超高吸收率消杂光表面的制造方法
【专利说明】超高吸收率消杂光表面的制造方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及高分辨率相机等空间光学系统消杂光等应用技术领域，尤其是一种超高吸收率消杂光表面的制造方法。
【背景技术】
[0003]随着卫星遥感技术的迅速发展，遥感影像的应用范围大为扩展，应用深度和精度也大大提高。目前中高分辨率卫星影像在军事方面的应用已经发展到各个方面，不仅在国家安全、军事监测、导弹制导等方面有广泛应用，在军事目标识别定位、实时跟踪、军事预警等高科技军事对抗中也起到了关键作用，是目前军事情报获取最重要的技术手段。而随着武器装备系统信息化程度的不断提高，对遥感图像中目标识别的精确度和识别程度提出了更高的要求，需要更高的卫星遥感系统分辨率和成像质量。而光学系统的分辨率越高，杂散光对光学系统的影响越严重。因此，迫切需要更高的杂散光抑制能力。
[0004]我国空间光学系统杂散光抑制技术目前主要采用铝合金阳极氧化发黑技术的消杂光表面和遮光罩等消杂光结构。对于我国下一代宽幅高分辨率红外光学相机而言，根据计算分析结果，要使相机成像质量和分辨率满足设计要求，需要消杂光表面的吸收率至少要达到99%以上，才有可能在简化光学系统消杂光设计的基础上获得满足要求的消杂光性能。我国现有的阳极氧化发黑消杂光表面技术，表面吸收率最高只能达到93%，且由于制造工艺限制，很难进一步提高。因此无法满足要求我国下一代宽幅高分辨率红外相机对高吸收消杂光表面的迫切需求。
【发明内容】
[0005]本发明针对现有技术的不足，提出一种超高吸收率消杂光表面的制造方法，操作简便，可制备出具有99%以上光谱吸收率的消杂光表面。
[0006]为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案:一种超高吸收率消杂光表面的制造方法，包括以下过程:首先对光学组件表面采用飞秒激光诱导加工方法制备出微纳结构；然后在上述表面上再采用磁控溅射制备铁或者镍膜层，通过高温处理后，采用化学气相沉积技术在上面生长一层碳纳米管薄膜。
[0007]进一步地，该飞秒激光诱导加工方法中，飞秒激光采用0.01?lj/cm2的能量密度和1Hz?2500Hz的脉冲频率进行扫描，光斑宽度为I μ m?50 μ m，扫描间隔为5 μ m?50 μ mD
[0008]进一步地，铁或者镍膜层的厚度为Inm?10nm0
[0009]进一步地，高温处理为200°C?400°C的管式炉中在空气气氛下退火Ih?10h。
[0010]进一步地，该化学气相沉积方式为:在1sccm?500sccm氩气的保护下，由室温加热到600°C?900°C，然后通入1sccm?400sccm氣气和1sccm?300sccm氣气的混合气体；接着在1min生长时间里，通入1sccm?400sccm氩气和1sccm?300sccm乙稀的混合气体。
[0011]与现有技术相比，本发明具有以下优点:采用飞秒激光诱导制备和生长碳纳米管阵列相结合的方法，制备出碳纳米管阵列和微纳结构相结合的具有99%以上光谱吸收率的消杂光表面；可以在空间用光学相机光阑等金属光学组件表面制备出具有超高吸收率的消杂光表面，从而为高分辨率相机等空间光学系统提供超高吸收率消杂光表面的制造方法。
【附图说明】
[0012]图1是未经处理的相机组件；
图2是经过飞秒激光诱导处理后的相机组件；
图3是在飞秒激光诱导处理的基础上采用化学气相沉积生长碳纳米管阵列的相机组件。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
[0014]—种超高吸收率消杂光表面的制造方法，包括以下过程:首先对如图1所示的光学组件表面，采用飞秒激光诱导加工方法制备出微纳结构，得到如图2所示的大量微坑等微结构形成陷光表面；然后在上述表面上再采用磁控溅射制备铁或者镍膜层，通过高温处理后，采用化学气相沉积技术在上面生长一层碳纳米管薄膜，如图3所示。
[0015]本发明采用飞秒激光诱导和生长碳纳米管相结合的超吸收表面制造方法:
1、在光学组件表面采用飞秒激光诱导加工方法制备出微纳结构，通过微纳结构的大量微坑等微结构形成陷光表面，使光线入射后经多次反射和吸收，仅使少量光线出射。飞秒激光诱导加工方法可以使紫外到近红外波段吸收率达到95%以上，但是红外以上吸收率就会降低。
[0016]2、为了进一步提高宽普段吸收率，在上述表面上再采用磁控溅射制备一层铁或者镍作为催化层，通过高温处理后，采用化学气相沉积技术再在上面生长一层碳纳米管薄膜。碳纳米管由于直径在几个纳米到几十个纳米量级，因此可以在原有微结构基础上再形成纳米量级的陷光微结构，从而可以进一步增强吸收率和光谱范围，使光谱范围可以扩展到紫外到中红外10微米。最高吸收率可以达到99%以上。
[0017]实施例1
