红外光学（共5篇）
红外光学 篇1
为防止目标被探测或识别,必须对目标进行伪装处理,本系统是四波段(UVB、可见光、中波红外和长波红外)伪装效果检测系统,本文是对3μm-5μm中红外波远距离伪装效果检测的光学进行设计。
1 目标红外辐射源
目标红外辐射源的探测与自然红外辐射源密切相关,地球表面的热辐射有地球本身的热辐射和反射的太阳辐射两部分组成[1,2,3]。每一种分布都有两个峰值,一个在波长λ=0.5μm处,另一个在λ=10μm区域,在3μm-5μm之间有一个极小值。在军用设备导弹、坦克等发动机尾喷管,产生大量热辐射,这些热辐射的峰值集中在中红外波(3μm-5μm)波段。
2 技术指标和外形尺寸计算
2.1 技术指标
工作波段:3μm-5μm;探测距离:2000m;视场角:2ω=5°。
2.2 外形尺寸计算
在中红外波成像系统的设计中,采用320×256制冷型平面焦平面探测器。探测器主要技术参数为:探测器材料选用Hg CdTe像素320×256,像元尺寸30μm,响应波段3μm-5μm。
由系统的参数可知:成像尺寸:9.6mm×7.68mm;半对角线尺寸:
由ymax=-f′tanω,相对孔径D/f′=1∶2,则f′=140.8mm,D=70.4mm;数据规整后,f′=140mm,D=70mm。由y′=yβ=yf′/x,则可得到地面收容面积:
3 镜头类型和像差校正
3.1 选用镜头类型
在摄影镜头类型中,匹兹万适用于相对孔径大,视场角偏小。由系统的相对孔径1∶2,视场角2ω=5°,所以采用匹兹万镜头结构,布局图如图1所示,其初始结构中的球差很大。
3.2 像差分析和结论
匹兹万镜头是由两个分开的正光组透镜构成,该物镜曲率半径比较大;但两组分开(两正光焦度分开),场曲却增大了;要校正场曲,则球差与彗差就会增大。因此该镜头对球面和色差可以校正的很好,但却存在严重的场曲现象。本文在校正像差时把前后两组双胶合改为双分离式的。虽然在校正像差方面稍有提高,但是仍然存在较大的场曲,为了很好的校正结构中存在的场曲,镜头在焦面附近加了一个负场镜,校正场曲。
从校正好的光学系统的像差曲线来看,本设计的MTF接近衍射极限,能量比较集中(图2),球差得到了很好的校正(图3),尤其是本系统中比较难校正的像散和场曲,这里都得到了很好地消除。
4 结语
本文对中波红外成像系统的设计达到了其要求的技术指标,实现了远距离目标探测,并达到了接近衍射极限像质,从而达到检测中波红外伪装效果。虽然匹兹万镜头有结构总长较长的缺陷,但由于本系统对长度和重量要求不高,所以不会造成影响。
摘要：本设计可用于中红外波伪装效果的检测,它以中红外波光学成像为原理,通过分析目标辐射源和计算外形尺寸,确定镜头初始结构,校正像差,使辐射源清晰地成像在探测器上,完成检测。
关键词：伪装效果检测,中红外波光学成像,目标辐射源,探测器
参考文献
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红外甲烷传感器光学气室设计 篇2
红外气体传感器以其检测精度高、检测范围宽、重复性好、不易老化等优点,广泛应用于矿井安全、石油勘探、污染源监测、大气物理等领域中[1,2]。红外气体传感器基于气体分子吸收红外光谱的原理而设计。红外光谱吸收法是利用双原子分子对红外光具有特定吸收峰这一特性来实现的,也就是说某种气体只对应吸收某一波段处的红外光能量,该波段称为这一气体的特定红外吸收峰。它并不与其他气体的吸收峰干扰,而气体吸收的能量与气体在红外光区内的体积分数有关[3,4,5]。红外气体传感器中光学气室就是将红外光源、热释电探测器及气室腔集成到一起的组合体,其设计直接影响检测传感器的响应时间、分辨率、精度和稳定性等性能,因此,气室结构设计是检测传感器性能最重要的部分。本文以红外甲烷传感器为例,介绍光学气室的设计方法,并通过实验测试了光学气室对传感器检测信号的影响,为热释电型红外气体传感器的研制提供了依据。
1 红外光学气室设计
