超高吸收率消雜光表面的制造方法
【專利說明】超高吸收率消雜光表面的制造方法
[0001]
技術領域
[0002]本發明涉及高分辨率相機等空間光學系統消雜光等應用技術領域，尤其是一種超高吸收率消雜光表面的制造方法。
【背景技術】
[0003]隨著衛星遙感技術的迅速發展，遙感影像的應用范圍大為擴展，應用深度和精度也大大提高。目前中高分辨率衛星影像在軍事方面的應用已經發展到各個方面，不僅在國家安全、軍事監測、導彈制導等方面有廣泛應用，在軍事目標識別定位、實時跟蹤、軍事預警等高科技軍事對抗中也起到了關鍵作用，是目前軍事情報獲取最重要的技術手段。而隨著武器裝備系統信息化程度的不斷提高，對遙感圖像中目標識別的精確度和識別程度提出了更高的要求，需要更高的衛星遙感系統分辨率和成像質量。而光學系統的分辨率越高，雜散光對光學系統的影響越嚴重。因此，迫切需要更高的雜散光抑制能力。
[0004]我國空間光學系統雜散光抑制技術目前主要采用鋁合金陽極氧化發黑技術的消雜光表面和遮光罩等消雜光結構。對于我國下一代寬幅高分辨率紅外光學相機而言，根據計算分析結果，要使相機成像質量和分辨率滿足設計要求，需要消雜光表面的吸收率至少要達到99%以上，才有可能在簡化光學系統消雜光設計的基礎上獲得滿足要求的消雜光性能。我國現有的陽極氧化發黑消雜光表面技術，表面吸收率最高只能達到93%，且由于制造工藝限制，很難進一步提高。因此無法滿足要求我國下一代寬幅高分辨率紅外相機對高吸收消雜光表面的迫切需求。
【發明內容】
[0005]本發明針對現有技術的不足，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]為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案:一種超高吸收率消雜光表面的制造方法，包括以下過程:首先對光學組件表面采用飛秒激光誘導加工方法制備出微納結構；然后在上述表面上再采用磁控濺射制備鐵或者鎳膜層，通過高溫處理后，采用化學氣相沉積技術在上面生長一層碳納米管薄膜。
[0007]進一步地，該飛秒激光誘導加工方法中，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]進一步地，鐵或者鎳膜層的厚度為Inm?10nm0
[0009]進一步地，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]進一步地，該化學氣相沉積方式為:在1sccm?500sccm氬氣的保護下，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生長時間里，通入1sccm?400sccm氬氣和1sccm?300sccm乙稀的混合氣體。
[0011]與現有技術相比，本發明具有以下優點:采用飛秒激光誘導制備和生長碳納米管陣列相結合的方法，制備出碳納米管陣列和微納結構相結合的具有99%以上光譜吸收率的消雜光表面；可以在空間用光學相機光闌等金屬光學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等空間光學系統提供超高吸收率消雜光表面的制造方法。
【附圖說明】
[0012]圖1是未經處理的相機組件；
圖2是經過飛秒激光誘導處理后的相機組件；
圖3是在飛秒激光誘導處理的基礎上采用化學氣相沉積生長碳納米管陣列的相機組件。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖對本發明進行詳細描述，本部分的描述僅是示范性和解釋性，不應對本發明的保護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，包括以下過程:首先對如圖1所示的光學組件表面，采用飛秒激光誘導加工方法制備出微納結構，得到如圖2所示的大量微坑等微結構形成陷光表面；然后在上述表面上再采用磁控濺射制備鐵或者鎳膜層，通過高溫處理后，采用化學氣相沉積技術在上面生長一層碳納米管薄膜，如圖3所示。
[0015]本發明采用飛秒激光誘導和生長碳納米管相結合的超吸收表面制造方法:
1、在光學組件表面采用飛秒激光誘導加工方法制備出微納結構，通過微納結構的大量微坑等微結構形成陷光表面，使光線入射后經多次反射和吸收，僅使少量光線出射。飛秒激光誘導加工方法可以使紫外到近紅外波段吸收率達到95%以上，但是紅外以上吸收率就會降低。
[0016]2、為了進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，通過高溫處理后，采用化學氣相沉積技術再在上面生長一層碳納米管薄膜。碳納米管由于直徑在幾個納米到幾十個納米量級，因此可以在原有微結構基礎上再形成納米量級的陷光微結構，從而可以進一步增強吸收率和光譜范圍，使光譜范圍可以擴展到紫外到中紅外10微米。最高吸收率可以達到99%以上。
[0017]實施例1
