近日，同济大学物理科学与工程学院硕士研究生曹健在期刊《涂层》（Coatings）在线发表题为《一种用于红外探测器激光防护的二向色镜》（A Dichroic Beamsplitter for the Laser Protection of Infrared Detectors）的论文。该论文介绍了一种满足红外探测器对致盲激光武器防护要求的二向色镜设计和制备方法。该二向色镜需要抵抗1064和532 nm的强激光辐照，同时在3.6-4.7 µm的探测范围内具有高透射率，且能够承受恶劣环境的冲击。
研究亮点
探测器是军用红外光电系统获取外部信息的核心部件。然而，随着现代激光技术的迅速发展，激光致盲武器在军事上得到广泛应用，它利用激光束对光电元件进行干扰、烧坏，使瞄准、观测和追踪等光电系统迅速失效而达到“致盲”的目的。中红外波段是红外探测器的常用窗口，在探测过程中经常受到来自激光致盲武器的威胁。因此，在红外探测器上镀制同时具有激光防护作用和中波红外减反射作用的二向色性分束器（如图1所示），对保护红外光电探测系统显得尤为重要。在该文中，为了实现二向色镜的激光防护功能，首先选择了带隙宽、热力学稳定性高的Ta2O5作为高折射率材料进行设计，采用离子辅助电子束蒸发技术在硅基底上沉积了综合性能优良的Ta2O5/SiO2多层膜，随后对二向色镜的光谱特性、损伤特性及环境稳定性进行了测试分析。
图1 二向色镜在激光防护过程中的应用示意图
该工作采用合适的色散模型，对材料的光学常数进行了精确表征，为多层膜的膜系设计做了理论依据，随后采用已获得单层膜的最佳制备工艺，通过间接单波长监测策略与传统热蒸发沉积技术进行制备，获得了优良的光谱特性，如图2所示。同时，在膜系设计优化过程中，通过调整匹配层的厚度减小了界面电场，从而大幅度提高了薄膜的激光损伤阈值，如图3所示，并且对损伤机理进行了解释，还对二向色镜进行了一系列环境稳定性测试。
图2 二向色镜实测光谱和理论光谱的比较
图3 二向色镜在1064nm (a)和532nm (b)激光辐照下的零损伤概率拟合曲线
该论文还展望了激光防护二向色镜未来的应用方向，例如医疗诊断、交通管理、资源勘探等日常生活和安全生产的各个方面。
论文信息
同济大学物理科学与工程学院硕士研究生曹健为论文第一作者，焦宏飞教授和钮信尚博士后是论文共同通讯作者。该研究得到了国家科学自然基金面上项目和中央高校基本科研业务费的支持。
论文链接：
https://doi.org/10.3390/coatings12121861