图1为红外甲烷传感器的结构,主要由吸收红外探测器、红外发射光源和光学气室[3] 3个部分构成。红外探测器选用PYS3228双滤光片热释电红外气体探测器,红外光源选择IR-715,该红外光源属于热辐射型光源,辐射强度大,尺寸小,半径仅为1.6 mm,辐射波长范围广,适用于碳氢化合物(3～5 μm)的测量[6,7,8]。
1.1 光学气室设计和加工原则
(1) 为保证红外光源尽可能多地被反射到热释电探测器上,光学气室的内壁要保证足够的光滑度及稳定的性能,不吸收有效红外辐射,不与被检测气体反应。本文中光学气室内壁材料选用黄铜镀金。
(2) 为保证传感器的便携式及红外辐射能多次穿过被测气体,光学气室的光路设计成反射式,这样相对增加了光程的距离,从而提高了传感器的检测精度。但考虑到光线能量的损失影响,光线选择在气室中折射4～6次为最佳[9]。
(3) 为了减小灰尘、水汽、污垢等对传感器的影响,气室应为密封结构,只留些供气体交换的小孔,以保证气体有较高的灵敏度。在设计加工光学气室时要进行防尘防水处理。在光学气室的进气处加装防护罩,防护罩包含了0.2 mm孔的防静电网和0.45 μm孔的聚四氟乙烯膜。防静电网起消除静电和隔离火花的作用,聚四氟乙烯膜具有耐腐蚀、耐火、不吸水和油等优点[10,11,12]。
1.2 气室参数的确定
在实际应用中,气室的长度是根据待测气体的组分和种类而确定的,是在线性刻度范围内选择最长的气室长度,同时又要保证传感器的检测精度,这就需要确定气室的最优光程长度,即在有效波长红外光谱中携带足够的信息,满足气体吸收后到达探测器的红外光足够强,使探测器输出实际可用信号。确定气室的最优光程长度是进行光学气室设计的首要工作。根据Lambert-Beer定律[13]和红外气体吸收光谱[14],红外甲烷传感器气室的最优光程长度为60 mm。以下为具体计算过程。
由Lambert-Beer定律:
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式中:I为出射光强度;I0为入射光强度;L为光程长度;C为待测气体体积分数;-k(λ)为吸收截面数。
设最优光程长度D=CL,由式(1)可得
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设传感器的最小分辨率undefined,则有
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得
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查甲烷红外吸收光谱图[15],可得:标准谱光程长度Dbzp=96 mm,甲烷的最佳波数吸光度A=0.016。由于
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则
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在常温环境下,将不同直径的气室放在实验配气设备中,测试其响应时间,结果见表1。
由表1可知,在气室光程长度一定的情况下,气室直径在10～30 mm时对红外甲烷传感器的响应时间影响不大。气室直径太大或太小都会影响气体对光谱的吸收度,从而对传感器造成一定的影响。因此,选择气室直径为20 mm。图2为光学气室的剖视图。
2 实验结果分析
选用RCS2000(A)计算机自动配气系统,对基于上述气室结构的红外甲烷传感器进行标定实验,同时检测其性能。配气系统采用国外最先进的配气技术,具备配气精度高、操作简单、配气效率高、稳定性好、配气功能强等优势,可配制出高精度、高质量的标准混合气体。
实验中,载气选择纯度为99.9%的N2,将N2和CH4同时通入配气系统,系统将会根据上位软件设置气体体积分数。把配置好的气体通入放有传感器的密闭腔体内,大约10～15 min后气体均匀分布在整个密闭腔体内,达到传感器的平衡点。等待实验显示数码管数值稳定后,记录下显示数值。具体实验测试过程:
(1) 将红外甲烷传感器上电后放入指定密闭腔体内。
(2) 打开装有配气系统的电脑,在系统界面下设置配置的气体体积分数和一些必要的流量参数。
