超高吸收率消雜光表面的制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】超高吸收率消雜光表面的制造方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及高分辨率相機(jī)等空間光學(xué)系統(tǒng)消雜光等應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種超高吸收率消雜光表面的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0003]隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的迅速發(fā)展，遙感影像的應(yīng)用范圍大為擴(kuò)展，應(yīng)用深度和精度也大大提高。目前中高分辨率衛(wèi)星影像在軍事方面的應(yīng)用已經(jīng)發(fā)展到各個(gè)方面，不僅在國(guó)家安全、軍事監(jiān)測(cè)、導(dǎo)彈制導(dǎo)等方面有廣泛應(yīng)用，在軍事目標(biāo)識(shí)別定位、實(shí)時(shí)跟蹤、軍事預(yù)警等高科技軍事對(duì)抗中也起到了關(guān)鍵作用，是目前軍事情報(bào)獲取最重要的技術(shù)手段。而隨著武器裝備系統(tǒng)信息化程度的不斷提高，對(duì)遙感圖像中目標(biāo)識(shí)別的精確度和識(shí)別程度提出了更高的要求，需要更高的衛(wèi)星遙感系統(tǒng)分辨率和成像質(zhì)量。而光學(xué)系統(tǒng)的分辨率越高，雜散光對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的影響越嚴(yán)重。因此，迫切需要更高的雜散光抑制能力。
[0004]我國(guó)空間光學(xué)系統(tǒng)雜散光抑制技術(shù)目前主要采用鋁合金陽(yáng)極氧化發(fā)黑技術(shù)的消雜光表面和遮光罩等消雜光結(jié)構(gòu)。對(duì)于我國(guó)下一代寬幅高分辨率紅外光學(xué)相機(jī)而言，根據(jù)計(jì)算分析結(jié)果，要使相機(jī)成像質(zhì)量和分辨率滿足設(shè)計(jì)要求，需要消雜光表面的吸收率至少要達(dá)到99%以上，才有可能在簡(jiǎn)化光學(xué)系統(tǒng)消雜光設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上獲得滿足要求的消雜光性能。我國(guó)現(xiàn)有的陽(yáng)極氧化發(fā)黑消雜光表面技術(shù)，表面吸收率最高只能達(dá)到93%，且由于制造工藝限制，很難進(jìn)一步提高。因此無(wú)法滿足要求我國(guó)下一代寬幅高分辨率紅外相機(jī)對(duì)高吸收消雜光表面的迫切需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種超高吸收率消雜光表面的制造方法，操作簡(jiǎn)便，可制備出具有99%以上光譜吸收率的消雜光表面。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案:一種超高吸收率消雜光表面的制造方法，包括以下過(guò)程:首先對(duì)光學(xué)組件表面采用飛秒激光誘導(dǎo)加工方法制備出微納結(jié)構(gòu)；然后在上述表面上再采用磁控濺射制備鐵或者鎳膜層，通過(guò)高溫處理后，采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)在上面生長(zhǎng)一層碳納米管薄膜。
[0007]進(jìn)一步地，該飛秒激光誘導(dǎo)加工方法中，飛秒激光采用0.01?lj/cm2的能量密度和1Hz?2500Hz的脈沖頻率進(jìn)行掃描，光斑寬度為I μ m?50 μ m，掃描間隔為5 μ m?50 μ mD
[0008]進(jìn)一步地，鐵或者鎳膜層的厚度為Inm?10nm0
[0009]進(jìn)一步地，高溫處理為200°C?400°C的管式爐中在空氣氣氛下退火Ih?10h。
[0010]進(jìn)一步地，該化學(xué)氣相沉積方式為:在1sccm?500sccm氬氣的保護(hù)下，由室溫加熱到600°C?900°C，然后通入1sccm?400sccm氣氣和1sccm?300sccm氣氣的混合氣體；接著在1min生長(zhǎng)時(shí)間里，通入1sccm?400sccm氬氣和1sccm?300sccm乙稀的混合氣體。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):采用飛秒激光誘導(dǎo)制備和生長(zhǎng)碳納米管陣列相結(jié)合的方法，制備出碳納米管陣列和微納結(jié)構(gòu)相結(jié)合的具有99%以上光譜吸收率的消雜光表面；可以在空間用光學(xué)相機(jī)光闌等金屬光學(xué)組件表面制備出具有超高吸收率的消雜光表面，從而為高分辨率相機(jī)等空間光學(xué)系統(tǒng)提供超高吸收率消雜光表面的制造方法。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是未經(jīng)處理的相機(jī)組件；
