专利名称：耐高低温中波红外光学窗口及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学窗口及其制作方法。
背景技术：
光学窗口是高低温光学试验中必不可少的光学部件，其材质与结构的优劣必将影 响光学试验的成败。然而，一般现有的光学窗口在高低温(零摄氏度以下)试验时，很容易由 于窗口两侧的温度梯度导致窗口处于常温侧结霜，致使光学成像模糊，导致试验失败
发明内容
本发明的目的是解决目前现有的光学窗口在高低温试验时，由于窗口两侧的温度 梯度易使窗口处于常温侧结霜，导致光学成像模糊的问题，提供了一种耐高低温中波红外 光学窗口及其制作方法。耐高低温中波红外光学窗口，它由铝箔纸、两个单层热压窗片、隔圈和干燥氮气组 成，所述两个单层热压窗片平行相对设置，两个单层热压窗片的相对的两个表面之间由隔 圈隔开，使得两个单层热压窗片与隔圈之间形成一个密封夹层；所述密封夹层内充有干燥 氮气；所述铝箔纸包绕在两个单层热压窗片及隔圈的外侧周边上。上述耐高低温中波红外光学窗口的制作方法的过程如下
步骤一、采用洗洁精、清水对隔圈和铝箔纸进行清洗去油，然后用酒精清洗去渍，然后 风干一天；
步骤二、隔圈上的径向方向上设有充气孔和出气孔，在所述充气孔和出气孔内填充满 固体胶，然后风干固化一天；
步骤三、将一片单层热压窗片固定于光学平台上，并置于洁净、干燥处，然后在隔圈的 一个侧面涂抹上固体胶，将隔圈与该单层热压窗片粘贴在一起，并在粘贴过程中旋转隔圈 至固体胶分布均勻；
步骤四、在隔圈的另一侧面涂抹上固体胶，然后将另一片单层热压窗片与隔圈粘贴在 一起，并在粘贴过程中旋转该单层热压窗片至固体胶分布均勻；此时，两个单层热压窗片与 隔圈之间形成一个密封夹层；
步骤五、在充气孔和出气孔内的固体胶中分别插入一个针孔管，然后风干固化一天； 步骤六、将充气孔内的针孔管与氮气管密封连通，然后持续向密封夹层内充入干燥氮 气半小时，使密封夹层内的全部空气从出气孔的针孔管内向外排出，然后拔出两个针孔管 并迅速在两个针孔管留下的空隙处涂抹上固体胶，再风干固化一天；
步骤七、在两个单层热压窗片及隔圈的侧周边均勻涂抹固体胶，然后将第一层铝箔纸 粘于两个单层热压窗片及隔圈上；然后，在粘好的铝箔纸表面再次均勻涂抹固体胶，将第二 层铝箔纸粘于第一次铝箔纸上，然后风干固化一天，即制得耐高低温中波红外光学窗口。本发明的积极效果本发明采用双层窗片结构，用隔圈把两个单层窗片隔开并密 封，且中间密封夹层内充以干燥的氮气，使得两个单层窗片之间湿度为零，并且外层窗片与低温环境隔离，可避免窗口结霜。
图1为实施方式一的耐高低温中波红外光学窗口的结构示意图；图2为实施方式 一中的隔圈的结构示意图；图3为实施方式九中的隔圈的结构示意图；图4为不镀膜时，在 常温常压下测试的厚度为5mm单层热压MgF2窗片在中波红外波段的透过率曲线图。
具体实施例方式具体实施方式
