本發(fā)明涉及一種表面涂層、非線性光學激光防護技術，尤其是一種激光防護技術，具體地諳一種寬波段激光防護方法及其結構。

背景技術：

激光技術作為現代高科技條件下戰(zhàn)爭的重要手段之一，廣泛應用于軍事領域。尤其是激光武器具有快速(光速) 、精確、抗電子干擾等其它武器無可比擬的優(yōu)點，將會使未來戰(zhàn)爭模式發(fā)生深刻變化。在各類激光武器中，激光干擾與致盲武器在一些西方軍事強國已于80年代起開始列裝，僅美軍公開報道的就有7 種型號之多。這類武器的攻擊對象主要是人眼及光電裝置。如干擾、損傷及致盲光電偵察、火炮、導航和制導等系統的視覺乃至人眼等。隨著這類武器的不斷發(fā)展，自動化程度的不斷提高，這方面所面臨的威脅越來越嚴重，相應的對抗措施已引起許多國家的高度重視。開展激光致盲防護研究，對增強光電制導武器的抗激光毀傷性能，提高光電制導武器的突防能力具有十分重要意義，是打贏未來高技術戰(zhàn)爭的基礎。

隨著激光武器的進一步發(fā)展，相應的對抗措施將是戰(zhàn)略性的研究課題，利用光限幅非線性光學材料是重要的對抗措施之一。有機材料、高聚物、半導體材料以及碳納米材料能夠在各自特有的波段進行激光致盲的防護，保護人員和探測儀器的安全。然而，面對寬波段連續(xù)可調激光器存在著防護波段窄等缺點的特點，并不能很好的適應新型激光致盲武器的發(fā)展。

采用復合多元防護結構，結合目前各種非線性光限幅材料的波段特性，通過熱致相變光限幅和非線性散射方法，可以設計出具有寬波段的激光光學防護結構，并更有效地對激光干擾信號進行衰減，從而實現對可見光波段和近紅外波段連續(xù)可調激光的防護。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于針對現有的強激光信號（激光功率密度在50W/mm²以上）缺少理想的防護措施的問題，發(fā)明一種寬波段雙重激光防護方法，同時提供一種相應的防護結構，它通過五氧化二釩制備、藍寶石殼體設計、碳納米管懸浮液配置，懸浮液的注入與密封一系列步驟，得到可以進行寬波段激光防護的結構，廣泛應用于可見光波段和近紅外波段激光防護技術領域中。

本發(fā)明的技術方案之一是：

一種寬波段激光防護方法，其特征在于包括如下步驟：

首先，利用藍寶石作為殼體，至少在藍寶石殼體正對激光入射的一面上利用射頻磁控制濺射技術沉積五氧化二釩薄膜層，五氧化二釩薄膜層在激光功率密度大于50W/mm²的強激光照射時發(fā)生相變，從而使強激光的透過率≤5%；

其次，在藍寶石殼體中灌注碳納米管懸浮液，并使經藍寶石殼體入射面上的五氧化二釩薄膜層進入藍寶石殼體中的激光束全部經過碳納米管懸浮液后從另一面藍寶石殼體的另一面射出，藍寶石殼體中的碳納米管懸浮液在強激光照射后產生微氣泡對入射的強激光進行有效散射以進一步降低強激光的透過率，從而使透過藍寶石殼體的強激光在五氧化二釩薄膜層及碳納米管懸浮液的雙重作用下衰減84%以上。

所述的藍寶石材料殼體為經過拋光，具有非常優(yōu)良的表面形貌，均方根表面粗糙度保持在3nm以下，并在進行磁控濺射沉積前先用棉花蘸上清潔劑輕輕擦洗掉藍寶石殼體表面的灰塵和顆粒，然后將其在丙酮和酒精中分別超聲振蕩至少20 min，接著把藍寶石殼體在去離子水中超聲清洗至少20 min。

