隨著(zhù)人類(lèi)航天活動(dòng)的日益增多, 閃電給航天飛行器的發(fā)射和運行所帶來(lái)的危害也日益顯現出來(lái), 因此 ,對閃電的探測非常必要 。由于閃電的信號具 有非常窄的光譜范圍 ,所以閃電信號往往被淹沒(méi)在 強大的背景輻射之中。要實(shí)現對閃電的有效探測, 必須在光學(xué)系統中使用超窄帶濾光片 ,在獲取閃電 特征峰位信號的同時(shí)濾去周?chē)罅康谋尘拜椛? 從 而提高閃電探測的信噪比。

閃電的特征光譜如圖 1所示 。主要由多個(gè)離 散的尖峰組成 ,其中峰值最強的一個(gè)特征峰中心波 長(cháng)為 777. 4 nm ,因此 ,將閃電探測用超窄帶濾光片的 中心波長(cháng)設計為此波長(cháng), 濾光片的帶寬則需要綜合 考慮減少背景輻射對探測結果的影響以及獲得足夠 的閃電信號強度, 濾光片的帶寬要求為 1 nm

常規的超窄帶濾光片結構設計一般采用類(lèi)似于 Fabry- Perot 干涉儀的結構, 即在兩個(gè)高反射膜系中 間夾一個(gè)間隔層( 腔) ,反射膜系由四分之一中心波 長(cháng)的膜層組成 ,間隔層厚度為二分之一中心波長(cháng)的 整數倍。這種最簡(jiǎn)單的單腔結構濾光片性能較差, 通帶形狀為三角形。為滿(mǎn)足閃電探測使用要求, 超 窄帶濾光片設計采用兩腔或三腔結構 ,即利用耦合 層將多個(gè)單腔結構組合起來(lái), 以得到接近矩形的通帶。對于多腔結構, 濾光片的帶寬主要決定于膜層 材料折射率、 膜系結構和周期數、 間隔層材料和結構 以及耦合層的材料和結構。在初步設計結果確定 后,通過(guò)調節間隔層和耦合層參數 ,可以對濾光片的 帶寬進(jìn)行微調以得到滿(mǎn)足設計要求的結果。。

介質(zhì)濾光片一個(gè)主要缺點(diǎn)是 ,隨著(zhù)入射角的變 化,中心波長(cháng)將向短波方向發(fā)生漂移。圖 5 所示為 一個(gè)雙腔 Fabry-Perot 型濾光片的中心波長(cháng)漂移與入 射角的關(guān)系 ?？梢钥闯? 采用高折射率材料作為間 隔層, 可以得到較小的中心波長(cháng)漂移 , 因此, 在設計 時(shí),應盡量采用高折射率材料作為間隔層,以得到盡 可能小的中心波長(cháng)漂移。

在斜入射的情況下, 超窄帶濾光片的光譜特性 發(fā)生的另一個(gè)變化是 s 偏振光和 p 偏振光產(chǎn)生分 離。產(chǎn)生分離的原因主要有兩個(gè)方面: 一方面 ,由于 s偏振光的透射率低于 p 偏振光, 因此 s 偏振光的通 帶寬度小于 p 偏振光 ; 另一方面 ,膜系在 s 偏振和 p 偏振情況下的等效折射率不同 ,使兩個(gè)偏振分量的 峰值波長(cháng)不再重合 。濾光片的帶寬越窄, 這種分離 也越明顯 。研究表明 ,在傾斜入射時(shí),以高折射率材 料作為間隔層的濾光片, s偏振分量的中心波長(cháng)比 p 偏振分量向短波方向的漂移量更大, 而以低折射率 材料作為間隔層的濾光片 ,則剛好相反 。因此 ,可以 預計, 如果間隔層同時(shí)由高、低折射率兩種材料構 成,則可能使兩種偏振分量的中心波長(cháng)分離程度減 小。研究結果證明了這個(gè)假設 。