一种基于非晶硅超构表面的轻量化红外制导镜头制造技术

本发明专利技术提供一种基于非晶硅超构表面的轻量化红外制导镜头，包括：衬底层；亚波长光栅，所述亚波长光栅为多个，且多个所述亚波长光栅以阵列形式设置于所述衬底层的同侧表面；所述亚波长光栅呈圆柱状，每一所述亚波长光栅的尺寸由第一方法确定，以使所述基于非晶硅超构表面的轻量化红外制导镜头能够对3μm

【技术实现步骤摘要】
一种基于非晶硅超构表面的轻量化红外制导镜头


[0001]本专利技术涉及红外制导领域，尤其涉及一种基于非晶硅超构表面的轻量化红外制导镜头。

技术介绍

[0002]红外成像制导技术广泛应用在导弹、无人机等军民领域，具有隐蔽性好、全天候工作、穿云透雾、制导精度高等特点，由于当前红外成像制导镜头结构复杂、成本较高，在低成本、小口径的反坦克导弹、直升机或无人机载空空导弹等武器上应用存在限制，亟需轻量化、紧凑型、低成本的红外制导镜头。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术提供一种基于非晶硅超构表面的轻量化红外制导镜头，至少部分解决现有技术中存在的问题。
[0004]根据本公开的一个方面，提供一种基于非晶硅超构表面的轻量化红外制导镜头，包括：
[0005]衬底层；
[0006]亚波长光栅，所述亚波长光栅为多个，且多个所述亚波长光栅以阵列形式设置于所述衬底层的同侧表面；
[0007]所述亚波长光栅呈圆柱状，每一所述亚波长光栅的尺寸由第一方法确定，以使所述基于非晶硅超构表面的轻量化红外制导镜头能够对3μm
‑
5μm波长的中红外光施加传输相位。
[0008]在本公开的一种示例性实施例中，每一所述亚波长光栅的高度均相等，所述亚波长光栅的高度为工作波长λ的0.75
‑
1.1倍。
[0009]在本公开的一种示例性实施例中，每相邻两个所述亚波长光栅的中心距离相等，且所述中心距离小于所述工作波长的一半。
[0010]在本公开的一种示例性实施例中，每一所述亚波长光栅平行于所述衬底层的横截面具有对称性；
[0011]进一步地，每一所述亚波长光栅平行于所述衬底层的横截面为圆形，每一所述亚波长光栅的半径为所述工作波长λ的1/2
‑
1/8。
[0012]在本公开的一种示例性实施例中，所述亚波长光栅，由折射率>2的介质制成；
[0013]进一步地，所述亚波长光栅由以下之一制成：硅、氮化硅、二氧化钛、磷化镓、氮化镓和砷化镓；
[0014]所述衬底层，由中红外透明材料制成；
[0015]进一步地，所述衬底层由以下之一制成：氟化钡、碲化锌。
[0016]在本公开的一种示例性实施例中，所述第一方法包括以下步骤：
[0017]构建相位基
‑
光栅尺寸对应表；
[0018]确定所述亚波长光栅的数量和每一所述亚波长光栅的坐标；
[0019]根据所述轻量化红外制导镜头的工作波长λ、焦距f、直径D要求以及每一所述亚波长光栅的坐标，确定每一所述亚波长光栅的对应的最优相位基；
[0020]根据所述最优相位基和所述相位基
‑
光栅尺寸对应表，确定每一所述亚波长光栅的尺寸。
[0021]在本公开的一种示例性实施例中，所述构建相位基
‑
光栅尺寸对应表，包括：
[0022]根据工作波长λ，确定单个所述亚波长光栅在不同高度、中心距、长度和宽度的情况下，入射光的相位和透过率的调制情况，并将符合设定条件的光栅尺寸储存为数据库；
[0023]利用N阶线性相位均分0
‑
360度相位，将N个相位和几何关系对应得到的N个相位基；
[0024]根据N个所述相位基、所述数据库和所述亚波长光栅的实际相位，确定所述相位基
‑
光栅尺寸对应表。
[0025]在本公开的一种示例性实施例中，所述将符合设定条件的光栅尺寸储存为数据库，包括：
[0026]在相邻两亚波长光栅的中心距和各亚波长光栅的高度均保持不变的情况下，筛选出满足：对所述入射光的透过率接近于1、入射光相位调制范围为[0,2π]条件的所有亚波长光栅的长度、宽度范围，并存为数据库。
[0027]在本公开的一种示例性实施例中，根据N个所述相位基、所述数据库和所述亚波长光栅的实际相位，确定所述相位基
‑
光栅尺寸对应表，包括：
[0028]在设定误差
±
360/N范围内遍历数据库中各数据以查找满足所述相位基要求的亚波长光栅尺寸；
[0029]根据亚波长光栅的实际相位与对应相位基中相位的最小方差确定对应的所述亚波长光栅的尺寸，得到所述相位基
‑
光栅尺寸对应表；
[0030]其中，N为6
‑
10的正整数。
[0031]在本公开的一种示例性实施例中，所述根据所述轻量化红外制导镜头的工作波长λ、焦距f、直径D要求以及每一所述亚波长光栅的坐标，确定每一所述亚波长光栅的对应的最优相位基，包括：