所述的五氧化二釩薄膜層磁控濺射沉積參數為：氧氬流量比為0.11(1.8/11.3sccm)，基底溫度為400 ℃，濺射溫度為450℃，濺射壓強為2Pa，濺射時間為35 min，濺射電壓為315 V。

所述的的五氧化二釩薄膜層是一層單一組分的、顏色為橙黃色的、有明顯的擇優(yōu)取向、厚度為300-400nm的基于熱致相變原理的激光防護膜。

所述的碳納米管懸浮液所采用的溶劑為苯或乙醇溶液。

所述的碳納米管懸浮液濃度為N=4e14/m3，溶液厚度不小于10mm，即激光在碳納米管懸浮液中的行程不小于10mm；入射能量為0.4J/cm2時，碳納米管懸浮液中微氣泡達到穩(wěn)定狀態(tài)對入射激光進行有效散射所需時間為10ns，測得的透過率小于10%。

所述的碳納米管懸浮液應通過注入口緩緩倒入藍寶石殼體中，并用橡膠蓋膠囊將懸浮液進行密封保存。

本發(fā)明的技術方案之二是：

一種寬波段激光防護結構，它包括藍寶石殼體4，其特征是所述的藍寶石殼體4正對激光光源的入射面上通過磁控濺射法沉積有五氧化二釩薄膜層1，在藍寶石殼體4中設有灌注碳納米管懸浮液5的空腔，該空腔與貫通藍寶石殼體4的注液口2相連通，碳納米管懸浮液5通過所述的注液口2注入所述空腔中，在所述注液口2位于藍寶石殼體4外的一端上加裝有橡膠蓋膠囊3以實現空腔與外界的隔絕。

所述的五氧化二釩薄膜層1的厚度為300-400nm，優(yōu)先350 nm。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明采用復合多元防護，結合目前各種非線性光限幅材料的波段特性，通過熱致相變光限幅和非線性散射方法，能更有效地對強激光干擾信號進行衰減，從而實現對可見光波段和近紅外波段連續(xù)可調激光的防護。

本發(fā)明方法簡單、成品率高、成熟可靠。

本發(fā)明的寬波段激光防護結構可作為光學窗口，用于光電偵查、火炮、飛行器導航和導彈制導等系統中。本發(fā)明提供的寬波段激光防護組件制備方法成熟可靠、加工時間短、可在激光防護領域和光學智能窗口中起到廣泛地應用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的寬波段激光防護結構的正視和側視原理圖。

圖2 是本發(fā)是遙寬波段激光防護結構檢測示意圖。

圖3 是本發(fā)明1024nm激光干擾前后透過率變化圖。

具體實施方式

下面結合實施例對本發(fā)明作進一步的說明。

一種寬波段激光防護結構的制備方法，包括如下步驟：

（1）先對藍寶石材料進行拋光，合之具有非常優(yōu)良的表面形貌，均方根表面粗糙度保持在3nm以下。在藍寶石材料上制備氧化釩薄膜之前，首先用棉花蘸上清潔劑輕輕擦洗藍寶石表面的灰塵和顆粒，然后將其在丙酮和酒精中分別超聲振蕩20 min，接著把藍寶石在去離子水中超聲清洗20 min。

（2）利用射頻磁控濺射法，在藍寶石材料上鍍制五氧化二釩薄膜，所采用的參數為：氧氬流量比為0.11(1.8/11.3sccm)，基底溫度為400 ℃，濺射溫度為450℃，濺射壓強為2Pa，濺射時間為35 min，濺射電壓為315 V。

（3）在鍍制過程中藥時刻保持工藝參數的穩(wěn)定，并通過時間控制薄膜的厚度，使制備出的膜厚保持在300-400納米之間，最佳為350nm左右，并能與藍寶石滿足一定的結合強度要求。所制得的五氧化二釩薄膜層是一層單一組分的、顏色為橙黃色的、有明顯的擇優(yōu)取向的基于熱致相變原理的激光防護膜。

