cè)器冷光闌的擋光環(huán)基本設(shè)計(jì)方法示意圖；
[0019] 圖2是擋光環(huán)側(cè)邊反射示意圖；
[0020] 圖3是四片式擋光環(huán)偏振器透光軸角度示意圖；
[0021] 圖4是四片式擋光環(huán)偏振器透光軸與擋光環(huán)編號(hào)之間的關(guān)系；
[0022] 圖5是包含偏振型復(fù)合擋光環(huán)的紅外制冷探測(cè)器冷光闌的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖6是所述偏振型復(fù)合擋光環(huán)與傳統(tǒng)擋光環(huán)對(duì)雜散輻射的吸收能力定量對(duì)比圖； [0024]圖中，一號(hào)擋光環(huán)1、二號(hào)擋光環(huán)2、三號(hào)擋光環(huán)3、四號(hào)擋光環(huán)4、冷光闌結(jié)構(gòu)體5、冷 光闌開口 6、探測(cè)器面7。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 以下將結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型中高效吸收雜散輻射擋光環(huán)的實(shí)施方式和 設(shè)計(jì)原理。
[0026] 本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的偏振型復(fù)合擋光環(huán)組是應(yīng)用于高靈敏度紅外制冷探測(cè)器的，目 的是為了提高紅外制冷探測(cè)器冷光闌擋光環(huán)對(duì)雜散輻射的吸收能力，抑制雜散輻射在擋光 環(huán)上發(fā)生的二次散射，提升系統(tǒng)的冷光闌效率，進(jìn)而提高紅外制冷探測(cè)器的信噪比和探測(cè) 靈敏度。
[0027]本實(shí)用新型的實(shí)施方式是，每個(gè)擋光環(huán)按照紅外制冷探測(cè)器冷光闌的擋光環(huán)設(shè)計(jì) 原則確定內(nèi)外徑尺寸和安裝位置，每個(gè)擋光環(huán)包括金屬擋光環(huán)和膠合于金屬擋光環(huán)兩側(cè)的 線性薄膜偏振器。
[0028] 所述的金屬擋光環(huán)由適用于紅外制冷探測(cè)器的金屬材料制成并通過噴砂處理、光 學(xué)發(fā)黑工藝實(shí)現(xiàn)表面發(fā)黑。擋光環(huán)由圖1所示的基本設(shè)計(jì)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(cè)器的冷光闌口徑共同確定。下面結(jié)合圖1說明擋光 環(huán)基本設(shè)計(jì)原則:首先確定紅外制冷探測(cè)器的探測(cè)面對(duì)角線長(zhǎng)度BD和冷光闌結(jié)構(gòu)參數(shù)及二 者相對(duì)位置即AC與BD之間的距離;連接BM，CD，過二者交點(diǎn)P作平行于AC的線段與冷光闌壁 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(diǎn)并延長(zhǎng)，交冷光闌壁輪 廓線于N，連接NB，與CD相交，重復(fù)上述步驟，可獲得擋光環(huán)2的尺寸和位置；以此類推，可以 獲得任意形狀的冷光闌相對(duì)應(yīng)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(yīng) 口徑，擋光環(huán)數(shù)量N應(yīng)由實(shí)際冷光闌設(shè)計(jì)需求確定。
[0029] 擋光環(huán)的厚度在保證其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下盡可能地薄，既可以減小擋光環(huán)的側(cè)邊 反射，也可以減輕冷光闌的整體重量。圖2給出了擋光環(huán)側(cè)邊反射的示意圖，a光線為正常入 射到擋光環(huán)上的光線，其能量大部分會(huì)被擋光環(huán)吸收，而0光線入射到擋光環(huán)的側(cè)邊，經(jīng)由 擋光環(huán)側(cè)邊和棱角反射常?？芍苯拥竭_(dá)像面，增大了到達(dá)像面的雜散輻射量，因此需要抑 制。
[0030] 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(zhǎng)與紅外制冷探 測(cè)器的工作波長(zhǎng)相匹配，納米顆粒偏振薄膜以鈉水玻璃為基底。線性薄膜偏振器厚度非常 小，約0.2_。相對(duì)于介質(zhì)偏振器，線性薄膜偏振器的損傷閾值和消光比更高，全波段消光比 大于1: