全反射雷射防護鏡的製作方法

2023-09-17 04:21:30 2

專利名稱：全反射雷射防護鏡的製作方法
一種全反射雷射防護鏡本發明屬於抗雷射損傷的防護目鏡由於組成人眼的屈光媒質可以透過4000～1，4000A°的光波，使之在視網膜上聚焦後產生極高的光學增益，所以人的眼睛若被高強度雷射照射後，易造成程度不同的損傷，致使視力減退、視網膜受傷、白內障、甚至永久失明。有的雷射技術人員在工作中被雷射損傷了眼睛，有的國家已將雷射致盲武器裝備了部隊。為了保護雷射技術人員和指戰員的眼睛免受雷射損傷，歷年來，不少國家進行了雷射防護目鏡的研製工作，但多是採用玻璃濾色片和塑料濾色片製成的吸收式目鏡。在1964年美國光學學會春季會議上，美國光學公司的G.H.Swope等人首次介紹了用於防護釹玻璃雷射輻射的吸收式目鏡的研製，鏡片採用西德Schott光學玻璃公司生產的BG-18濾色玻璃製成。1975年，美國洛斯-阿拉莫斯國家實驗室(LANL)的D.C.Winburn等人採用Schott公司研製的KG-3濾色玻璃製成防護摻釹石榴石、釹玻璃等雷射輻射的目鏡，並將BG-18濾色玻璃製成防紅寶石雷射輻射的目鏡，產品由Fred-Reed和Glendale兩光學公司生產。D.C.Winburn又於1978年和1982年撰文介紹了這兩公司採用Schoot公司的KG-3、KG-5、BG-18、BG-38、GG-9等牌號的濾色玻璃生產、銷售的LGS型吸收式雷射防護鏡，及其在LANL的使用情況，GLendale公司還研製了染色塑料鏡片的防護鏡，比玻璃鏡片輕便，且價格低廉。
濾色玻璃或染色塑料鏡片都是依靠其強烈吸收雷射輻射能量而達到保護眼睛的目的，由於濾色玻璃對雷射有很高的吸收率，故其抗雷射熱衝擊破壞的能力亦很低，容易在較低的雷射能量下即被擊穿或炸裂。如LGS-NDGA型吸收式防護鏡在摻釹石榴石連續雷射器輸出的功率密度為22W/cm2的雷射照射下，20秒鐘後即產生損傷裂紋。同時，濾色玻璃或染色塑料鏡片雖可以通過增加厚度來提高光學密度，進而增高對雷射的衰減度，但是衰減度愈高，可見光的透明度亦愈低，致使工作人員佩戴防護鏡後影響正常工作。並且，濾色玻璃對氣候的適應性能及化學穩定性亦較差。幾年後，美國又報導了一種吸收一反射複合式雷射防護目鏡，專利號為3519339此種鏡的膜層結構為一個濾光片，雖對雷射輻射有較高的衰減能力，但由於其通帶只在5800A°附近的一個很窄的範圍內，造成可見光透明度很低，使工作人員佩戴後無法進行正常操作。
本發明旨在提供一種抗雷射破壞能力強，防護可靠，視覺透過率高，佩戴輕便的全反射式雷射防護鏡。
全反射雷射防護鏡是利用光學多層介質膜對光波波長可以有選擇地全反射和有選擇地透射的特點，採用真空蒸發技術，在平面光學玻璃鏡片上鍍以多層介質光學薄膜，並配以專用防護鏡架或鏡罩製成。它對雷射能量的透過率很低，而在整個可見光波段具有良好的透明度;並且在製造過程中，通過恰當地控制工藝條件，製成防護不同波長雷射的鏡片。由於它極大地反射雷射能量，而本身吸收能量甚少，所以其抗雷射熱衝擊能力強。在鍍制的鏡片表面再復蓋膠合上一塊與基片相同性質的玻璃蓋片，可進一步提高鏡片的化學穩定性，能夠承受軍事活動環境中氣候變化、溫度、溼度變化的影響，經久耐用，方便可靠，鑑於1981年頒布的雷射防護角度範圍的國際標準6161為0～30°(入射角)，為了兼顧對雷射的高反射和對可見光的高透過，並保證實現入射安全形，在鍍制時控制波長不在主波長處，而在主波長兩側適當的波長範圍內調整，便可以實現在遠大於人眼視區(60°)範圍內安全防護高功率雷射的輻射。
附圖
一是本發明雷射防護鏡的外形照片。
附圖二表示本發明雷射防護鏡鏡片的部分分解形式的橫截剖面圖。