首先采用飛秒激光在相機光闌等金屬組件表面采用0.2J/cm2的能量密度和2500Hz的脈沖頻率進行掃描，光斑寬度為50 μπι，掃描間隔為50 μπι。通過飛秒激光誘導效應在金屬表面制備出大量微納結構。然后采用磁控濺射薄膜沉積技術在飛秒激光誘導處理的表面沉積一層5nm厚的鐵作為碳納米管生長用催化劑膜層。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，放在石英管內的石英舟中，并置于管式爐的中間部位，在200sccm氬氣的保護下，由室溫加熱到700°C。然后通入200sccm氬氣和10sccm氫氣的混合氣體，此時氫氣用來還原氧化的鐵催化劑。在接下來的1min生長時間里，通入200sccm氬氣和10sccm乙稀的混合氣體。生長結束后，可以觀察到金屬基底上生長出了一層黑色物質。就完成了金屬組件表面碳納米管陣列化學氣相沉積生長。
[0018]
實施例2
首先采用飛秒激光在相機光闌等金屬組件表面采用0.0lJ/cm2的能量密度和2500Hz的脈沖頻率進行掃描，光斑寬度為I μm，掃描間隔為50 μπι。通過飛秒激光誘導效應在金屬表面制備出大量微納結構。然后采用磁控濺射薄膜沉積技術在飛秒激光誘導處理的表面沉積一層Inm厚的鎳作為碳納米管生長用催化劑膜層。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，放在石英管內的石英舟中，并置于管式爐的中間部位，在500sccm氬氣的保護下，由室溫加熱到600°C。然后通入400sccm氬氣和1sccm氫氣的混合氣體，此時氫氣用來還原氧化的鐵催化劑。在接下來的1min生長時間里，通入400sccm氬氣和1sccm乙稀的混合氣體。生長結束后，可以觀察到金屬基底上生長出了一層黑色物質。就完成了金屬組件表面碳納米管陣列化學氣相沉積生長。
[0019]
實施例3
首先采用飛秒激光在相機光闌等金屬組件表面采用lj/cm2的能量密度和1Hz的脈沖頻率進行掃描，光斑寬度為50 μπι，掃描間隔為5 μπι。通過飛秒激光誘導效應在金屬表面制備出大量微納結構。然后采用磁控濺射薄膜沉積技術在飛秒激光誘導處理的表面沉積一層10nm厚的鐵作為碳納米管生長用催化劑膜層。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，放在石英管內的石英舟中，并置于管式爐的中間部位，在1sccm氬氣的保護下，由室溫加熱到900°C。然后通入1sccm氬氣和300sccm氫氣的混合氣體，此時氫氣用來還原氧化的鐵催化劑。在接下來的1min生長時間里，通入1sccm氬氣和300sccm乙稀的混合氣體。生長結束后，可以觀察到金屬基底上生長出了一層黑色物質。就完成了金屬組件表面碳納米管陣列化學氣相沉積生長。
[0020]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種超高吸收率消雜光表面的制造方法，包括以下過程:首先對光學組件表面采用飛秒激光誘導加工方法制備出微納結構；然后在上述表面上再采用磁控濺射制備鐵或者鎳膜層，通過高溫處理后，采用化學氣相沉積技術在上面生長一層碳納米管薄膜。2.如權利要求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的脈沖頻率進行掃描，光斑寬度為I μπι?50 μm，掃描間隔為5 μπι?50 μπι。3.如權利要求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:該化學氣相沉積方式為:在1sccm?500sccm氬氣的保護下，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生長時間里，通入1sccm?400sccm氣氣和1sccm?300sccm乙稀的混合氣體。
【專利摘要】本發明公開了一種超高吸收率消雜光表面的制造方法，包括以下過程：首先對光學組件表面采用飛秒激光誘導加工方法制備出微納結構；然后在上述表面上再采用磁控濺射制備鐵或者鎳膜層，通過高溫處理后，采用化學氣相沉積技術在上面生長一層碳納米管薄膜。本發明采用飛秒激光誘導制備和生長碳納米管陣列相結合的方法，制備出碳納米管陣列和微納結構相結合的具有99%以上光譜吸收率的消雜光表面；可以在空間用光學相機光闌等金屬光學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等空間光學系統提供超高吸收率消雜光表面的制造方法。
【IPC分類】C23C16/24, B82Y40/00, C23C16/02
【公開號】CN105154846
【申請號】CN201510576537
【發明人】曹生珠, 郭磊, 馮煜東, 王多書, 陳學康, 孫燕杰, 李晨, 周超
【申請人】蘭州空間技術物理研究所
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年9月11日