[0032]根据所述轻量化红外制导镜头的工作波长λ、焦距f、直径D要求，利用以下公式确定所述轻量化红外制导镜头直径范围内任意(x,y)坐标处的亚波长光栅的中红外目标相位
[0033][0034]其中，
‑
D/2≤x≤D/2，
‑
D/2≤y≤D/2；
[0035]将转换为角度值后的模除以360，用得到的值分别更新根据
±
360/N的误差范围将更新后的转换为N阶相位基的目标相位；
[0036]根据每一所述亚波长光栅的坐标对应的目标相位，从所述相位基
‑
光栅对应表中确定，每一所述亚波长光栅的坐标对应的最优相位基。
[0037]本公开提供一种基于非晶硅超构表面的轻量化红外制导镜头，在衬底层设置以阵列形式排布的柱状亚波长光栅，且通过第一方法对每一亚波长光栅的尺寸进行设计，从而
得到一种基于非晶硅超构表面的轻量化红外制导镜头。该镜头可实现同一单元结构对中红外0到2π范围内任意的相位调制，并且保持较高的透射率或反射率。本公开用一个单元结构实现中红外的同时不同位置聚焦成像，有望克服聚焦效率理论阈值限制，使得实时、高效率、集成化的红外制导模块成为可能，且结构简单。
附图说明
[0038]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0039]图1是本专利技术实施例提供的一种基于非晶硅超构表面的轻量化红外制导镜头的侧视图；
[0040]图2是本专利技术实施例提供的一种基于非晶硅超构表面的轻量化红外制导镜头的俯视图；
[0041]图3是本专利技术实施例提供的一种基于非晶硅超构表面的轻量化红外制导镜头的光路示意图。
具体实施方式
[0042]下面结合附图对本专利技术实施例进行详细描述。
[0043]需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合；并且，基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
[0044]需要说明的是，下文描述在所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于非晶硅超构表面的轻量化红外制导镜头，其特征在于，包括：衬底层；亚波长光栅，所述亚波长光栅为多个，且多个所述亚波长光栅以阵列形式设置于所述衬底层的同侧表面；所述亚波长光栅呈圆柱状，每一所述亚波长光栅的尺寸由第一方法确定，以使所述基于非晶硅超构表面的轻量化红外制导镜头能够对3μm
‑
5μm波长的中红外光施加传输相位。2.根据权利要求1所述的轻量化红外制导镜头，其特征在于，每一所述亚波长光栅的高度均相等，所述亚波长光栅的高度为工作波长λ的0.75
‑
1.1倍。3.根据权利要求1所述的轻量化红外制导镜头，其特征在于，每相邻两个所述亚波长光栅的中心距离相等，且所述中心距离小于所述工作波长的一半。4.根据权利要求1所述的轻量化红外制导镜头，其特征在于，每一所述亚波长光栅平行于所述衬底层的横截面具有对称性；每一所述亚波长光栅平行于所述衬底层的横截面为圆形，每一所述亚波长光栅的半径为所述工作波长λ的1/2
‑
1/8。5.根据权利要求1所述的轻量化红外制导镜头，其特征在于，所述亚波长光栅，由折射率>2的介质制成；所述亚波长光栅由以下之一制成：硅、氮化硅、二氧化钛、磷化镓、氮化镓和砷化镓；所述衬底层，由中红外透明材料制成；所述衬底层由以下之一制成：氟化钡、碲化锌。6.根据权利要求1所述的轻量化红外制导镜头，其特征在于，所述第一方法包括以下步骤：构建相位基
‑
光栅尺寸对应表；确定所述亚波长光栅的数量和每一所述亚波长光栅的坐标；根据所述轻量化红外制导镜头的工作波长λ、焦距f、直径D要求以及每一所述亚波长光栅的坐标，确定每一所述亚波长光栅的对应的最优相位基；根据所述最优相位基和所述相位基
‑
光栅尺寸对应表，确定每一所述亚波长光栅的尺寸。7.根据权利要求6所述的轻量化红外制导镜头，其特征在于，所述构建相位基
‑
光栅尺寸对应表，包括：根据工作波长λ，确定单个所述亚波长光栅在不同高度、中心距、长度和宽度的情况下，对入射光的相位和透过率的调制情况，并将符合设定条件的光栅尺寸储存为数据库；利用...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵峰，姜明勇，徐碧洁，王昊月，陈向宁，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队航天工程大学，
类型：发明
国别省市：