(3) 打开装有N2和CH4的气瓶,并在实验过程中不再调节气瓶调节阀,以保证实验的一致性,减少误差。
(4) 点击系统软件开始通气,等待传感器平衡点,实验显示数码管数值稳定后,记录显示数值。
(5) 在系统软件界面下改变配置的气体体积分数值,重复步骤(4)。配置的气体体积分数分别为0.25%,0.50%,0.75%,1.00%,1.25%,1.50%,1.75%,2.00%,2.25%,2.50%,2.75%,3.00%。
(6) 处理记录数据。图3为红外甲烷传感器标定曲线(横坐标表示单片机采集的A/D值,简称数据量)。经过多次实验验证,该曲线具有很好的重复性。从图3可看出,红外甲烷传感器随着CH4体积分数的增大,数据量明显增大,说明设计的气室结构具有一定的可行性,并且灵敏度很高。
3 结语
红外光学 篇3
凹面镜 (带支撑座) 一块, 中心有孔的金属球 (直径3一4厘米) 一个, 薄壁烧瓶 (带橡皮塞和弯曲玻璃管) 一个, 红外凸透镜 (Na CL晶体、石英玻璃、多晶等材料制成的透镜) 一块, 中心有孔的挡光板 (孔径2一3厘米的三合板、五合板) 一块, 物理支架, 煤油灯, 滴管, 红墨水等。
二、实验方法及步骤
1、检温器的制作
将煤油灯的灯芯提高一点, 用灯烟把烧瓶外壁熏上一层黑烟灰 (用硅胶作粘结剂涂刷一层Mn O:效果更好) , 瓶口用插着弯曲玻璃管的橡皮塞塞紧, 在弯曲玻璃管理的水平部分用滴管滴入一滴红墨水。
2、演示红外线的反射
如图1, 将凹面镜置于支座上, 检温器作为红外线接受装置, 放置在距凹面镜8——100厘米的地方, 然后用煤油灯加热金属小球 (不要烧红) , 把加热后的小球作为红外线源, 放在凹面镜的焦点附近, 这时就可以看到红墨水柱沿曲管向外移动 (瓶内空气受热膨胀) 。如果取走凹面镜, 则红墨水柱停止移动 (或移动速度十分缓慢) 。以上实验说明红外线跟可见光下样是能够被反射的。
3、演示红外线的折射
如图2, 步骤 (2) 中的装置不变, 在检温器相对金属小球的一侧 (紧靠烧瓶但不接触) 放置挡光板 (三合板、五合板用水浸湿效果更好) , 然后在挡光板和小球之间放置红外凸透镜, 并使凸透镜后焦点位于挡光板中心孔处, 这时就可以看到红墨水柱沿曲管向外移动。如果取走该凸透镜, 则红墨水住停止移动 (或移动速度十分缓慢) 。以上实验说明红外线跟可见光一样是能够被折射的。
4、图1中的装置不变, 在检温器和金属小球之间放置一块平板玻璃或盛满水的烧瓶, 则红墨水柱不发生移动。由此可见, 红外线很容易被玻璃和水吸收。
说明
1、本实验在演示红外线的反射和折射时, 均使用同一套实验装置, 不仅使实验具有连续性, 而且也使实验过程和实验结果更直观、明显、易于观察, 学生更容易理解和掌握。 (一般实验演示折射时, 需要更换红外光源为弧光灯或卤钨灯, 用照相胶片作检温装置, 不易观察。)
2、本实验在演示红外线的反射时, 虽然使用了一块红外凸透镜, 但节省了弧光灯或卤钨灯和含典二硫化碳液液的制备, 这样不仅大大节省实验时间, 而且也使学生学到了一些红外光学材料的知识。相信, 在不久的将来, 随着红外光学材料的不断研制和开发, 加工技术的不断提高, 红外光学材料必将得到广泛的普及和应用。
参考文献
[1]闻洁、赵桂林、陶智、彭辉:《红外成像仪用于传热实验的研究》北京航空航天大学学报, 2003 (08) 。
[2]韩吉辰:《红外线与我们的生活》百科知识, 2003 (11) 。
[3]吴进校:《认识红外线》, 物理教师, 2002, (03) 。
红外光学 篇4
关键词：材质鉴定,革制品,红外光谱,超景深光学显微镜,相似度
引言
天然皮革简称皮革,一般指从动物身上剥下的原皮经鞣制、整饰加工后制成具有一定强度的材料。人工革主要包括人造革、合成革、再生革等。其中再生革是将皮革的边角废料剥离成纤维,加入粘合剂等加工而成;人造革则指以织物为底基,在布基上涂饰以合成树脂为主的原料做面层,制成的外观类似皮革的复合材料;合成革则是模拟动物皮革的组成和结构,通常以经浸渍的无纺布作为底基,微孔PU作为面层。
