[发明专利]双模式智能响应的激光防护结构及具备该结构的光学探测器

说明书

本发明涉及双模式智能响应的激光防护结构及具备该结构的光学探测器。双模式智能响应的激光防护结构包括：从激光防护对象侧面向激光入射侧依次设置的第一二氧化钒薄膜、第二二氧化钒薄膜、以及可控激光遮挡阀；其中，所述第二二氧化钒薄膜的相变阈值高于所述第一二氧化钒薄膜的相变阈值，且不高于所述第一二氧化钒薄膜的破坏阈值；所述第二二氧化钒薄膜作为光电开关连接到控制电路中，在所述第二二氧化钒薄膜相变为金属态时导通所述控制电路而发送启动信号驱动所述可控激光遮挡阀遮挡激光光路。

技术领域

本发明涉及一种光电开关、相变材料、非线性光学的激光防护技术，尤其是一种金属-半导体相变材料具双模式智能响应的光学探测器激光防护结构及装置。

背景技术

随着现代激光技术的发展，激光对于飞机、卫星等设备的光电探测系统的威胁越来越大。激光可能会造成人眼和光电探测系统的损伤乃至致盲。高精度光电探测设备一般在10uJ/cm²左右的激光照射下将被致盲，而一旦光电探测设备致盲，其在装备的飞机、卫星等将无法正常工作。鉴于满足未来强激光对抗环境中光电探测系统正常工作的需要，各国政府纷纷投入大量人力物力研制新型抗激光武器装置，用于新研制或者在服役设备的改造。为了提高卫星、飞机等电子设备的防护能力，发展智能激光防护措施对于实现综合电子系统激光防护技术的跨越式发展具有重大意义。

目前用于激光防护的材料和方法主要集中于利用非线性光学原理和相变原理的光限幅材料。在光电探测设备的窗口外面镀一层防护层，当强激光射入时薄膜层发生相变，降低激光的透过率，避免激光对于探测设备的损坏。有机材料、半导体相变材料、纳米碳材料都可以作为防护层的制备材料，防护特定波段和强度的激光，国内外已有相关专利。中国专利“一种宽波段激光防护方法及结构”(中国发明专利公开号CN106403721A)中，采用二氧化钒薄膜与碳纳米管悬浮液组合的办法，实现一定波段和强度的激光防护。但是，无论是哪种材料和现有的防护方法，当超强激光入射时，都有可能超过防护层的破坏阈值，使其发生不可逆损坏，无法继续对光电探测设备等进行防护。以二氧化钒为例，其破坏阈值根据不同性能要求而不同，低阈值一般小于100mJ/cm²左右。同时一般防护层都存在不耐热冲击的缺点，在过强激光的照射下，容易因为热效应破坏内部结构，使其防护能力下降。

发明内容

针对现有的激光防护结构无法防御超强激光(超过一般防护材料破坏阈值)的问题，本发明的目的在于提供一种能针对不同强度的激光做出相应的防护措施，实现对所有强度激光的防御的激光防护结构、以及具备该激光防护结构的光学探测器。

一方面，本发明提供一种双模式智能响应的激光防护结构，其特征在于，包括：从激光防护对象侧面向激光入射侧依次设置的第一二氧化钒薄膜、第二二氧化钒薄膜、以及可控激光遮挡阀；其中，所述第二二氧化钒薄膜的相变阈值高于所述第一二氧化钒薄膜的相变阈值，且不高于所述第一二氧化钒薄膜的破坏阈值；所述第二二氧化钒薄膜作为光电开关连接到控制电路中，在所述第二二氧化钒薄膜相变为金属态时导通所述控制电路而发送启动信号驱动所述可控激光遮挡阀遮挡激光光路。

根据本发明，第一二氧化钒薄膜(低相变阈值二氧化钒薄膜)作为相变防护材料，在入射激光密度达到其相变阈值(根据实际需求可调可调)时发生相变，使入射激光的透过率下降到安全范围内，从而实现对于一般强激光的非线性光限幅防护；第二二氧化钒薄膜(高相变阈值二氧化钒薄膜)作为光电开关，在入射激光能量密度接近或者高于内层二氧化钒薄膜的破坏阈值时发生相变成为金属态，导通外部控制电路，驱动可控激光遮挡阀遮挡激光光路，使得激光完全阻隔，从而实现对于超强激光的响应及完全隔光防护。根据本发明，可以实现对各种强度的激光进行连续有效地防护。

较佳地，所述第二二氧化钒薄膜的相变阈值比所述第一二氧化钒薄膜的破坏阈值低0～20mJ/cm²。

较佳地，所述第一二氧化钒薄膜的相变阈值为5～30mJ/cm²，所述第二二氧化钒薄膜的相变阈值为20～200mJ/cm²。