用自制总积分散射仪评估SiC基底表面改性效果

　　1　引　言

　　空间光学成像系统对宽光谱、长焦距和大口径的要求日益迫切,与此同时对成像系统的质量要求也越来越高,SiC材料凭借其优异的物理特性已经成为 空间光学系统反射镜镜体制备的首选材料[1-5]。目前,工程上较为常用的SiC坯体制备方法有反应烧结法(RB-SiC)和常压烧结法(S-SiC), 但由于制备工艺尚不完善,会在基底中形成多相成分(如RB-SiC)或产生较高气孔率(如S-SiC),直接抛光后基底表面仍存在较多的缺陷和较大的气孔 率,无法获得较高质量的光学表面[6],这种情况必然会对入射光产生较强的散射效应,降低光学表面的反射率,从而使整个光学系统无法实现较高的成像质量。 因此,为保证SiC基底反射镜在空间光学成像系统的正常应用,必须解决基底表面的散射损耗问题,而表面改性即是解决这一问题的主要手段。

　　表面改性是在SiC基底表面生长一层与基底结合牢固的致密的改性涂层(Si或SiC)[7],改性涂层的性能要满足光学抛光的要求,然后再对表 面涂层进行光学精抛光,通过这种方法可以在SiC基底上获得较为理想的光学表面,降低表面散射损耗,大大提高反射表面的光学性能,从而满足高质量空间光学 系统的应用需求[8]。经过表面改性的SiC基底反射镜的光学性能如何,能否满足光学系统性能指标要求,还需要用合理有效的检测方法进行评估。SiC基底 反射镜表面改性的评估方法有很多,本文涉及的散射损耗评估就是其中一种有效的评估方法。利用总积分散射仪可以方便快捷的检测出改性过程中基底表面的散射损 耗的大小和变化,从而获知改性过程中基底表面的光学性能,指导改性工作的顺利开展。

　　2　散射分析

　　2.1　散射对光学系统的影响

　　散射特性的决定因素是基体材料和表面粗糙度[9]。由于烧结SiC基底的表面特性,即使直接镀制反射膜(如Ag或Al)后,也会由于基底表面存 在较强的散射,反射率仍不十分理想。而对于一个光学系统而言,光学表面散射较大,即会降低整个系统传递的总能量,从而降低系统的信噪比,使光学系统无法达 到较高的性能[10-11]。对于成像光学系统,杂散光会增加像面上的噪声,降低像面的对比度和调制传递函数,使整个像面的层次减少、清晰度变坏、能量分 布混乱甚至形成杂光斑点,严重时使目标信号完全被杂散辐射噪声所淹没[9,12-13]。尤其对于成像能量微弱的星载光学系统,杂散光会对系统性能产生重 大影响,杂散光问题已成为制约空间光学系统性能的主要障碍之一[14]。因此,SiC作为空间用光学系统反射镜基底的首选材料,要保障其正常应用,必须设 法降低其基底表面的散射损耗,提高表面的光学质量。