根据连续变焦理论模型, 编制连续变焦计算程序, 求得变焦系统初始解, 建立理想光学模型, 通过选材选型及迭代优化, 实现仅由 4片红外透镜及两片平面反射镜组成的中波红外连续变焦光学系统。该系统 F#为 4、工作波段为 3.7～4.8 .m、视场变化范围为 20°×16°～2.0°×1.6°、光学零件最大口径为 71 mm、零件总重 64 g, 系统包络为 172 mm×108 mm, 系统采用两个二元衍射面用于消色差, 通过材料合理配置及主动补偿实现系统消热差设计。该中波红外连续变焦光学系统重量轻、总长短、包络小, 在－40℃～＋60℃温度范围全视场成像质量良好。
光学设计 中波红外 连续变焦 消热差 optical design, MWIR, continuous zoom, athermaliza
1 昆明物理研究所, 云南昆明 650223云南大学材料与能源学院, 云南昆明 650500云南省先进光电材料与器件重点实验室, 云南昆明 650223
2 昆明物理研究所, 云南昆明 650223云南省先进光电材料与器件重点实验室, 云南昆明 650223
3 昆明物理研究所, 云南昆明 650223
量子点( Quantum dots, QDs)由于本身所具有的量子限域效应、尺寸效应和表面效应等各种特性, 被广泛应用于光电探测、生物医学、新能源等方面。而中波红外( Mid-wave infrared, MWIR)量子点作为近年来红外领域的研究热点, 通过调整控制其尺寸的大小, 能够扩展其红外吸收波长。因此, 成功制备中波红外量子点材料和器件对红外成像、红外制导和搜索跟踪等方面有着重要意义。本文首先介绍了 HgSe、HgTe、PbSe、Ag2Se和 HgCdTe五种中波红外量子点材料制备合成技术, 分析了量子点的尺寸形貌、晶格条纹以及红外吸收光谱等特性, 然后对国内外中波红外量子点探测器进行了归纳总结, 概述了探测器的器件结构、制备方法, 并对器件的响应率、探测率以及响应时间等光电性能参数进行了对比分析。最后, 对中波红外量子点的发展进行了展望。
量子点 中波红外 光电探测器 quantum dots, mid-wave infrared, photodetector
1 固体激光技术国家级重点实验室, 北京100015华北光电技术研究所，北京100015
2 中国石油大学，山东 青岛266580
3 华北光电技术研究所，北京100015
中波红外焦平面探测器因在红外制导导弹、红外夜视仪等**领域的重要性而被广泛关注，其中带通滤光膜具有滤除杂散光和保护探测器的作用。本研究的目的是针对中波红外焦平面探测器滤光膜的关键技术问题，通过分析、选材、优化等方法，制备出性能良好的中波红外带通滤光膜。以Ge为高折射率材料和基底，以SiO为低折射率材料，设计了带通膜系结构。不仅实现了在0°入射角下对295～505 m波段大于92%的高透过率、通带宽度优于37～48 m的常规应用，而且对295～505 m之外的其它波段也能达到良好的截止效果。经测试，其光洁度、牢固性等各方面性能良好，可以很好地应用于中波红外焦平面探测器。
中波红外 带通滤光膜 透过率 薄膜制备 锗 mid-wave infrared band-pass filter transmittance thin film preparation Ge
1 哈尔滨新光光电科技股份有限公司，黑龙江哈尔滨 150080
2 火箭军装备部驻哈尔滨地区军事代表室，黑龙江哈尔滨 150080
在制冷红外光学系统中，制冷探测器通过前面的光学表面反射，使得探测器探测到自身的像，形成边缘亮而中心暗的黑斑现象被称为“冷反射 ”现象。冷反射严重影响制冷红外光学系统的像面非均匀性，在进行光学设计时需对其严格控制。本文以某中波制冷红外光学系统为例，提出了能有效解决或降低冷反射效应的技术途径，对原设计改进优化，利用 ZEMAX光学设计软件建立非序列数学模型，进行仿真分析，经分析改进后光学系统冷反射由 40%下降到 13%，并开展了工程样机成像实验，实验现象与仿真结果基本一致，表明该分析方法能准确地反映红外光学系统中的冷反射实际情况，可作为制冷红外光学系统研制生产前的判定依据。
红外光学系统 冷反射 中波红外 非序列 infrared optical system, narcissus, MWIR, non-sequ
1 哈尔滨新光光电科技股份有限公司，黑龙江哈尔滨 150080
2 火箭军装备部驻哈尔滨地区军事代表室，黑龙江哈尔滨 150080