一本实施方式的耐高低温中波红外光学窗口，它由铝箔纸1、两个单层热压窗片2、隔圈3和干燥氮气4组成，所述两个单层热压窗片2平行相对设置，两个单 层热压窗片2的相对的两个表面之间由隔圈3隔开，使得两个单层热压窗片2与隔圈3之 间形成一个密封夹层；所述密封夹层内充有干燥氮气4 ；所述铝箔纸1包绕在两个单层热压 窗片2及隔圈3的外侧周边上。考虑到低温试验，如果是单层窗片，其一侧为零摄氏度以下，而另一侧为常温环 境，那么两侧的温度梯度必然导致窗口处于常温环境一侧结霜。因此，单层窗片的结构不可 行。本发明采用双层窗片结构，用隔圈把两个单层窗片隔开并密封，且中间密封夹层内充以 干燥的氮气，这样在两个单层窗片之间湿度为零，并且外层窗片与低温环境隔离，可避免该 窗片结霜。中间夹层的干燥氮气可以使得窗口在高低温试验时不结霜，且本发明结构简单， 制作方便，成本低廉。
具体实施方式
二 与实施方式一不同的是，所述铝箔纸1为两层。
具体实施方式
三与实施方式一或二不同的是，所述单层热压窗片2的材料为热 压 MgF2。为保证光学窗口的透过率，本发明中所选取的窗片材料需要在3 μ m 5 μ m波段 有良好的透过率，这样才能保证光学测试的准确性；综合考虑常用的中波红外光学材料的 光学、力学、热学性能以及实验室试验环境和成本，本实施方式选取热压MgF2作为窗片材 料。热压MgF2的性能参数如下(参考文献余怀之.红外光学材料[M].北京国防工业 出版社，2007:48，281.)
密度 3. 18g/cm3 熔点1255° C 透过波段0. 7 9μπι 理论透过率95. 5% 弹性模量114Gpa 努氏硬度640kg/m2 断裂模量150Mpa 泊松比0.30 热膨胀系数10.41Χ10_7Κ 热导率 14. 7W/(m*K)
图4为在不镀膜的情况下，5mm厚的单层热压MgF2窗片在中波红外波段的透过率曲线。 在厚度为5mm时，5 μ m(波数为ZOOOcnT1)附近的透过率略低于90%，但在整个中波红外波段范围的平均透过率完全满足不低于90%的要求，那么中间充以干燥氮气层的双层光学窗口 的平均透过率也能达到80%以上，热压MgF2窗片不需镀膜就能达到理想的透过率，既节省 了制作成本，又不用顾虑在使用过程中破坏膜系而影响透过率。另外，热压MgF2M料的机 械强度较大，所以在加工及使用过程中也不易被损坏，完全可以满足实验室要求，而且，热 压MgF2的热膨胀系数小，在高温试验时不会导致光学窗口变形大而影响光学测试效果。
具体实施方式
四与实施方式一、二或三不同的是，隔圈3的材料为硬铝。本实施方式中所选用的硬铝材料，既能够耐高温，又容易粘胶。
具体实施方式
五与实施方式一至四不同的是，铝箔纸1、两个单层热压窗片2及 隔圈3的各个接触处均采用固体胶进行连接。本实施方式中，所述固体胶应能够适应光学试验中的高低温环境。
具体实施方式
六与实施方式一至五不同的是，每个单层热压窗片2的厚度的取 值范围为[3mm，5mm]，直径的取值范围为[30mm，150mm]，且其径厚比的取值范围为[10， 30]。选择MgF2材料，则其厚度应控制在5mm以内。因为厚度过大会影响透过率，也会 增加材料成本。又因厚度过小会导致机械加工不便，也会增加加工成本，因此综合考虑，本 实施方式中的每个单层热压窗片2的厚度范围选择[3mm，5mm]。窗片的口径过小会影响目标光源的作用范围，而口径过大又会造成窗口材料的浪 费，本实施方式中，每个单层热压窗片2的直径范围为[30mm，150mm]。径厚比是指直径与厚度的比值。因为径厚比过小(即厚度偏大)会降低透过率且增 加材料成本，而径厚比过大则在机械加工或试验时的装卡过程中，都易使窗口破损，因此本 实施方式中的所述厚径比选择在[10，30]之间。