下面就是本發明的一個最佳實施例如附圖二所示，本發明雷射防護鏡鏡片由以下三部分基片〔1〕，膜層〔2〕、〔3〕和蓋片〔4〕構成。基片〔1〕採用K-9玻璃平片，直徑為φ40～φ80mm，厚度為0.8～1.20mm，在鍍膜之前，對其用氧化鈰人工拋光處理。應用國產普通光學多層鍍膜設備，採用常規的真空蒸發技術，在玻璃基片〔1〕上依次交替蒸發硫化鋅〔2〕-氟化鎂〔3〕，鍍層共10～19層，其中，前6～15層膜每層光學厚度為λ/4，最後四層膜每層的光學厚度為1/8λ～6/8λ，最後四層膜層厚度的改變進一步提高了鏡片抗雷射損壞閾值。同時，為了兼顧鏡片對雷射的高反射和對可見光的高透過，並保證實現入射安全形，在鍍制時，控制波長在主波長λ±750A°範圍內調整。鍍制完畢的鏡片在320℃～380℃溫度下烘烤5～8小時後自然降溫。為了提高鏡片的化學穩定性，將烘烤完畢的鏡片，在10±2小時內，幹膜層表面上復蓋一片與基片〔1〕性質完全相同的玻璃蓋片〔4〕，周邊用環氧樹脂密封。或者，為了同時提高鏡片的化學穩定性及鏡片的光學密度，亦可將一片交替鍍有硫化鋅-氟化鎂膜層9～18層的介質膜蓋片，膜面對著膜面復蓋於鏡片上，周邊亦用環氧樹脂密封。眼罩材料採用有機矽橡膠或塑膠，可為各種面型的人員使用，並且佩戴後有足夠大的視區範圍和不影響已經佩戴的視力矯正鏡。
按上述工藝製作的雷射防護目鏡，以功率密度72W/cm2的連續摻釹石榴石雷射靠近照射1分鐘，鏡片完好無損;以脈寬小於20ns，輸出能量密度704mj/cm2的調Q脈衝摻釹石榴石雷射，取0～40°不同入射角測量雷射能量透過率，測得鏡片石雷射波長處的光學密度(OD值)為2.5～6.0，可見光波段5300～5800A°範圍內，鏡片的透過率大於80%，並能經受相對溼度100%條件及稀硫酸溶液中浸泡考驗。
該發明全反射雷射防護鏡可以防護摻釹石榴石、釹玻璃、五磷酸釹、紅寶石、氦-氖、氦-鎘、銅蒸汽、氬離子、砷化鎵、紅寶石-氦氖(合用)、氮分子等雷射輻射。在3000～14000A°的波長範圍內，不僅可以用於人眼的防護，並可用於光電傳感器、光電探測器的接收窗口不被強雷射破壞。
權利要求
1.一種全反射雷射防護鏡，它包括玻璃鏡片和鏡罩，本發明特徵在於，上述玻璃鏡片由三部分構成a.K-9玻璃平基片[1]；b.交替蒸發於基片[1]上的硫化鋅[2]-氟化鎂[3]膜層共10～19層；c.K-9玻璃平蓋片[4]復蓋於膜層上面，或者將交替蒸發硫化鋅-氟化鎂膜層9～18層的介質膜蓋片復蓋於膜層上面。
2.據權利要求1所述的雷射防護鏡，其特徵在於，上述基片〔1〕直徑為φ40～80mm，厚度為0.8～1.20mm，鍍膜之前經氧化鈰拋光處理。
3.據權利要求1所述的雷射防護鏡，其特徵在於，所述基片〔1〕表面上的蒸發鍍層，前6～15層膜層的光學厚度為λ/4，後4層膜層的光學厚度為1/8λ～6/8λ。
4.據權利要求1所述的雷射防護鏡，其特徵在於所述鏡片鍍膜時，控制波長在主波長λ±750A°範圍內調整。
5.據權利要求1，4所述的雷射防護鏡，其特徵在於，所述鏡片鍍制完後，在320～380℃溫度下烘烤5～8小時後自然降溫。
6.據權力要求1所述的雷射防護鏡，其特徵在於，上述蓋片〔4〕是在鏡片烘烤完畢後10±2小時內復蓋於膜層表面，周邊用環氧樹脂密封。
全文摘要
一種全反射雷射防護鏡，屬於抗雷射損傷的防護目鏡。本發明採用真空蒸發技術，在平面光學玻璃基片上鍍以多層介質光學薄膜，通過恰當控制鍍制工藝條件，使之對3000～14000範圍內的不同波長的雷射高反射，而在可見光波段5300～5800範圍內具有良好的透明度。本發明雷射防護鏡抗雷射破壞閾值高，化學穩定性好、佩戴輕便，能夠承受軍事活動環境中氣候變化、溫度、溼度變化的影響。該防護鏡還可用作光電傳感器、光電探測器的窗口不致被強雷射損壞。
文檔編號G02B5/28GK1034070SQ8710824
公開日1989年7月19日 申請日期1987年12月28日 優先權日1987年12月28日
發明者譚強, 欒桂榮 申請人:山東大學