红外场景投射器双波段投影光学系统设计

为了使红外场景投射器投射出的红外场景更加逼真，设计了一入瞳距800mm、入瞳100mm和视场为±2．5°的双波段红外场景投射器投影光学系统。研究了红外场景投射器双波段投影光学系统的设计过程，分析了初始结构选择的方法。该系统可以模拟主要发出波长为3～5μm的高温物体和波长为8-12μm的常温物体，可以分别使用3～5μm波段红外探测器和8～12μm波段红外探测器进行观测，并对该系统进行了像质评价和公差分析。

MEMS红外图像转换芯片热力学性质研究

MEMS红外图像转换芯片是一种将可见光转换为红外辐射并用于红外目标模拟器的直接辐射型器件。对MEMS红外图像转换芯片的热力学性能进行研究:与标准黑体辐射谱对比表明芯片辐射光谱为黑体谱,红外波段平均发射率0.638;通过线扩散函数研究芯片横向热传导特性,其热扩散距离随衬底厚度降低而减小,在衬底上制作周期性像元阵列可以有效降低其热传导系数,衬底厚度360nm的刻有像元的转换芯片热传导系数为0.1W/m·K;转换芯片的时间特性研究表明其时间常数随衬底厚度减小而变小,衬底厚度345nm的芯片制冷至5℃时的时间常数为2.72ms。

基于共线型双等离子体的双色场辐射太赫兹波频谱调制

提出了一种通过共线型双等离子体的简单方法实现双色场作用下辐射太赫兹波的频谱调制。利用修正的光电流模型,模拟了共线型双等离子体在双色场条件下辐射太赫兹波的频谱分布。通过调节体系的参数,研究了两等离子体间距及激光光强对太赫兹波频谱调制的影响。结果表明,太赫兹频谱分布与两等离子体间距及双色激光强度有关。等离子体间距影响太赫兹波频谱的峰值个数和频移;激光光强虽会影响单个等离子体辐射太赫兹波的峰值频率,但是对于调制的频谱而言只会改变峰值的幅值。

直接吸收光谱多普勒展宽测温中的激光功率稳定研究

国际单位制中温度基本单位"开尔文"的重新定义致使温度测量逐步实现国际协议温度标准与热力学温度标准的融合。基于铯133原子直接吸收光谱的多普勒展宽测温可实现芯片尺度室温范围的热力学温度测量,但其拟合残差及不确定度受限于测量激光的功率稳定性,针对此问题,提出在外腔扫描式激光器的频率稳定基础上,利用声光调制器以及高速比例-积分控制器构建闭环功率稳定系统,提升并评价了测量激光光束的功率稳定性。实验证明测量光束在10mW微弱功率条件下相对噪声强度达到-126dB/Hz,30min内功率稳定性达到0.008%。上述激光功率稳定性有效减小了拟合残差以及不确定度,为实现芯片尺度、在线免标定的热力学温度传感奠定基础。

薄膜面内微结构对热物性的调控研究

提出了一种通过制作面内微结构实现聚酰亚胺薄膜面内热导率及表面红外发射率调控的方法。通过建立简化的二维热传导模型,实现了对具有周期性微结构薄膜面内等效热导率的计算。以此为基础,研究了微结构接触面积比及填充因子对等效热导率及等效红外发射率的影响。理论计算表明,当微结构的接触面积比为0.18、填充因子为0.28时,薄膜面内等效热导率仅为材料本身热导率的18.8%。实验制备了两种具有不同接触面积比和填充因子的聚酰亚胺薄膜。薄膜直径65mm,厚度约为500nm。采用非接触式面内热导率测量法测得无微结构薄膜的面内热导率为0.164W/mK,接触面积比为0.20及0.46的微结构薄膜的面内热导率分别为0.041W/mK和0.091W/mK,而发射率分别为0.161和0.175。

红外热成像法测量薄膜热物理参数

研究了一种利用稳态红外热成像法实现自悬浮薄膜面内热导率测量的方法。从一维热传导方程出发,建立了稳态时薄膜表面温度分布的理论模型,利用稳态理论模型,只需测量薄膜边缘温度及厚度,便可同时得到面内热导率、发射率及热流,无需测量薄膜对可见光的吸收率。仿真表明,当薄膜的温升不超过5K时,可以保证拟合得到的面内热导率与理论值的误差低于3%,薄膜样品x方向的最小尺寸为6mm。对厚度为900nm的自悬浮聚酰亚胺薄膜进行实验测量,拟合得到的面内热导率为2.04W/mK、红外发射率为0.92、x=0处的热流为1.77×10^4W/m^2。实验结果与查阅文献的测量值一致,证明方法可以用来测量自悬浮薄膜的面内热导率。