紅外探測技術(shù)由于其非接觸性、安全性強(qiáng)、準(zhǔn)確度高及高效等優(yōu)點(diǎn)在氣象預(yù)測、軍事偵察、機(jī)場安檢、醫(yī)療檢查、環(huán)境監(jiān)測、對(duì)地成像等方面得到了廣泛應(yīng)用，目前在如何提高紅外成像準(zhǔn)確性這一問題上的研究還比較缺乏，這對(duì)提升紅外成像探測準(zhǔn)確性具有重要作用。

在此，中南大學(xué)超快激光微納制造團(tuán)隊(duì)利用飛秒激光直寫技術(shù)制備了一種具有多孔納米線結(jié)構(gòu)的玻璃表面，并證實(shí)了這一表面對(duì)提高紅外熱成像準(zhǔn)確性的有效性，提出了一種提高紅外發(fā)射率的方法。該研究以題為“Femtosecond laser textured porous nanowire structured glass for enhanced thermal imaging”的論文作為封面論文發(fā)表在《Chinese Optics Letters》期刊上。

該工作介紹的多孔納米線結(jié)構(gòu)玻璃是由華日激光生產(chǎn)的飛秒激光器（HR-Femto-IR-50-40B）利用飛秒激光直寫技術(shù)作用于玻璃表面制備產(chǎn)生的，微納結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生使得可見光的吸收率和紅外光的發(fā)射率都得到了一定的提高。

圖1（a）玻璃單面激光燒蝕的示意圖以及加工前后的光學(xué)原理（左下部分）；（b） 激光處理玻璃的3D地形圖和截面高度圖

這是由于加工表面光散射能力的增強(qiáng)，加工后的玻璃（LTG）較未處理的玻璃（UTG）其可見光透過率降低16%~51%，該粗糙結(jié)構(gòu)使得吸收率增加了8%~16.4%。同時(shí)，在紅外波長范圍內(nèi)，其表面發(fā)射率也明顯增強(qiáng)。該項(xiàng)工作展示了飛秒激光直寫技術(shù)在玻璃表面燒蝕產(chǎn)生的多孔納米線結(jié)構(gòu)在發(fā)射率調(diào)制方面的潛力及其在紅外熱成像中的應(yīng)用，并且該加工方法簡單、快速、環(huán)保，適用于多種透明介質(zhì)材料表面的微納結(jié)構(gòu)制造，為材料表面紅外輻射率的調(diào)控提供了可能。

為更直觀展示LTG對(duì)提高紅外圖像的效果，進(jìn)行了如圖2所示實(shí)驗(yàn)。當(dāng)溫度設(shè)定為150℃時(shí)，未加工和加工區(qū)域均在前60 s 迅速升溫，在大約110 s后趨于穩(wěn)定。由于加工區(qū)域的發(fā)射率更高，所以在這個(gè)過程中LTG表面的溫度始終高于UTG表面的溫度。將尺寸完全相同（2×2 cm2）的LTG和UTG同時(shí)放在手掌時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)LTG的紅外測試溫度與手表面溫度比較接近，有效提高了紅外熱成像的效果。

圖2 （a）紅外熱成像實(shí)驗(yàn)裝置；（b） 加工有F字圖案玻璃的紅外熱成像；（c） 加工和未加工玻璃表面溫度隨時(shí)間變化；（d）加工前后的玻璃放在手上時(shí)的紅外熱成像對(duì)比

【小結(jié)】采用一步飛秒激光直寫技術(shù)制備了具有多孔納米線結(jié)構(gòu)的玻璃。由于微/納米結(jié)構(gòu)，如納米腔（直徑約200-500nm）和納米線出現(xiàn)在表面，在可見光和紅外波長范圍內(nèi)，吸收率和發(fā)射率都得到了提高。在同一溫度背景下LTG的紅外圖像溫度比UTG更準(zhǔn)確，這項(xiàng)工作為增強(qiáng)熱成像提供了一種新的方法。

作者 | 吳婷妮

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