圖2是經(jīng)過(guò)飛秒激光誘導(dǎo)處理后的相機(jī)組件；
圖3是在飛秒激光誘導(dǎo)處理的基礎(chǔ)上采用化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)碳納米管陣列的相機(jī)組件。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，本部分的描述僅是示范性和解釋性，不應(yīng)對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍有任何的限制作用。
[0014]—種超高吸收率消雜光表面的制造方法，包括以下過(guò)程:首先對(duì)如圖1所示的光學(xué)組件表面，采用飛秒激光誘導(dǎo)加工方法制備出微納結(jié)構(gòu)，得到如圖2所示的大量微坑等微結(jié)構(gòu)形成陷光表面；然后在上述表面上再采用磁控濺射制備鐵或者鎳膜層，通過(guò)高溫處理后，采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)在上面生長(zhǎng)一層碳納米管薄膜，如圖3所示。
[0015]本發(fā)明采用飛秒激光誘導(dǎo)和生長(zhǎng)碳納米管相結(jié)合的超吸收表面制造方法:
1、在光學(xué)組件表面采用飛秒激光誘導(dǎo)加工方法制備出微納結(jié)構(gòu)，通過(guò)微納結(jié)構(gòu)的大量微坑等微結(jié)構(gòu)形成陷光表面，使光線入射后經(jīng)多次反射和吸收，僅使少量光線出射。飛秒激光誘導(dǎo)加工方法可以使紫外到近紅外波段吸收率達(dá)到95%以上，但是紅外以上吸收率就會(huì)降低。
[0016]2、為了進(jìn)一步提高寬普段吸收率，在上述表面上再采用磁控濺射制備一層鐵或者鎳作為催化層，通過(guò)高溫處理后，采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)再在上面生長(zhǎng)一層碳納米管薄膜。碳納米管由于直徑在幾個(gè)納米到幾十個(gè)納米量級(jí)，因此可以在原有微結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上再形成納米量級(jí)的陷光微結(jié)構(gòu)，從而可以進(jìn)一步增強(qiáng)吸收率和光譜范圍，使光譜范圍可以擴(kuò)展到紫外到中紅外10微米。最高吸收率可以達(dá)到99%以上。
[0017]實(shí)施例1
首先采用飛秒激光在相機(jī)光闌等金屬組件表面采用0.2J/cm2的能量密度和2500Hz的脈沖頻率進(jìn)行掃描，光斑寬度為50 μπι，掃描間隔為50 μπι。通過(guò)飛秒激光誘導(dǎo)效應(yīng)在金屬表面制備出大量微納結(jié)構(gòu)。然后采用磁控濺射薄膜沉積技術(shù)在飛秒激光誘導(dǎo)處理的表面沉積一層5nm厚的鐵作為碳納米管生長(zhǎng)用催化劑膜層。將鍍膜的組件放入300°C的管式爐中，在空氣氣氛下退火10h。再將金屬組件取出，放在石英管內(nèi)的石英舟中，并置于管式爐的中間部位，在200sccm氬氣的保護(hù)下，由室溫加熱到700°C。然后通入200sccm氬氣和10sccm氫氣的混合氣體，此時(shí)氫氣用來(lái)還原氧化的鐵催化劑。在接下來(lái)的1min生長(zhǎng)時(shí)間里，通入200sccm氬氣和10sccm乙稀的混合氣體。生長(zhǎng)結(jié)束后，可以觀察到金屬基底上生長(zhǎng)出了一層黑色物質(zhì)。就完成了金屬組件表面碳納米管陣列化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)。
[0018]
實(shí)施例2
首先采用飛秒激光在相機(jī)光闌等金屬組件表面采用0.0lJ/cm2的能量密度和2500Hz的脈沖頻率進(jìn)行掃描，光斑寬度為I μm，掃描間隔為50 μπι。通過(guò)飛秒激光誘導(dǎo)效應(yīng)在金屬表面制備出大量微納結(jié)構(gòu)。然后采用磁控濺射薄膜沉積技術(shù)在飛秒激光誘導(dǎo)處理的表面沉積一層Inm厚的鎳作為碳納米管生長(zhǎng)用催化劑膜層。將鍍膜的組件放入400°C的管式爐中，在空氣氣氛下退火lh。再將金屬組件取出，放在石英管內(nèi)的石英舟中，并置于管式爐的中間部位，在500sccm氬氣的保護(hù)下，由室溫加熱到600°C。然后通入400sccm氬氣和1sccm氫氣的混合氣體，此時(shí)氫氣用來(lái)還原氧化的鐵催化劑。在接下來(lái)的1min生長(zhǎng)時(shí)間里，通入400sccm氬氣和1sccm乙稀的混合氣體。生長(zhǎng)結(jié)束后，可以觀察到金屬基底上生長(zhǎng)出了一層黑色物質(zhì)。就完成了金屬組件表面碳納米管陣列化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)。
