一种高折射率GRIN红外透镜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高折射率GRIN红外透镜及其制备方法，高折射率GRIN红外透镜，其组成为Ge

【技术实现步骤摘要】
一种高折射率GRIN红外透镜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种高折射率GRIN红外透镜及其制备方法，属于红外光学材料


技术介绍

[0002]随着红外探测技术的发展和国防对红外光学材料的需求，基于现有红外材料的光学透镜由于体积大、重量重、成本高，已不能满足舰载或便携式成像系统轻量化设计(尺寸、重量、性能)的要求。为了减轻重量并为设计提供额外的光学自由度，提出了一种用于红外光学的高折射率GRIN透镜，它可以将沿轴向传输的光进行折射，并逐渐减小折射率沿径向的分布。从红外光学理论设计结果可以知道，在保持同样的热成像效果下，采用轴向梯度折射率红外透镜能够减少镜片数量，并大大降低镜片尺寸，减小光学系统的重量与尺寸。然而，目前红外梯度折射率光学镜片在市场仍较为罕见，大多停留在实验室研究阶段。
[0003]宁波大学林等人通过控制析晶的方法获得了一种梯度折射率红外硫系玻璃陶瓷，通过析出Ga2Se3纳米晶或In2Se3纳米晶，获得的梯度折射率材料的折射率差Δn可达0.20，但其材料本身的折射率仅为2.6
‑
2.7。法国雷恩第一大学Xiang
‑
hua Zhang教授和美国中弗罗里达大学的Richardson教授也都采用控制析晶的方式制备了IR
‑
GRIN，获得的折射率分布受析出的晶粒决定，往往是边缘高中心低，难以实现自聚集透镜；此外，这种方法对温度场要求极高，制备的玻璃陶瓷含有大量晶粒，会带来额外的瑞利散射，导致镜片的透过率下降。
[0004]在光学设计中，使用高折射率镜片，在透镜外形固定不变时可以使得焦距变小，缩短光程和镜头尺寸。在相同焦距时，使用高折射率材料的镜片更薄更轻。因此，开发更高折射率的GRIN透镜是很有必要的。