首先采用飞秒激光在相机光阑等金属组件表面采用0.2J/cm2的能量密度和2500Hz的脉冲频率进行扫描，光斑宽度为50 μπι，扫描间隔为50 μπι。通过飞秒激光诱导效应在金属表面制备出大量微纳结构。然后采用磁控溅射薄膜沉积技术在飞秒激光诱导处理的表面沉积一层5nm厚的铁作为碳纳米管生长用催化剂膜层。将镀膜的组件放入300°C的管式炉中，在空气气氛下退火10h。再将金属组件取出，放在石英管内的石英舟中，并置于管式炉的中间部位，在200sccm氩气的保护下，由室温加热到700°C。然后通入200sccm氩气和10sccm氢气的混合气体，此时氢气用来还原氧化的铁催化剂。在接下来的1min生长时间里，通入200sccm氩气和10sccm乙稀的混合气体。生长结束后，可以观察到金属基底上生长出了一层黑色物质。就完成了金属组件表面碳纳米管阵列化学气相沉积生长。
[0018]
实施例2
首先采用飞秒激光在相机光阑等金属组件表面采用0.0lJ/cm2的能量密度和2500Hz的脉冲频率进行扫描，光斑宽度为I μm，扫描间隔为50 μπι。通过飞秒激光诱导效应在金属表面制备出大量微纳结构。然后采用磁控溅射薄膜沉积技术在飞秒激光诱导处理的表面沉积一层Inm厚的镍作为碳纳米管生长用催化剂膜层。将镀膜的组件放入400°C的管式炉中，在空气气氛下退火lh。再将金属组件取出，放在石英管内的石英舟中，并置于管式炉的中间部位，在500sccm氩气的保护下，由室温加热到600°C。然后通入400sccm氩气和1sccm氢气的混合气体，此时氢气用来还原氧化的铁催化剂。在接下来的1min生长时间里，通入400sccm氩气和1sccm乙稀的混合气体。生长结束后，可以观察到金属基底上生长出了一层黑色物质。就完成了金属组件表面碳纳米管阵列化学气相沉积生长。
[0019]
实施例3
首先采用飞秒激光在相机光阑等金属组件表面采用lj/cm2的能量密度和1Hz的脉冲频率进行扫描，光斑宽度为50 μπι，扫描间隔为5 μπι。通过飞秒激光诱导效应在金属表面制备出大量微纳结构。然后采用磁控溅射薄膜沉积技术在飞秒激光诱导处理的表面沉积一层10nm厚的铁作为碳纳米管生长用催化剂膜层。将镀膜的组件放入200°C的管式炉中，在空气气氛下退火10h。再将金属组件取出，放在石英管内的石英舟中，并置于管式炉的中间部位，在1sccm氩气的保护下，由室温加热到900°C。然后通入1sccm氩气和300sccm氢气的混合气体，此时氢气用来还原氧化的铁催化剂。在接下来的1min生长时间里，通入1sccm氩气和300sccm乙稀的混合气体。生长结束后，可以观察到金属基底上生长出了一层黑色物质。就完成了金属组件表面碳纳米管阵列化学气相沉积生长。
[0020]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种超高吸收率消杂光表面的制造方法，包括以下过程:首先对光学组件表面采用飞秒激光诱导加工方法制备出微纳结构；然后在上述表面上再采用磁控溅射制备铁或者镍膜层，通过高温处理后，采用化学气相沉积技术在上面生长一层碳纳米管薄膜。2.如权利要求1所述超高吸收率消杂光表面的制造方法，其特征在于:该飞秒激光诱导加工方法中，飞秒激光采用0.0l?lj/cm2的能量密度和1Hz?2500Hz的脉冲频率进行扫描，光斑宽度为I μπι?50 μm，扫描间隔为5 μπι?50 μπι。3.如权利要求1或2所述超高吸收率消杂光表面的制造方法，其特征在于:铁或者镍膜层的厚度为Inm?10nm04.如权利要求3所述超高吸收率消杂光表面的制造方法，其特征在于:高温处理为200°C?400°C的管式炉中在空气气氛下退火Ih?10h。5.如权利要求4所述超高吸收率消杂光表面的制造方法，其特征在于:该化学气相沉积方式为:在1sccm?500sccm氩气的保护下，由室温加热到600 °C?900 °C，然后通入1sccm?400sccm氩气和1sccm?300sccm氢气的混合气体；接着在1min生长时间里，通入1sccm?400sccm氣气和1sccm?300sccm乙稀的混合气体。
【专利摘要】本发明公开了一种超高吸收率消杂光表面的制造方法，包括以下过程：首先对光学组件表面采用飞秒激光诱导加工方法制备出微纳结构；然后在上述表面上再采用磁控溅射制备铁或者镍膜层，通过高温处理后，采用化学气相沉积技术在上面生长一层碳纳米管薄膜。本发明采用飞秒激光诱导制备和生长碳纳米管阵列相结合的方法，制备出碳纳米管阵列和微纳结构相结合的具有99%以上光谱吸收率的消杂光表面；可以在空间用光学相机光阑等金属光学组件表面制备出具有超高吸收率的消杂光表面，从而为高分辨率相机等空间光学系统提供超高吸收率消杂光表面的制造方法。
【IPC分类】C23C16/24, B82Y40/00, C23C16/02
【公开号】CN105154846
【申请号】CN201510576537
【发明人】曹生珠, 郭磊, 冯煜东, 王多书, 陈学康, 孙燕杰, 李晨, 周超
【申请人】兰州空间技术物理研究所
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年9月11日