（4）按照一定的成分比例，配置碳納米管懸浮液，溶劑選用苯溶液或乙醇溶液（碳納米管在乙醇溶液中的散射系數更大，入射激光的透射率更低，能對強激光信號進行更大程度上的衰減），通過攪拌棒將溶液攪拌均勻，使碳納米管懸浮液濃度為N=4e¹⁴/m3，入射能量為0.4J/cm2時，碳納米管懸浮液中微氣泡達到穩(wěn)定狀態(tài)對入射激光進行有效散射所需時間為10ns，測得的透過率小于10%，溶液厚度為10mm，即圖1左圖中碳納米客懸浮液的寬度，也就是激光在碳納米懸浮液中的行程。

（5）為了避免飛濺，懸浮液應通過注入口2緩緩倒入藍寶石殼體4中；懸浮液5在殼體4中通過橡膠蓋膠囊3密封保存。

（6）藍寶石殼體分別用丙酮和酒精擦拭干凈。即可懸于圖2所示的檢測裝置中進行檢測。

二氧化二釩薄膜是在藍寶石材料上進過特定的工藝參數制備而成，具有一定的結合強度和實際透光要求，且在寬波段強激光信號干擾時能夠發(fā)生相變，起到防護的作用。為了制備出組分純、結晶度高和光學特性優(yōu)良的氧化釩薄膜，在磁控濺射過程中要時刻保持工藝參數的穩(wěn)定；配置出的碳納米管懸浮液要混合均勻，注入藍寶石殼體后要立刻密封保存，成為衰減激光干擾信號的第二層防護屏障。

檢測例1。

如圖2，在圖1所示的防護結構的前端放置10W的635nm紅光激光器作為入射光源，PVM型光電探測器作為信號接收端，通過調節(jié)激光的強度，測試防護結構受到強激光輻照前后的透過率的變化。在可見光及近、中紅外波段內，五氧化二釩薄膜發(fā)生相變所用的時間在3ms以內，碳納米管懸浮液中微氣泡達到穩(wěn)定狀態(tài)對入射激光進行有效散射所需時間為10ns，即復合防護結構的防護響應時間在3ms以內。

檢測例2。

如圖2，在圖1所示的防護結構的前端放置20W的1024nm光纖激光器作為入射光源，PVM型光電探測器作為信號接收端，通過調節(jié)激光的強度，測試防護結構受到強激光輻照前后的透過率的變化。測得在強激光信號（50W/mm²）輻照前薄膜的光透過率為91%，輻照后的光透過率為5%，衰減幅度可達86%（見圖3）。

檢測例3。

如圖2，在圖1所示的防護結構的前端放置10W的635nm紅光激光器作為入射光源，PVM型光電探測器作為信號接收端，通過調節(jié)激光的強度，測試防護結構受到強激光輻照前后的透過率的變化。測得在強激光信號（50W/mm²）輻照前薄膜的光透過率為87%，輻照后的光透過率為3%，衰減達到84%。

檢測例4。

如圖2，在圖1所示的防護結構的前端放置15W的532nm綠光激光器作為入射光源，PVM型光電探測器作為信號接收端，通過調節(jié)激光的強度，測試防護結構受到強激光輻照前后的透過率的變化。測得在強激光信號（50W/mm²）輻照前薄膜的光透過率為88%，輻照后的光透過率為3%，衰減達到85%。

實施例二。

如圖1所示。

一種寬波段激光防護結構，它包括藍寶石殼體4，所述的藍寶石殼體4正對激光光源的入射面上通過磁控濺射法沉積有厚度為300-400nm（最佳為350 nm）的五氧化二釩薄膜層1，在藍寶石殼體4中設有灌注碳納米管懸浮液5的空腔，該空腔與貫通藍寶石殼體4的注液口2相連通，碳納米管懸浮液5通過所述的注液口2注入所述空腔中，在所述注液口2位于藍寶石殼體4外的一端上加裝有橡膠蓋膠囊3以實現空腔與外界的隔絕。本發(fā)明的防護結構的實際檢測裝置如圖2所示。

本發(fā)明未涉及部分與現有技術相同或可采用現有技術加以實現。