[发明专利]镧冕LaK3系列空间耐辐照光学玻璃及其制备方法

说明书

本发明涉及一种主要用于航天空间星载星敏感器光学系统的镧冕LaK3系列空间耐辐照光学玻璃及其制备方法。该系列空间耐辐照光学玻璃的原料成分及质量分数为：10‑13％的SiO₂、13‑17％的B₂O₃、11‑14％的Al₂O₃、0.5‑4％的ZnO、0.5‑3％的ZrO₂、51‑55％的La₂O₃、1.5‑6％的Y₂O₃、0.3‑1.5％的CeO₂。本发明提供的镧冕LaK3系列空间耐辐照光学玻璃具有高耐辐照性能，能够满足空间光学星敏感器光学系统在太空环境中长期耐受高剂量累积辐照，可满足其在空间中高轨道、10～25年使用寿命的要求。

技术领域

本发明涉及一种主要用于航天空间星载星敏感器光学系统的镧冕LaK3系列空间耐辐照光学玻璃及其制备方法。

背景技术

航天空间星载光学星敏感器在空间航天飞行器的精确姿态信息获取与姿态控制方面发挥着关键作用。光学星敏感器通过光学系统凝视将星空成像在探测器上，所成星象质量需要满足空间航天飞行器长期在轨、姿态测量高精度需求。

对于中高轨道卫星，需要有一种能够适合中高轨道10年以上甚至满足25年寿命需求的星敏感器光学系统。由于太空空间环境中，高能量射线与粒子的长期累积空间辐射效应将导致普通牌号光学玻璃设计构成的星敏感器光学系统透过率快速衰减至不透光，系统成像质量降低甚至无法使用。国内因缺少空间光学星敏感器光学系统的抗辐照性能革新设计与加固所需的高品质耐辐照光学玻璃材料，之前尚无此类长寿命(空间中高轨道、15至25年使用寿命)光学系统。

国内耐辐照光学玻璃材料品种单一，使得中高轨道、长寿命航天空间载荷光学系统的抗辐照能力设计与星载星敏感器关键性能提升受制于光学系统可选用的光学玻璃材料，因而航天空间星载星敏感器光学系统的设计难度大大增加，制约了我国在中高轨道、长寿命空间光学系统与空间光学载荷技术方面的发展。

空间光学星敏感器多采用透射式或折返式光学系统，光学系统由一组折射率、色散不同的光学玻璃材料加工而成的正、负透镜组合构成。其中，利用高折射率低色散的镧冕系(LaK)耐辐照玻璃材料，与重火石系(ZF)耐辐照玻璃材料组成正负透镜结合，用于空间星敏感器光学系统的像差平衡和优化设计，在校正弥散斑能量质心色偏差、提高空间光学星敏感器成像性能的同时，有效提高空间光学星敏感器的空间抗辐射性能。

传统的LaK3光学玻璃含有氧化镉(CdO)等有毒重金属氧化物。环保无毒的LaK3光学玻璃大部分用氧化钛(TiO₂)、五氧化二铌(Nb₂O₅)等无毒重金属氧化物取代有毒的氧化镉。传统的LaK3光学玻璃及环保LaK3光学玻璃在空间辐照累积作用下其透过率都会下降，故不能用于空间辐照环境高总剂量效应的使用环境下。

发明内容

为了解决目前国内耐辐照光学玻璃材料品种单一给航天空间星载、长寿命星敏感器光学系统设计中耐辐射透镜材料选型带来的难题，本发明提供一种高折射率、低色散的镧冕LaK3系列空间耐辐照光学玻璃及其制备方法。

本发明的技术解决方案是：一种镧冕LaK3系列空间耐辐照光学玻璃，其特殊之处在于：原料成分环保无毒，质量配比为：10-13％的SiO₂、13-17％的B₂O₃、11-14％的Al₂O₃、0.5-4％的ZnO、0.5-3％的ZrO₂、51-55％的La₂O₃、1.5-6％的Y₂O₃、0.3-1.5％的CeO₂。