[0019]
實(shí)施例3
首先采用飛秒激光在相機(jī)光闌等金屬組件表面采用lj/cm2的能量密度和1Hz的脈沖頻率進(jìn)行掃描，光斑寬度為50 μπι，掃描間隔為5 μπι。通過(guò)飛秒激光誘導(dǎo)效應(yīng)在金屬表面制備出大量微納結(jié)構(gòu)。然后采用磁控濺射薄膜沉積技術(shù)在飛秒激光誘導(dǎo)處理的表面沉積一層10nm厚的鐵作為碳納米管生長(zhǎng)用催化劑膜層。將鍍膜的組件放入200°C的管式爐中，在空氣氣氛下退火10h。再將金屬組件取出，放在石英管內(nèi)的石英舟中，并置于管式爐的中間部位，在1sccm氬氣的保護(hù)下，由室溫加熱到900°C。然后通入1sccm氬氣和300sccm氫氣的混合氣體，此時(shí)氫氣用來(lái)還原氧化的鐵催化劑。在接下來(lái)的1min生長(zhǎng)時(shí)間里，通入1sccm氬氣和300sccm乙稀的混合氣體。生長(zhǎng)結(jié)束后，可以觀察到金屬基底上生長(zhǎng)出了一層黑色物質(zhì)。就完成了金屬組件表面碳納米管陣列化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)。
[0020]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超高吸收率消雜光表面的制造方法，包括以下過(guò)程:首先對(duì)光學(xué)組件表面采用飛秒激光誘導(dǎo)加工方法制備出微納結(jié)構(gòu)；然后在上述表面上再采用磁控濺射制備鐵或者鎳膜層，通過(guò)高溫處理后，采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)在上面生長(zhǎng)一層碳納米管薄膜。2.如權(quán)利要求1所述超高吸收率消雜光表面的制造方法，其特征在于:該飛秒激光誘導(dǎo)加工方法中，飛秒激光采用0.0l?lj/cm2的能量密度和1Hz?2500Hz的脈沖頻率進(jìn)行掃描，光斑寬度為I μπι?50 μm，掃描間隔為5 μπι?50 μπι。3.如權(quán)利要求1或2所述超高吸收率消雜光表面的制造方法，其特征在于:鐵或者鎳膜層的厚度為Inm?10nm04.如權(quán)利要求3所述超高吸收率消雜光表面的制造方法，其特征在于:高溫處理為200°C?400°C的管式爐中在空氣氣氛下退火Ih?10h。5.如權(quán)利要求4所述超高吸收率消雜光表面的制造方法，其特征在于:該化學(xué)氣相沉積方式為:在1sccm?500sccm氬氣的保護(hù)下，由室溫加熱到600 °C?900 °C，然后通入1sccm?400sccm氬氣和1sccm?300sccm氫氣的混合氣體；接著在1min生長(zhǎng)時(shí)間里，通入1sccm?400sccm氣氣和1sccm?300sccm乙稀的混合氣體。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種超高吸收率消雜光表面的制造方法，包括以下過(guò)程：首先對(duì)光學(xué)組件表面采用飛秒激光誘導(dǎo)加工方法制備出微納結(jié)構(gòu)；然后在上述表面上再采用磁控濺射制備鐵或者鎳膜層，通過(guò)高溫處理后，采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)在上面生長(zhǎng)一層碳納米管薄膜。本發(fā)明采用飛秒激光誘導(dǎo)制備和生長(zhǎng)碳納米管陣列相結(jié)合的方法，制備出碳納米管陣列和微納結(jié)構(gòu)相結(jié)合的具有99%以上光譜吸收率的消雜光表面；可以在空間用光學(xué)相機(jī)光闌等金屬光學(xué)組件表面制備出具有超高吸收率的消雜光表面，從而為高分辨率相機(jī)等空間光學(xué)系統(tǒng)提供超高吸收率消雜光表面的制造方法。
【IPC分類(lèi)】C23C16/24, B82Y40/00, C23C16/02
【公開(kāi)號(hào)】CN105154846
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510576537
【發(fā)明人】曹生珠, 郭磊, 馮煜東, 王多書(shū), 陳學(xué)康, 孫燕杰, 李晨, 周超
【申請(qǐng)人】蘭州空間技術(shù)物理研究所
【公開(kāi)日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2015年9月11日