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
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及红外制冷探测器冷光阑中的挡光环组，特别涉及红外制冷探测器 冷光阑中的偏振型复合挡光环组的设计。
【背景技术】
[0002] 随着红外光学技术的发展，红外探测器已广泛地被应用在空间探测、军事、监控、 医学以及日常生活中的各个领域，并且其对灵敏度和分辨率的需求也越来越高。在红外制 冷探测器中，探测系统的杂散辐射是影响探测系统实际性能的重要因素之一。因此，抑制杂 散辐射对于高精度红外制冷探测器就显得十分重要。
[0003] 在红外制冷探测器中，探测器焦平面阵列元件及其组件被封装于杜瓦腔体内。由 于探测的是红外辐射，探测器在接收辐射时，目标以外的区域都会辐射能量，因而会对探测 器造成干扰，为此通常采用自身已被探测器冷却装置冷却的冷光阑。这样可以减少冷光阑 对探测器的热辐射，同时也能保护探测器免受杜瓦内壁热辐射的影响。冷光阑，是杜瓦中的 一个重要组件。一方面冷光阑主要起限制视场作用，减少背景光通量，降低背景噪声，从而 提高探测器芯片的信噪比。另一方面，冷光阑还可以有效隔离红外杂散辐射以及其他电磁 辐射的干扰作用，从而降低杜瓦工作时的热负荷并且能够缩短制冷启动时间，提高响应频 率。
[0004] 通过在冷光阑内部添加合适的挡光环结构，可以有效抑制进入其内部的杂散辐 射，提高探测器的信噪比，进而提升红外制冷探测器的灵敏度。挡光环可以用来吸收到达其 表面的杂散辐射，并增加杂散辐射在到达探测面前的反射或散射次数，以促进其能量衰减， 其大小和位置设计原则如图1所示。实际应用中的挡光环结构远不能实现对杂散辐射100% 的吸收率，不利于红外制冷探测器信噪比的提升，限制了高灵敏度红外探测器的应用。因 此，为了进一步提高现有红外制冷探测器的灵敏度，有必要提供一种可对杂散辐射实现高 吸收率的挡光环结构和设计方法。
【发明内容】
[0005] 本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种红外制冷探测器冷光阑的 偏振型复合挡光环组，可提高红外制冷探测器冷光阑中的挡光环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，进而提高红外制冷探测器的信噪比和冷光阑效 率。
[0006] 本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：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，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;相对于介质偏振器，线性薄膜偏振器的损伤阈 值和消光比更高，全波段消光比大于1〇〇〇 : 1，红外波段大于10000 :1。各线性薄膜偏振器的 透光轴的角度a符合下式：
[0008] 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。
[0009] 进一步地，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。
[0010]进一步地，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 吸收率。
[0011] 进一步地，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。
[0012] 进一步地，线性薄膜偏振器的基底为钠水玻璃，基底厚度可根据整体尺寸及结构 强度要求确定。挡光环的厚度在保证其结构强度的前提下尽可能地薄，既可以减小挡光环 的侧边反射也可以减轻冷光阑的整体重量。
[0013] 本实用新型的有益效果是：
[0014] 1、利用线性薄膜偏振器的偏振吸收效应，可在原有挡光环吸收的基础上，高效吸 收入射的杂散辐射，该复合挡光环相比于普通挡光环具有更高的吸收率；
[0015] 2、对于偏振态与所入射的复合挡光环的线性薄膜偏振器透光轴垂直的杂散辐射， 可以基本实现完全吸收；
[0016] 3、不同复合挡光环的偏振透光轴经过设计，可以通过相互配合进一步增强吸收效 果，在散射次数相同的情况下，降低了杂散辐射的出射能量；
[0017] 4、该复合挡光环设计方法简明，结构相对简单，兼容性好，适用于高灵敏度红外制 冷探测器应用。
【附图说明】
[0018] 图1是红外制冷探测器冷光阑的挡光环基本设计方法示意图；
[0019] 图2是挡光环侧边反射示意图；
[0020] 图3是四片式挡光环偏振器透光轴角度示意图；
[0021] 图4是四片式挡光环偏振器透光轴与挡光环编号之间的关系；
[0022] 图5是包含偏振型复合挡光环的红外制冷探测器冷光阑的结构示意图；
[0023] 图6是所述偏振型复合挡光环与传统挡光环对杂散辐射的吸收能力定量对比图； [0024]图中，一号挡光环1、二号挡光环2、三号挡光环3、四号挡光环4、冷光阑结构体5、冷 光阑开口 6、探测器面7。
【具体实施方式】
[0025] 以下将结合附图详细说明本实用新型中高效吸收杂散辐射挡光环的实施方式和 设计原理。
[0026] 本实用新型设计的偏振型复合挡光环组是应用于高灵敏度红外制冷探测器的，目 的是为了提高红外制冷探测器冷光阑挡光环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，提升系统的冷光阑效率，进而提高红外制冷探测器的信噪比和探测 灵敏度。
[0027]本实用新型的实施方式是，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，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。
[0028] 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通过喷砂处理、光 学发黑工艺实现表面发黑。挡光环由图1所示的基本设计原则确定其通光直径和安装位置， 环面外径由其安装位置和红外制冷探测器的冷光阑口径共同确定。下面结合图1说明挡光 环基本设计原则:首先确定红外制冷探测器的探测面对角线长度BD和冷光阑结构参数及二 者相对位置即AC与BD之间的距离;连接BM，CD，过二者交点P作平行于AC的线段与冷光阑壁 轮廓线相交，由此获得挡光环1的尺寸和位置;连接A和挡光环1的P点并延长，交冷光阑壁轮 廓线于N，连接NB，与CD相交，重复上述步骤，可获得挡光环2的尺寸和位置；以此类推，可以 获得任意形状的冷光阑相对应的挡光环组合，包括挡光环数量，每片挡光环的位置及相应 口径，挡光环数量N应由实际冷光阑设计需求确定。
[0029] 挡光环的厚度在保证其结构强度的前提下尽可能地薄，既可以减小挡光环的侧边 反射，也可以减轻冷光阑的整体重量。图2给出了挡光环侧边反射的示意图，a光线为正常入 射到挡光环上的光线，其能量大部分会被挡光环吸收，而0光线入射到挡光环的侧边，经由 挡光环侧边和棱角反射常常可直接到达像面，增大了到达像面的杂散辐射量，因此需要抑 制。
[0030] 所述的线性薄膜偏振器为透光轴方向确定的透射式平片，工作波长与红外制冷探 测器的工作波长相匹配，纳米颗粒偏振薄膜以钠水玻璃为基底。线性薄膜偏振器厚度非常 小，约0.2_。相对于介质偏振器，线性薄膜偏振器的损伤阈值和消光比更高，全波段消光比 大于1: