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红外反射镜和透镜膜系设计及其空间电离辐射效应研究

张铮辉  
【摘要】:本文利用OptiLayer软件,分别设计了两个中心波长为1064 nm的全介质膜反射镜和透镜,通过计算分析了反射镜和透镜光谱随介质膜厚和膜材折射率误差的变化规律。利用空间辐照效应模拟设备,对实际镀制的样品进行了 GEO轨道带电粒子辐照模拟试验,总结辐照后镜片光谱变化规律,并分析其机理。在膜系设计过程中,选择以石英玻璃和蓝宝石作为基底,以HfO2为高折射率材料,以SiO2为低折射率材料。经过设计和优化,最终增反膜系采用Air/2LH(LH)16/Sub周期结构,增透膜系采用“非λ/4-非λ/4”结构的双层膜方案。反射镜的理论反射率和透镜理论透过率都在90%以上,但对实际镀制样品的进行测量表明,实际样品的光谱要低于理论值。理论计算表明,当膜系中每层膜都具有相同的厚度误差时,反射镜和透镜的光谱曲线产生平移,膜厚增加光谱右移,反之左移;而当膜系内存在随机膜厚误差时,反射镜和透镜在1064 nm附件光谱不变,在其他波段光谱变化较复杂。当薄膜材料的折射率存在误差时,反射镜和透镜的光谱发生漂移,折射率增加,光谱右移,反之左移。对反射镜和透镜样品进行GEO轨道带电粒子15年注量辐照等效模拟试验表明,带电粒子辐照对HfO2/SiO2膜系的红外光谱影响很小。石英玻璃和蓝宝石基反射镜230 nm附近峰值反射率分别降低了 31%和26%。而两种基底透镜在紫外波段的透过率分别下降29%和13%。辐照后反射镜和透镜光谱的变化主要由材料辐照着色引起的,不同种类色心的数量决定了相应吸收带内光谱的变化。根据色心理论对透镜吸收光谱进行解析表明,辐照后石英玻璃基透镜存在206 nm、412 nm、245 nm和289 nm四个主要吸收峰,分别对应SiO2的E'心、NBOHC心、HfO2的Pb0和Pb1心。


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