红外探测器金属杜瓦瓶锗窗口低温封接技术

为满足钎焊原理和条件的要求,选用软钎焊封接工艺,对锗窗口进行了金属化处理。对金属化材料与焊料的选择、配制以及钎焊等工艺做了大量的探索与实验,并取得了有用的结果。该工艺技术已应用于制作红外探测器件。

全制冷相位阵馈源杜瓦设计和传热分析

相位阵馈源是射电天文的新型馈源技术之一。采用相位阵馈源能有效提高射电望远镜的巡天速度。通过制冷可以降低系统噪声温度,进一步提高望远镜的整体性能。针对即将应用于500m口径球面射电望远镜的相位阵馈源进行大尺度真空制冷杜瓦设计研究。根据相位阵馈源馈电单元阵列形状,设计真空窗和支承结构,并通过理论计算和有限元仿真来分析杜瓦内热负载情况,完成制冷机的冷头选择,以满足相位阵馈源馈电单元温度为70K和低噪声放大器温度为20K的制冷温度要求。该杜瓦设计与传热分析方法可为未来全制冷相位阵馈源的研制积累经验和实验数据。

长波红外制冷杜瓦组件杂散光分析

杂散光抑制是保证红外遥感数据定量化反演精度和图像质量的前提。为了抑制系统杂散光,利用点源透过率(PST)与杂散光系数(VGI)的函数关系计算了VGI,并分别用VGI和杂散比(NSR)作为指标对系统外部杂散光和系统背景辐射的抑制方法进行了研究。结果表明:采用冷光学设计能有效抑制系统背景辐射,此时系统工作的三个波段NSR从4.5以上降低至0.35以下。制冷机制冷是冷光学设计和探测器工作的基础,研究了杜瓦窗口和冷屏设计对VGI、NSR和制冷机功耗的影响,进而优化了窗口和冷屏的设计参数。拟合实验数据明确了杜瓦漏热与制冷机功耗的函数关系,提出了一种低制冷功耗和高杂散光抑制的冷屏设计,此时杜瓦漏热为1.7 W,制冷机功耗为103.72 W,系统的VGI从1.95%降低至1.92%,窗口的NSR下降了60%,满足项目要求。研究结果解决了低温光学设计、制冷机功耗和杂散光抑制等一系列问题,组件通过力学试验,已成功运用于某项目用光谱成像仪中。

冷光学大口径长波红外探测器杜瓦窗口应用设计

为了提高大口径红外长波相机光学系统的成像质量,对红外长波杜瓦的温度场在不同窗口温度下进行了有限元分析和实验验证,明确了杜瓦窗口温度对探测器杂散光和冷屏热辐射的影响。结果表明,当窗口温度为200 K时,可有效抑制窗口引入的背景杂散光,满足设计需求。结合窗口工作温度,分析了力、热和力-热耦合对杜瓦窗口厚度、口径等设计参数的影响,并利用Zernike多项式对杜瓦窗口的形变量进行拟合,以调制传递函数和波像差作为评价指标,实现了大口径长波红外杜瓦组件的窗口变形控制。为了减小低温窗口引起的漏热以及确保窗口的可靠性,采用钛合金外壳实现杜瓦的低漏热以及更高强度的力学支撑。分析了厚度和口径分别为4 mm和58 mm的杜瓦窗口在三种工况下的形变对红外相机系统成像质量的影响。