具体实施方式
七与实施方式一至六不同的是，隔圈3的厚度为5mm。隔圈3的作用是隔开两个单层热压窗片2并能充以干燥氮气，若隔圈3的厚度过 大只会浪费资源，增加成本；厚度过小，则不便在隔圈3的侧面加工氮气孔及充灌干燥氮气。
具体实施方式
八与实施方式一至七不同的是，隔圈3的外径等于单层热压窗片2 的外径，隔圈3的内径比隔圈3的外径小10mm。在本实施方式中，隔圈3为圆环形，该圆环的宽度为5mm，因为硬铝的导热系数较 大，隔圈环的宽度过大则会加强两个单层热压窗片2之间的导热，在低温试验时也可能导 致窗口结霜；隔圈环的宽度过小则会使粘胶力度不够，容易脱胶，达不到密封的效果。
具体实施方式
九本实施方式是实施方式一的耐高低温中波红外光学窗口的制作 方法，它的过程如下
步骤一、采用洗洁精、清水对隔圈3和铝箔纸1进行清洗去油，然后用酒精清洗去渍，然 后风干一天；
步骤二、隔圈3上的外圆表面和内孔表面间设有充气孔3-1和出气孔3-2，在所述充气 孔3-1和出气孔3-2内填充满固体胶，然后风干固化一天；其中，所述固体胶应能够耐高低 温，可根据实际高低温试验温度范围选择合适的固体胶；
步骤三、将一片单层热压窗片2固定于 光学平台上，并置于洁净、干燥处，窗片与光学 平台间垫用多层一次性的专业窗口纸或者高级镜头纸，以防窗片被污染，以及防止其与光学平台的硬接触，然后在隔圈3的一个侧面涂抹上固体胶，将隔圈3与该单层热压窗片2粘 贴在一起，并在粘贴过程中旋转隔圈3至固体胶分布均勻；
步骤四、在隔圈3的另一侧面涂抹上固体胶，然后将另一片单层热压窗片2与隔圈3粘 贴在一起，并在粘贴过程中旋转该单层热压窗片2至固体胶分布均勻；此时，两个单层热压 窗片2与隔圈3之间形成一个密封夹层；
步骤五、在充气孔3-1和出气孔3-2内的固体胶中分别插入一个针孔管，然后风干固化 一天；
步骤六、将充气孔3-1内的针孔管与氮气管密封连通，然后持续向密封夹层内充入干 燥氮气半小时，使密封夹层内的全部空气从出气孔3-2的针孔管内向外排出，然后拔出两 个针孔管并迅速在两个针孔管留下的空隙处涂抹上固体胶，再风干固化一天；
步骤七、在两个单层热压窗片2及隔圈3的侧周边均勻涂抹固体胶，然后将第一层铝箔 纸粘于两个单层热压窗片2及隔圈3的侧周边上；然后，在粘好的铝箔纸表面再次均勻涂抹 固体胶，将第二层铝箔纸粘于第一次铝箔纸上，然后风干固化一天，即制得耐高低温中波红 外光学窗口。其中，充气孔3-1的内径和出气孔3-2的内径可均为2mm，此时针孔管的外径应小 于 2mm。 制作好的耐高低温中波红外光学窗口，可用专业窗口纸或高级镜头纸包装好，放 于专门的窗口仪器箱内保存。
权利要求
耐高低温中波红外光学窗口，其特征在于它由铝箔纸(1)、两个单层热压窗片(2)、隔圈(3)和干燥氮气(4)组成，所述两个单层热压窗片(2)平行相对设置，两个单层热压窗片(2)的相对的两个表面之间由隔圈(3)隔开，使得两个单层热压窗片(2)与隔圈(3)之间形成一个密封夹层；所述密封夹层内充有干燥氮气(4)；所述铝箔纸(1)包绕在两个单层热压窗片(2)及隔圈(3)的外侧周边上。
2.根据权利要求1所述的耐高低温中波红外光学窗口，其特征在于所述铝箔纸(1)为 两层。
3.根据权利要求1所述的耐高低温中波红外光学窗口，其特征在于所述单层热压窗片 (2)的材料为热压MgF2。
