專利名稱：一種近紫外輻照設(shè)備中過濾紅外光和可見光的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及近紫外輻照設(shè)備中一種用于過濾紅外光和可見光的裝置，屬于航天器
空間環(huán)境地面模擬測試技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
航天器在軌運(yùn)行期間會(huì)受到帶電粒子輻射、太陽電磁輻射等多種輻射環(huán)境作用的 影響。其中，紫外輻射是重要的環(huán)境因素之一，它的波長范圍介于10nm 400nm，而200 400nm范圍被稱為近紫外輻射，10 200nm范圍被稱為遠(yuǎn)紫外輻射。紫外輻射的能量雖然 只占太陽總輻射能量的8. 73%，但會(huì)產(chǎn)生明顯的紫外輻照效應(yīng)。航天器長期暴露在紫外輻 射下，將導(dǎo)致其表面熱控涂層的光學(xué)性能退化，聚合物材料表面軟化或者表面碎裂，還繪引 起聚合物材料機(jī)械性能的退化。因此，紫外輻照試驗(yàn)是空間環(huán)境地面模擬試驗(yàn)中的重要一 環(huán)。目前，近紫外輻照試驗(yàn)所用輻照設(shè)備由紫外光源、光路系統(tǒng)、熱沉和樣品臺(tái)組成，可產(chǎn)生 220 400nm的紫外光。紫外光源一般用高壓氙燈或汞氙燈，光學(xué)系統(tǒng)為準(zhǔn)直型，包括聚光 鏡、光學(xué)積分器、準(zhǔn)直鏡和濾光器。整套設(shè)備如圖l所示。 航天器在軌運(yùn)行時(shí)間少則5年，多則10年以上。因此要模擬航天器材料在空間任 務(wù)中所接受的紫外輻照量必須采用加速試驗(yàn)的方法。 一般近紫外輻照試驗(yàn)的加速倍數(shù)在 3 5倍。在此加速試驗(yàn)環(huán)境下，如果不對(duì)光線中的可見光和紅外光進(jìn)行過濾，將會(huì)對(duì)材料 樣品產(chǎn)生強(qiáng)烈的熱輻射效應(yīng)，引起材料物理性質(zhì)的變化，嚴(yán)重影響到試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。為 此，近紫外輻照通常在光路中加入可見光紅外濾光系統(tǒng)以減少熱效應(yīng)。目前普遍采用的方 法是用透紫外濾光片和蒸餾水構(gòu)成水冷濾光器。透紫外濾光片對(duì)220 400nm的紫外光透 過，對(duì)可見光進(jìn)行濾除。蒸餾水對(duì)紅外光有吸收作用，透過紫外光和可見光。由于濾光片要 吸收大量的熱量，因此通常將濾光片放置在蒸餾水箱中，水箱中又布置了冷卻水管對(duì)蒸餾 水進(jìn)行冷卻。水箱兩底面安裝有透紫外的石英玻璃窗口，濾光片安置在兩片石英中間。應(yīng) 用時(shí)，使光路通過石英窗口和濾光片便起到了濾光效果。該方式的缺點(diǎn)是濾光片制作難度 大，工藝要求高，成本高；蒸餾水中的雜質(zhì)會(huì)沉積在石英窗口上，影響透光率，且一旦遇到停 水濾光片會(huì)因失去冷卻保護(hù)而過熱炸裂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決航天器材料在進(jìn)行地面近紫外輻照加速試驗(yàn)時(shí)如何濾除 可見光和紅外光以減少熱效應(yīng)的問題，提出了一種用于過濾紅外光和可見光的裝置。
本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。 —種近紫外輻照設(shè)備中過濾紅外光和可見光的裝置，包括紫外光源、光路系統(tǒng)、反 紫外反射鏡和反紫外透可見光紅外光膜。光路系統(tǒng)由聚光鏡、光學(xué)積分器和準(zhǔn)直鏡組成。
