的损伤阔值和消光比更高，全波段消光比 大于1:1000,红外波段大于1:10000。
[0042] 选取两倍于挡光环数量N的线性薄膜偏振器，标定透光轴方向，每组偏振器的透光 轴角度相差Δ 丫，由公式(1)确定：
[0043]
(1)
[0044] 其中N是挡光环总个数。图3W四片式挡光环为例说明了各组偏振器的透光轴分 布，第a，b，c，d组偏振器透光轴角度分别为0°，45°，90°，135°。
[0045] 将标定好的偏振器两两分组，分别对应于各挡光环，同组的两个偏振器透光轴方 向保持一致，各组的透光轴方向由公式(2)确定：
[0046]
(巧
[0047] 其中mod为取余函数，int为取整函数，N是挡光环总个数，m是挡光环编号，为从巧。 N的正整数。图4W四片式挡光环为例说明了偏振器透光轴与挡光环编号之间的关系。
[004引将各线性薄膜偏振器的非胶合面锻增透膜，增加偏振器基底材料对入射杂散福射 的透过率，降低由于偏振器表面反射产生的二次福射。
[0049] 将各组线性薄膜偏振器切割成对应金属挡光环的形状，并将侧边磨成毛面，喷涂 黑墨W降低侧边反射的福射能量，使用光学胶将各组偏振器与其对应的金属挡光环的前后 面胶合，注意保持透光轴方向；将各挡光环对应固定于由红外制冷探测器的挡光环设计原 则确定的位置处，完成装配。W包含四片式挡光环的红外制冷探测器为例，装配完成后的包 含偏振型复合挡光环的红外制冷探测器冷光阔的结构示意图如图5所示，包含一号挡光环 1、二号挡光环2、Ξ号挡光环3、四号挡光环4、冷光阔结构体5、冷光阔开口 6、探测器面7。根 据所述的偏振器透光轴分布方式，分别将a组偏振器胶合到一号挡光1环两侧，C组偏振器胶 合到二号挡光环2两侧，b组偏振器胶合到Ξ号挡光环3两侧，d组偏振器胶合到四号挡光环4 两侧。
[0050] 下面说明本发明的基本原理。根据光在界面反射时的菲涅耳公式，对于介质而言 有公式：
[0053] 公式(3)(4)分别给出了入射光在与入射面垂直分量(S分量)和与入射面平行分量 (P分量)光强的反射比，ηι，Π 2分别为入射介质和出射介质的折射率，01，θ2分别为入射角和 出射角。
[0054] 对于金属表面的反射而言，有公式：
[0057] 公式(5)(6)分别给出了入射光在与入射面垂直分量(s分量)和与入射面平行分量 (P分量)光强的反射比，η为金属的折射率，K为金属的衰减系数，θι分别为入射角。
[0058] 由公式（3)(4)(5)(6)可看出，当光在介质或金属表面发生反射时，S分量和Ρ分量 的反射比并不相同，对于偏振度为0的自然光而言，当其入射到光学系统时，若在光学件或 结构件表面发生反射时，其偏振度会相应提高。
[0059] 线性透射式偏振器对于入射光具有消光效应，取决于入射光偏振方向与偏振器透 光轴方向夹角Θ，消光效果强弱遵循光学原理中的马吕斯定律：
[0060] I = I〇C〇S^0 (7)
[0061 ] 其中Ιο为入射光强。对于自然光而言，当其通过偏振器时，出射光强会衰减为入射 光强的一半，对于完全偏振光而言，存在一个特定的偏振器角度，可W使其对入射光的衰减 效果强于对自然光的效果。实际的偏振并不能在θ = 90°时彻底消光，称偏振器的最小透射 光强与最大透射光强之比为偏振器的消光比，消光比反映了偏振器达到最佳消光效果时光 强的衰减水平。
[0062] 如上所述，当光入射到光学系统时，由于在光学件或结构件表面发生反射产生杂 散福射或杂散福射时其偏振度会提高，当其通过合适的偏振器时就可W大大衰减其光强。
[0063] 对于本发明中的偏振型复合挡光环而言，主要在W下方面综合实现消光：
[0064] 1.入射到偏振器的杂散福射会由于偏振消光效应衰减光强，且出射光的偏振态为 与偏振器透光轴平行的线偏光；
[0065] 2.经过喷砂和光学发黑处理的传统挡光环可W吸收透射过偏振器的杂散福射；
[0066] 3.经过挡光环反射的杂散福射偏振态进一步发生变化，W不同于同一片偏振器透 光轴的角度出射，再次实现偏振消光并W新的线偏振态出射；
[0067] 4.出射的特定角度线偏振态的杂散福射若入射到别的挡光环，由于各挡光环的偏 振器透光轴方向不同且符合公式(2)分布，将会对该杂散福射具有较好的抑制效果；
[0068] 5.偏振器材料对入射杂散福射也具有吸收效应。
[0069] 下面举例说明本发明所述的挡光环的最理想效果:若杂散福射W近似自然光的偏 振态入射，设其光强为1〇,线偏振方向为90°，当其入射到第一片透光轴方向为0°的挡光环 时，设挡光环的消光比为1:10000,则光强Ιι = 〇.5Ιο;设偏振器的材料对入射红外光的吸收 率为2%，挡光环的吸收率为90%，则从挡光环反射的光强为12 = 0.0491〇;根据菲涅耳公式 (3)(4)可计算反射光的偏振态变化，近似设反射光偏振主轴与偏振器透光轴夹角为5°，贝^ 出射光强13 = 0.98*0.049*cos2(5°)*I〇- 0.0471ο,当此杂散福射进入另一与其偏振方向垂 直的复合挡光环时，出射光强为 14 = 0.047*10-5*0.98*0.1*0.98*cos2(5° )*Ι〇 = 4.48*1〇-81〇。本发明与传统挡光环的吸收能力对比如图6所示。本发明综合了偏振吸收、透射材料吸 收和传统挡光环的吸收Ξ种原理，即使实际情况中的杂散福射偏振态各异，总体吸收效果 仍明显强于传统挡光环的吸收效果，对于高灵敏度的红外探测器应用具有显著意义。
【主权项】
1. 一种红外制冷探测器冷光阑的偏振型复合挡光环组，包括N个挡光环，每个挡光环按 照红外制冷探测器冷光阑的挡光环设计原则确定内外径尺寸和安装位置，其特征在于，每 个挡光环包括金属挡光环和胶合于金属挡光环两侧的线性薄膜偏振器;所述的线性薄膜偏 振器为与金属挡光环形状一致的透射式平片，工作波长与红外制冷探测器的工作波长相匹 配;各线性薄膜偏振器的透光轴的角度α符合下式：其中mod为取余函数，int为取整函数，N是挡光环总个数，m是线性薄膜偏振器所属的挡 光环的序号，m为从1到N的正整数。2. 根据权利要求1所述一种红外制冷探测器冷光阑的偏振型复合挡光环组，其特征在 于，所述的金属挡光环由适用于红外制冷探测器的金属材料制成，并经过喷砂处理、光学发 黑工艺实现表面发黑。3. 根据权利要求1所述一种红外制冷探测器冷光阑的偏振型复合挡光环组，其特征在 于，在线性薄膜偏振器非胶合面镀增透膜以减少表面反射，增加杂散辐射的吸收率。4. 根据权利要求1所述一种红外制冷探测器冷光阑的偏振型复合挡光环组，其特征在 于，将线性薄膜偏振器的侧边磨为毛面并喷涂黑墨，以减少挡光环的侧边反射的辐射能量。5. -种权利要求1所述的红外制冷探测器冷光阑的偏振型复合挡光环组的制作方法， 其特征在于，包括以下步骤： 步骤一、根据红外制冷探测器冷光阑的挡光环设计原则确定挡光环的通光口径和位 置，根据冷光阑的实际设计需求确定挡光环的数量N和外径； 步骤二、选取2N个线性薄膜偏振器，标定透光轴方向； 步骤三、将线性薄膜偏振器两两分组，每组线性薄膜偏振器的透光轴角度α由下式确 定：其中mod为取余函数，int为取整函数，N是挡光环总个数，m是线性薄膜偏振器所属的挡 光环的序号，m为从1到N的正整数。 步骤四、将各组线性薄膜偏振器切割成对应金属挡光环的形状； 步骤五、使用光学胶将各组线性薄膜偏振器与其对应的金属挡光环前后面胶合，即可 获得所述的红外制冷探测器冷光阑的偏振型复合挡光环组。6. 根据权利要求5所述的偏振型复合挡光环组的制作方法，其特征在于，在步骤五之前 还包括对线性薄膜偏振器的非胶合面镀增透膜的步骤，以减少表面反射，增加杂散辐射的 吸收率。7. 根据权利要求5所述的偏振型复合挡光环组的制作方法，其特征在于，在步骤五之前 还包括对线性薄膜偏振器的侧边磨为毛面并喷涂黑墨的步骤，以减少挡光环的侧边反射的 福射能量。
【专利摘要】本发明公开了一种红外制冷探测器冷光阑的偏振型复合挡光环组及制作方法，所述偏振型复合挡光环组包括N个挡光环，每个挡光环按照红外制冷探测器冷光阑的挡光环设计原则确定内外径尺寸和安装位置，各挡光环由金属挡光环及相应的线性薄膜偏振器胶合而成。本发明可在原有挡光环的基础上，提高其对杂散辐射的吸收能力，抑制杂散辐射在挡光环上发生的二次散射，设计方法简明，结构相对简单，兼容性好，可有效提高红外制冷探测器的冷光阑效率，得到更高的信噪比和探测灵敏度。
【IPC分类】G02B5/00, G02B5/30
【公开号】CN105487149
【申请号】CN201610016780
【发明人】黄潇, 张娴婧, 白剑
【申请人】浙江大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2016年1月11日