4.根据权利要求1所述的耐高低温中波红外光学窗口，其特征在于隔圈(3)的材料为 硬铝。
5.根据权利要求1所述的耐高低温中波红外光学窗口，其特征在于铝箔纸(1)、两个单 层热压窗片(2 )及隔圈(3 )的各个接触处均采用固体胶进行连接。
6.根据权利要求1所述的耐高低温中波红外光学窗口，其特征在于每个单层热压窗片(2)的厚度的取值范围为[3mm，5mm]，直径的取值范围为[30mm，150mm]，且其径厚比的取值 范围为[10，30]。
7.根据权利要求1所述的耐高低温中波红外光学窗口，其特征在于隔圈(3)的厚度为5mm 0
8.根据权利要求1所述的耐高低温中波红外光学窗口，其特征在于隔圈(3)的外径等 于单层热压窗片(2)的外径，隔圈(3)的内径比隔圈(3)的外径小10mm。
9.如权利要求1所述的耐高低温中波红外光学窗口的制作方法，其特征在于它的过程 如下步骤一、采用洗洁精、清水对隔圈(3)和铝箔纸(1)进行清洗去油，然后用酒精清洗去 渍，然后风干一天；步骤二、隔圈(3)上的外圆表面和内孔表面间设有充气孔(3-1)和出气孔(3-2)，在所 述充气孔(3-1)和出气孔(3-2)内填充满固体胶，然后风干固化一天；步骤三、将一片单层热压窗片(2)固定于光学平台上，并置于洁净、干燥处，然后在隔圈(3)的一个侧面涂抹上固体胶，将隔圈(3)与该单层热压窗片(2)粘贴在一起，并在粘贴过 程中旋转隔圈(3)至固体胶分布均勻；步骤四、在隔圈(3)的另一侧面涂抹上固体胶，然后将另一片单层热压窗片(2)与隔圈 (3)粘贴在一起，并在粘贴过程中旋转该单层热压窗片(2)至固体胶分布均勻；此时，两个 单层热压窗片(2 )与隔圈(3 )之间形成一个密封夹层；步骤五、在充气孔(3-1)和出气孔(3-2)内的固体胶中分别插入一个针孔管，然后风干 固化一天；步骤六、将充气孔(3-1)内的针孔管与氮气管密封连通，然后持续向密封夹层内充入干 燥氮气半小时，使密封夹层内的全部空气从出气孔(3-2)的针孔管内向外排出，然后拔出两 个针孔管并迅速在两个针孔管留下的空隙处涂抹上固体胶，再风干固化一天；步骤七、在两个单层热压窗片(2)及隔圈(3)的侧周边均勻涂抹固体胶，然后将第一层 铝箔纸粘于两个单层热压窗片(2)及隔圈(3)上；然后，在粘好的铝箔纸表面再次均勻涂抹固体胶，将第二层铝箔纸粘于第一次铝箔纸上，然后风干固化一天，即制得耐高低温中波红 外光学窗口。
全文摘要
耐高低温中波红外光学窗口及其制作方法，它涉及一种光学窗口及其制作方法，它解决了目前现有的光学窗口在高低温试验时，由于窗口两侧的温度梯度易使窗口处于常温侧结霜，导致光学成像模糊的问题。耐高低温中波红外光学窗口，它由铝箔纸、两个单层热压窗片、隔圈和干燥氮气组成，两个单层热压窗片平行相对设置，且二者间由隔圈隔开，使二者与隔圈之间形成密封夹层，密封夹层内充有干燥氮气，铝箔纸设置在两个单层热压窗片及隔圈的外侧周边上；上述光学窗口的制作方法主要通过清洁、粘胶以及充气等步骤完成对该光学窗口的制作。本发明适用于高低温光学试验领域。
文档编号G02B7/00GK101866039SQ20101023997
公开日2010年10月20日 申请日期2010年7月29日 优先权日2010年7月29日
发明者刘建军, 左宝君, 张旺, 胡海力, 范志刚, 陈守谦 申请人:哈尔滨工业大学