其中，反紫外透可見光紅外光膜鍍制在反紫外反射鏡的光線入射面上，兩者一起 用于反射紫外光，透過紅外光和可見光。反紫外反射鏡優(yōu)選采用JGS1型光學(xué)石英玻璃。所 選用的反紫外透可見光紅外光膜要求能夠反射220 400nm的近紫外光，平均反射率要達(dá)到90%以上，同時(shí)，該膜還要對(duì)400 2500nm的可見光和紅外光有透過作用，平均透過率要 達(dá)到90%以上。 上述組成部分之間的位置關(guān)系如下 光源位于聚光鏡的第一焦點(diǎn)處(即近焦點(diǎn)處)，光學(xué)積分器位于聚光鏡的第二焦 點(diǎn)處(即遠(yuǎn)焦點(diǎn)處)。準(zhǔn)直鏡位于光學(xué)積分器的出射光路上，且它們之間的距離等于準(zhǔn)直鏡 的焦距。光源、第一焦點(diǎn)、第二焦點(diǎn)、準(zhǔn)直鏡焦點(diǎn)位于同一軸線。反紫外反射鏡位于準(zhǔn)直鏡 的出射光路上，或者位于聚光鏡與光學(xué)積分器之間，或者位于光學(xué)積分器與準(zhǔn)直鏡之間。并 且反紫外反射鏡的鏡面要和光路系統(tǒng)的光軸成45°角，使反射后的近紫外光照射在待測試 的航天材料樣品上。反紫外透可見光紅外光膜鍍制在反紫外反射鏡的光線入射面上。
當(dāng)進(jìn)行近紫外輻照測試時(shí)，通過準(zhǔn)直鏡的近紫外光被反紫外反射鏡反射至航天材 料樣品上，而可見光和紅外光將透過反紫外反射鏡。由此達(dá)到了過濾紅外光和可見光的作 用。 有益效果 本發(fā)明裝置對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)，通過采用鍍有反紫外透可見光紅外光膜的反紫外反射 鏡替代水冷濾光器，對(duì)設(shè)備的改動(dòng)不大，工藝要求低，近且紫外光反射率高，同時(shí)冷卻要求 大幅降低，降低了成本。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的紫外輻照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及光路示意圖； 圖2為本發(fā)明具體實(shí)施方式
中的過濾紅外光和可見光裝置的結(jié)構(gòu)組成及光路示 意圖； 圖3為本發(fā)明具體實(shí)施方式
中所述反紫外透可見光紅外光膜的性能測試示意圖。
其中，1-光源、2_橢球聚光鏡、3_光學(xué)積分器、4_準(zhǔn)直鏡、5_反紫外反射鏡、6-反 紫外透可見光紅外光膜、7-航天材料樣品，8_近紫外光路方向、9-紅外光及可見光光路方 向。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式做進(jìn)一步詳細(xì)說明。 —種近紫外輻照設(shè)備中過濾紅外光和可見光的裝置，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括光 源1、橢球聚光鏡2、光學(xué)積分器3、準(zhǔn)直鏡4、反紫外反射鏡5和反紫外透可見光紅外光膜6。 橢球聚光鏡2、光學(xué)積分器3、準(zhǔn)直鏡4組成光路系統(tǒng)。
其中，光源1可采用高壓氙燈或汞氙燈。
反紫外反射鏡5采用JGS1型光學(xué)石英玻璃。 反紫外透可見光紅外光膜6鍍制在反紫外反射鏡5的光線入射面上，兩者一起用 于反射紫外光，透過紅外光和可見光。反紫外透可見光紅外光膜5要求能夠反射220 400nm的近紫外光，平均反射率要達(dá)到90%以上，同時(shí)，該膜還要對(duì)400 2500nm的可見光 和紅外光有透過作用，平均透過率要能夠達(dá)到90%以上。該膜優(yōu)選采用如下結(jié)構(gòu)在真空 條件下，首先在反紫外反射鏡5的光線入射面上鍍制一層氧化鉿膜，再在氧化鉿膜上鍍制 一層氧化硅膜，再在氧化硅膜上鍍制一層氧化鉿膜，如此交替鍍制直至總膜層數(shù)不少于50層，且總膜層厚度在2 m 4 m之間，此種結(jié)構(gòu)的膜即可作為反紫外透可見光紅外光膜6， 經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，其反射波段為220 400nm，該波段的平均反射率為95%，透過波段為400 2500nm，該波段的平均透過率為90%，如圖3所示。
上述組成部分之間的位置關(guān)系如下 光源1位于橢球聚光鏡2的第一焦點(diǎn)處(即近焦點(diǎn)處)，光學(xué)積分器3位于橢球聚 光鏡2的第二焦點(diǎn)處(即遠(yuǎn)焦點(diǎn)處)。準(zhǔn)直鏡4位于光學(xué)積分器3的出射光路上，且它們之 間的距離等于準(zhǔn)直鏡4的焦距。光源1、第一焦點(diǎn)、第二焦點(diǎn)、準(zhǔn)直鏡3焦點(diǎn)位于同一軸線。 反紫外反射鏡5位于準(zhǔn)直鏡3的出射光路上，或者位于橢球聚光鏡2與光學(xué)積分器3之間， 或者位于光學(xué)積分器3與準(zhǔn)直鏡4之間。并且反紫外反射鏡5的鏡面要和光路系統(tǒng)的光軸 成45°角，使反射后的近紫外光照射在待測試的航天材料樣品7上。反紫外透可見光紅外 光膜6鍍制在反紫外反射鏡5的光線入射面上。 當(dāng)進(jìn)行近紫外輻照測試時(shí)，通過準(zhǔn)直鏡3的近紫外光被反紫外反射鏡5反射至航 天材料樣品7上，而可見光和紅外光將透過反紫外反射鏡5。由此達(dá)到了過濾紅外光和可見 光的作用。
