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飞秒激光制备玻璃热辐射增强表面
材料来源:Huaray Laser 华日激光           录入时间:2023/6/7 23:58:09

红外探测技术由于其非接触性、安全性强、准确度高及高效等优点在气象预测、军事侦察、机场安检、医疗检查、环境监测、对地成像等方面得到了广泛应用,目前在如何提高红外成像准确性这一问题上的研究还比较缺乏,这对提升红外成像探测准确性具有重要作用。

在此,中南大学超快激光微纳制造团队利用飞秒激光直写技术制备了一种具有多孔纳米线结构的玻璃表面,并证实了这一表面对提高红外热成像准确性的有效性,提出了一种提高红外发射率的方法。该研究以题为“Femtosecond laser textured porous nanowire structured glass for enhanced thermal imaging”的论文作为封面论文发表在《Chinese Optics Letters》期刊上。

该工作介绍的多孔纳米线结构玻璃是由华日激光生产的飞秒激光器(HR-Femto-IR-50-40B)利用飞秒激光直写技术作用于玻璃表面制备产生的,微纳结构的产生使得可见光的吸收率和红外光的发射率都得到了一定的提高。

图1(a)玻璃单面激光烧蚀的示意图以及加工前后的光学原理(左下部分);(b) 激光处理玻璃的3D地形图和截面高度图

这是由于加工表面光散射能力的增强,加工后的玻璃(LTG)较未处理的玻璃(UTG)其可见光透过率降低16%~51%,该粗糙结构使得吸收率增加了8%~16.4%。同时,在红外波长范围内,其表面发射率也明显增强。该项工作展示了飞秒激光直写技术在玻璃表面烧蚀产生的多孔纳米线结构在发射率调制方面的潜力及其在红外热成像中的应用,并且该加工方法简单、快速、环保,适用于多种透明介质材料表面的微纳结构制造,为材料表面红外辐射率的调控提供了可能。

为更直观展示LTG对提高红外图像的效果,进行了如图2所示实验。当温度设定为150℃时,未加工和加工区域均在前60 s 迅速升温,在大约110 s后趋于稳定。由于加工区域的发射率更高,所以在这个过程中LTG表面的温度始终高于UTG表面的温度。将尺寸完全相同(2×2 cm2)的LTG和UTG同时放在手掌时,可以发现LTG的红外测试温度与手表面温度比较接近,有效提高了红外热成像的效果。

图2 (a)红外热成像实验装置;(b) 加工有F字图案玻璃的红外热成像;(c) 加工和未加工玻璃表面温度随时间变化;(d)加工前后的玻璃放在手上时的红外热成像对比

【小结】采用一步飞秒激光直写技术制备了具有多孔纳米线结构的玻璃。由于微/纳米结构,如纳米腔(直径约200-500nm)和纳米线出现在表面,在可见光和红外波长范围内,吸收率和发射率都得到了提高。在同一温度背景下LTG的红外图像温度比UTG更准确,这项工作为增强热成像提供了一种新的方法。

作者 | 吴婷妮

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