[发明专利]一种用于海洋多维成像系统中的分光镜、其制备方法和设计方法

说明书

本发明公开了一种用于海洋多维成像系统中的分光镜，所述分光镜包括基片，以及分别沉积在基片两侧的第一光学膜系和第二光学膜系；所述第一光学膜系的基本结构为Sub|a(0.8H(LH)³L0.8H)^p b(0.8H(LH)³L0.8H)^p c(0.8H(LH)³L0.8H)^p d(0.8H(LH)³L0.8H)^p|Air；所述第二光学膜系的基本结构为Sub|6.24H8.75L0.34H9.23L|Air；其中，H表示由高折射率材料制成的膜层，L表示由低折射率材料制成的膜层，Sub表示基片，Air表示空气，a、b、c、d表示相对于中心波长的系数，且a＞b＞c＞d，p为重叠周期数。本发明提供的分光镜在使用波段宽于传统分光镜，实现了0.4～0.9μm高效反射，8～12μm高效透射，提高系统探测效率，还利用原位退火方法，提高薄膜抗盐雾特性。

技术领域

本发明涉及光学薄膜技术领域，更具体的说是涉及一种用于海洋多维成像系统中的分光镜。

背景技术

我国周边海洋环境状态基本稳定，但在局部海域富营养化、赤潮和溢油等问题频发使海洋生态安全受到严重威胁。传统监测系统主要依靠船载人工采样和航拍，但存在成本高、测量速度慢并且重复观测间隔时间长的问题。同时受限于大气波段和天气情况，海洋遥感卫星采集数据仅限于海洋水色与温度等少量信息，这种情况下无人机载海洋多维成像系统作为一种新型遥感技术具有高机动性、实时、运行成本低，是进行快速探测响应最有前途的手段之一。

目前常用遥感探测以多波段共通道为主，在进入系统后由分光镜分离进入对应的探测器，因此分色镜作为遥感系统内分离不同波段光信号的器件是遥感系统光学系统内最核心部件之一。分光镜可以对进入系统的不同波段进行分离，常用分光元件包括色散棱镜、衍射光栅、法布里-珀罗标准具，分色片等，色散棱镜其色散能力与棱镜体积和材料密切相关，对于无人机载系统来讲体积与重量都不符合需求；衍射光栅和法布里珀罗标准镜可以实现轻量化和小体积，但分光范围狭窄，造价较为高昂。作为一种薄膜元件，分光镜不但能精确的分离不同波段的光信号，且具有较小的体积与重量，因此广泛的应用于遥感系统。

但是，国内外对于分光镜的研究主要集中在可见-近红外波段，现有海洋成像系统中多为可见-远红外成像，波段为0.4～0.7μm与8～12μm，常用膜层结构为(0.5LH0.5L)^k的叠加，常见性能指标为0.4～0.7透射，平均透射率高于90％，8～12μm反射，平均反射率高于90％，而对于一种工作波段处于可见/近红外-远红外的分光镜鲜少有人研究。

同时，对于均质光学薄膜由厚度、折射率、吸收系数可以精确计算出薄膜的光谱特性，在实际制备薄膜的过程中获得精确的薄膜光学参数是优化薄膜结构和制备工艺的先决条件，将极大程度提高分光膜的制备精度。常见薄膜参数计算方法包括：包络线法、椭圆偏振法、全光谱拟合反演法等。包络线法具有测量效率高的优点，当薄膜吸收极小情况下较为准确，但对于薄膜吸收大的情况准确度较差；全光谱拟合法适用范围广，但当使用波段较宽时计算效率急剧降低。

因此，如何设计一种较为良好的宽波段以及薄膜吸收大时仍具有良好准确性的光学常数计算方法，需要本领域技术人员进一步研究。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供了一种分光镜，用于将不同波段入射光分离使其进入对应的探测系统，波段可处于可见/近红外-远红外，本发明的分光镜在使用波段宽于传统分光镜，可以采集更多的光学信息，提高发现和识别目标的准确率；本发明制备的分光镜实现了0.4～0.9μm高效反射，8～12μm高效透射，提高系统探测效率。此外，本发明的制备方法中还利用原位退火方法，提高薄膜抗盐雾特性；本发明还进一步提供了一种宽波段以及薄膜吸收大时仍具有良好准确性的光学常数计算方法，以及根据该方法研究分光镜的设计方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：