權(quán)利要求
一種近紫外輻照設(shè)備中過濾紅外光和可見光的裝置，包括光源(1)、聚光鏡(2)、光學(xué)積分器(3)、準(zhǔn)直鏡(4)，聚光鏡(2)、光學(xué)積分器(3)、準(zhǔn)直鏡(4)組成光路系統(tǒng)；光源(1)位于聚光鏡(2)的第一焦點(diǎn)處，光學(xué)積分器(3)位于聚光鏡(2)的第二焦點(diǎn)處；準(zhǔn)直鏡(4)位于光學(xué)積分器(3)的出射光路上，且它們之間的距離等于準(zhǔn)直鏡(4)的焦距；光源(1)、第一焦點(diǎn)、第二焦點(diǎn)、準(zhǔn)直鏡3焦點(diǎn)位于同一軸線；其特征在于，該裝置還包括反紫外反射鏡(5)和反紫外透可見光紅外光膜(6)；反紫外透可見光紅外光膜(6)鍍制在反紫外反射鏡(5)的光線入射面上，兩者一起用于反射紫外光，透過紅外光和可見光；所選用的反紫外透可見光紅外光膜(5)要求能夠反射220～400nm的近紫外光，平均反射率要能夠達(dá)到90％以上，同時(shí)，該膜還要對(duì)400～2500nm的可見光和紅外光有透過作用，平均透過率要能夠達(dá)到90％以上；上述組成部分之間的位置關(guān)系如下反紫外反射鏡(5)位于準(zhǔn)直鏡(3)的出射光路上，或者位于橢球聚光鏡(2)與光學(xué)積分器(3)之間，或者位于光學(xué)積分器(3)與準(zhǔn)直鏡(4)之間，并且反紫外反射鏡(5)的鏡面要和光路系統(tǒng)的光軸成45°角，使反射后的近紫外光照射在待測試的航天材料樣品(7)上。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種近紫外輻照設(shè)備中過濾紅外光和可見光的裝置，其特征在 于，反紫外反射鏡(5)采用JGS1型光學(xué)石英玻璃。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的一種近紫外輻照設(shè)備中過濾紅外光和可見光的裝置，其特 征在于，所述反紫外透可見光紅外光膜(6)采用如下結(jié)構(gòu)在真空條件下，首先在反紫外反 射鏡(5)的光線入射面上鍍制一層純度不小于99%的氧化鉿膜，再在氧化鉿膜上鍍制一層 純度不小于99%氧化硅膜，再在上述氧化硅膜上鍍制一層純度不小于99%氧化鉿膜，如此 交替鍍制直至總膜層數(shù)不少于50層，且總膜層厚度在2 ii m 4 ii m之間。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種近紫外輻照設(shè)備中過濾紅外光和可見光的裝置，屬于航天器空間環(huán)境地面模擬測試技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括光源、聚光鏡、光學(xué)積分器、準(zhǔn)直鏡、反紫外反射鏡和反紫外透可見光紅外光膜；反紫外透可見光紅外光膜鍍制在反紫外反射鏡的光線入射面上，兩者一起用于反射紫外光，透過紅外光和可見光。本發(fā)明裝置對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)，通過采用鍍有反紫外透可見光紅外光膜的反紫外反射鏡替代水冷濾光器，對(duì)設(shè)備的改動(dòng)不大，工藝要求低，且紫外光反射率高，同時(shí)冷卻要求大幅降低，降低了成本。
文檔編號(hào)F21V13/00GK101694287SQ20091023575
公開日2010年4月14日 申請(qǐng)日期2009年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月13日
發(fā)明者張洪鵬, 楊生勝, 王云飛, 田海, 薛華 申請(qǐng)人:中國航天科技集團(tuán)公司第五研究院第五一〇研究所;