3 哈尔滨工业大学航天学院，黑龙江哈尔滨 150001
为实现中波制冷红外导引头的低成本、无热化设计，采用两轴框架式总体布局方式，基于硅锗光学材料，利用一次成像 3片式光学结构(Si-Ge-Si），选用斯特林制冷型面阵规模 640×512像素尺寸为 15.m的中波红外探测器作为接收器件，设计一种高分辨率低成本中波制冷红外成像制导光学系统，并实现了宽温范围内的无热化设计。设计结果表明，光学系统焦距为 55 mm，视场大小为 10°×8°，在 33lp/mm处，轴上 0视场的调制传递函数(Modulation Transfer Function，MTF）不低于 0.6，轴外 0.7视场传递函数不低于 0.40，畸变小于 1%，冷光阑效率 100%。同时，结合整流罩进行针对性优化设计，系统冷反射现象基本消除，在－40℃～＋70℃温度范围内具有良好的成像效果。光学系统结构简单，易加工装校，良品率高。经实测样机，光学系统成像质量优良，各项性能指标满足技术指标要求。
低成本 无热化 中波红外 高分辨率 low-cost, athermalization, medium-wave infrared, h
提高红外探测器的工作温度对于减小红外系统的尺寸、重量和功耗至关重要，进而实现结构紧凑和成本低廉的红外系统。昆明物理研究所多年来对掺铟和砷离子注入技术的HgCdTe p-on-n技术进行了优化，实现了性能优异的中波红外探测器的研制。本文报道了高工作温度中波1024×768@10 μm红外焦平面阵列探测器的最新结果，并介绍了在150 K工作温度下的器件性能。结果标明，器件在150 K下截止波长为4.97 μm，并测得了不同工作温度下的NETD、暗电流和有效像元率。此外，还展示了在150 K的工作温度下焦平面器件的红外图像，并呈现了99.4%的有效像元率。
碲镉汞 高工作温度 中波红外 噪声等效温差 暗电流 HgCdTe HOT MWIR NETD dark current 红外与激光工程
2023, 52(7): 20230377
1 北京空间机电研究所, 北京 100076
2 北京邮电大学，北京100876
在大温差条件下，由于温度剧烈变化导致红外光学系统成像质量变差。用于机载林火监测的大视场中波红外相机工作环境变化剧烈，对杂散辐射要求较高。为保证光学系统在要求的大视场和大温差条件下具有稳定的性能和良好的成像质量，通过基于消热差的设计方法和基于噪声等效温差的杂散辐射综合评价方法，设计了一套制冷型中波红外光学系统。该光学系统由6片透镜和1片滤光片组成，工作波段为3.7~4.8 μm，F数为2.5，焦距为62.5 mm，视场为14.36°×10.87°，探测器采用640×512 阵列中波制冷型探测器，通过采用硅、锗材料组合，合理分配光焦度，实现了消色差和消热差设计，通过冷反射优化和冷光阑匹配设计，较好地抑制了系统的杂散辐射噪声，通过引入少量非球面优化，在满足指标要求的情况下，对高阶像差进行了校正。结果表明，光学系统在−55~+70 °C温度范围内，成像质量稳定良好。
中波红外 制冷型探测器 消热差 冷反射 medium wave infrared cooled detector athermalization cold reflection
1 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学中山研究院，广东 中山 528436
3 北京空间机电研究所，北京 100094
在微光夜视与红外成像融合的光学系统中，光通过55°放置的分光镜分成两束光，其中反射光被微光探测器接收进行微光夜视成像，透射光被红外探测器接收进行红外成像，通过图像融合技术来提高系统的成像分辨率。针对分光镜的参数要求，笔者选用Ge、ZnS和YbF3作为沉积材料，采用离子源辅助沉积技术在多光谱ZnS基底上制备了0.6~0.9 μm波段高反、3.7~4.8 μm波段高透的分光膜。通过对膜系结构的优化以及沉积工艺参数的调整，解决了膜层牢固度和面形精度等问题，实现了0.6~0.9 μm波段反射率为90.77%、3.7~4.8 μm波段透射率为91.15%的分光指标。附着力测试、摩擦力测试、高低温测试、恒温恒湿测试结果显示所制备的双面膜可以满足使用要求，但该膜的短波反射率和长波透过率仍有一定的提升空间。
光学器件 分光镜 微光夜视 中波红外成像 面形精度 中国激光
2023, 50(14): 1403101