技术实现思路

[0005]针对现有高折射率红外光学材料的匮乏及光学系统轻量化的需求，本专利技术提供一种10μm处折射率高于3.1、工作范围在2
‑
18μm的高折射率GRIN透镜，可减轻红外光学系统重量和体积，为光学设计提供更为灵活的光学自由度；制备简单、易控制，成本低，易于大规模生产。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0007]一种高折射率GRIN红外透镜，其组成为Ge
a
As
b
Se
c
Te
d
，其中，a的取值范围为9～18，b的取值范围为17～66.5，c的取值范围为5～16，d的取值范围为19～66.5；高折射率GRIN红外透镜的折射率大于3.1，高折射率GRIN红外透镜的折射率沿轴向呈渐变分布。
[0008]优选，a的取值范围为9.5～18，b的取值范围为19～57，c的取值范围为5～14，d的取值范围为25.8～66.5；或者，a的取值为,9.5，b的取值为19
‑
66.5，c的取值为5，d的取值范围为19
‑
66.5；或者，a的取值为17.2，b的取值为17.2，c的取值为10.5～16，d的取值范围为49.6～55.1。
[0009]上述高折射率GRIN红外透镜由6种高折射率红外玻璃按照折射率由低到高的顺序堆叠在一起，经过热压、扩散形成；6种高折射率红外玻璃10μm处折射率均大于3.1。
[0010]为了提高GRIN红外透镜的光学性能，作为其中一种优选的具体方案，6种高折射率红外玻璃的组成分别为Ge
9.5
As
19
Se5Te
66.5
、Ge
9.5
As
38
Se5Te
47.5
、Ge
9.5
As
41.5
Se5Te
38
、Ge
9.5
As
57
Se5Te
28.5
、Ge
18
As
45
Se
10
Te
27
和Ge
17.2
As
43
Se
14
Te
25.8
，6种高折射率红外玻璃10μm处折射率分别为3.4589、3.3766、3.3079、3.2487、3.1952和3.1355。此种方案制得产品的折射率差Δn达到0.3234。
[0011]作为另一种实现方案，6种高折射率红外玻璃的组成分别为Se5(Ge
0.10
As
0.20
Te
0.70
)
95
、Se5(Ge
0.10
As
0.30
Te
0.60
)9、Se5(Ge
0.10
As
0.40
Te
0.50
)
95
、Se5(Ge
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As
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Te
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95
和Se5(Ge
0.10
As
0.70
Te
0.20
)
95
，6种高折射率红外玻璃10μm处折射率分别为3.4589、3.4421、3.3766、3.3079、3.2487和3.1952。此种方案制得产品的折射率差Δn达到为0.2637。
[0012]作为另一种实现方案，6种高折射率红外玻璃的组成为Ge
17.2
As
17.2
Se
x
Te
(65
‑
x)
，其中，x＝10.5、12、13、14、14.5和16。6种具有高折射率的红外玻璃10μm处折射率分别为3.2580、3.2280、3.1953、3.1663、3.1532和3.1371，均大于3.1。
[0013]本专利技术所述的基于Ge
17.2
As
17.2
Se
x
Te
(65
‑
x)
系列玻璃的高折射率GRIN透镜，因为透过范围更广、折射率更高，且折射率轴向分布呈线性增加。与基于As2Se3为基质玻璃的GRIN透镜相比，本专利技术所述的高折射率GRIN透镜工作范围覆盖中红外区域，工作范围宽，能够适应更多工作环境，为光学设计提供了额外的自由度，包括提供额外的热或色差校正和轻量化设计。
[0014]为了进一步确保产品的光学性能，上述高折射率GRIN红外透镜的制备方法，包括如下具体步骤：
[0015]第一步骤：将6种高折射率红外玻璃加工成厚度和直径均相同的基质玻璃圆片、且进行表面精密抛光，表面粗糙度Ra<0.05；
[0016]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高折射率GRIN红外透镜，其特征在于：其组成为Ge
a
As
b
Se
c
Te
d
，其中，a的取值范围为9～18，b的取值范围为17～66.5，c的取值范围为5～16，d的取值范围为19～66.5；高折射率GRIN红外透镜的折射率大于3.1，高折射率GRIN红外透镜的折射率沿轴向呈渐变分布。2.如权利要求1所述的高折射率GRIN红外透镜，其特征在于：a的取值范围为9.5～18，b的取值范围为19～57，c的取值范围为5～14，d的取值范围为25.8～66.5；或者，a的取值为,9.5，b的取值为19
‑
66.5，c的取值为5，d的取值范围为19
‑
66.5；或者，a的取值为17.2，b的取值为17.2，c的取值为10.5～16，d的取值范围为49.6～55.1。3.一种高折射率GRIN红外透镜的制备方法，其特征在于：由6种高折射率红外玻璃按照折射率由低到高的顺序堆叠在一起，经过热压、扩散形成；6种高折射率红外玻璃10μm处折射率均大于3.1。4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：6种高折射率红外玻璃的组成分别为Ge
9.5
As
19
Se5Te
66.5
、Ge
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As
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As
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10
Te
27
和Ge
17.2
As
43
Se
14
Te
25.8
，6种高折射率红外玻璃10μm处折射率分别为3.4589、3.3766、3.3079、3.2487、3.1952和3.1355。5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：6种高折射率红外玻璃的组成分别为Se5(Ge
0.10
As
0.20
Te
0.70
)
95
、Se5(Ge
0.10
As
0.30
Te
0.60
)9、Se5(Ge
0.10
As
0.40
Te
0.50
)
95
、Se5(Ge
0.10
As
0.50
Te
0.40
)
95
、Se5(Ge
0.10
As
0.60
Te
0.30...

【专利技术属性】
技术研发人员：王劲，许银生，康彦，王国力，朱敏，
申请(专利权)人：南京波长光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：