随着技术的发展,人工革的外观、手感、物理结构及使用性能越来越接近天然皮革[1]。一些不法商贩为了寻求利益最大化,开始以价格低廉的皮革冒充高档皮革,甚至以人工革冒充天然皮革,这种市场上不断出现的以次充好、以假乱真等现象不仅损害了广大消费者的健康和利益,同时也扰乱了社会经济秩序,因此鉴别皮革的技术和手段一直是广大消费者和质检部门关注的焦点。
文献报道的皮革鉴别方法较多[2,3],如感官法[4]、化学分析法、红外光谱法、光学显微镜法[5,6]、扫描电镜法、DNA法[7,8]、蛋白质免疫法等。这些鉴别方法各有利弊,比如,化学方法只能鉴别真假皮革;红外光谱法无损样品,操作简单,但准确性极易受制革工艺的影响,不适用于真皮间的鉴别;DNA和蛋白质免疫的生物检测方法准确度高,但成本高,检验时间长,较难用于材质鉴别[7]。
目前,皮革的鉴别主要还是以传统的眼观、手摸、闻气味、滴水等方法为主,这些方法简单、便捷,具有较强的实用性。然而单凭手感和目测等经验判断,具有一定程度的主观性,结果不是十分可靠[4]。特别是近年来高仿真人造革的出现,在外观色泽手感上与真皮已难以区分,往往不容易辨别真假。为了提高皮革材质鉴定的准确性,皮革材质鉴别应是多种方法的组合[9],通常是在感官鉴定的基础上,结合其它方法进行鉴别。
本文运用红外光谱和超景深光学显微镜对皮革样品的材质进行鉴别研究,建立了一种“两步法”鉴别皮革材质的方法。首先在规定条件下建立皮革的标准红外光谱库,并采用红外光谱仪对样品进行红外光谱检测,通过与标准红外光谱库中谱图相似度的对比,对样品的材质进行分析研究;其次采用超景深光学显微镜观察样品的粒面和截面,通过分析比较样品粒面和截面的特征,进一步鉴别和确定样品的材质。
1 试验部分
1.1 主要仪器与材料
Spectrum Two傅立叶变换红外光谱仪,美国Perkin Elmer公司;
VHX-700F超景深光学显微镜,日本基恩士公司;
手术刀片;皮革试样。
1.2 样品测试
1.2.1 红外光谱测试
从样品上剪切适当大小的试样,在湿度(65±5)%、温度(20±2)℃的环境中放置24h进行水分含量的调节。用手术刀片去除试样涂层,并设定红外扫描次数为16,分辨率为4,纵坐标为透过率,扫描波数范围为400~4 000cm-1,选择自动扣除H2O和CO2背景,在环境湿度为(65±5)%、温度为(20±2)℃的条件下,采用红外光谱仪扫描背景后,对准备好的试样进行红外扫描。
1.2.2 超景深光学显微镜观察
显微镜法判定皮革材质的国际标准ISO 17131-2012[10]是切取相互垂直的2个截面样,将其置于扫描电镜或光学显微镜下,与典型样品或已知参考样品图片进行材料结构的分析比较,并在合适的放大倍数下辨别典型皮纤维结构,从而确定未知样品的材质。本方法的取样过程参照了此国际标准,并进行了改进,具体如下:从样品上切取1cm×1cm大小的试样,制得皮革粒面样;在样品上用手术刀片垂直粒面方向切取2个相互垂直,厚度为1~2mm的皮革截面样1和截面样2。将制得的皮革粒面样、皮革截面样1和皮革截面样2依次置于超景深光学显微镜载物台上,采用侧光,调节放大倍数至适度,观察并寻找皮革粒面特征和截面组织学特征,使用高品质深度合成分别拍摄显微图像。
2 结果与讨论
2.1 红外光谱分析
2.1.1 皮革材质红外标准谱库的建立
收集了中国、澳大利亚、美国等不同国家和地区的猪、牛、羊等天然皮革半成品、成品以及一些人工革样品,进行红外光谱扫描,共获得约400个天然皮革和40多个人工革的红外光谱图。采用红外光谱扫描软件自带的相关性对比功能,比对分析所有的红外光谱图,为避免谱库中谱图的重复,只将相似度在95%以下的样品图谱放入自建标准谱库中(约100张图谱)。
2.1.2 皮革样品的红外光谱分析
常见牛皮、羊皮、猪皮的红外谱图如图1-图3所示。通过分析比较常见天然皮革的红外谱图可知,天然皮革的红外光谱图呈现比较相似的特征。一般在3 300cm-1附近出现—NH2的伸缩振动特征吸收峰,2 925cm-1和2 850cm-1处出现—CH2—的不对称伸缩振动和对称伸缩振动吸收峰,1640cm-1附近出现羧基中羰基伸缩振动吸收峰,吸收峰较强,为酰胺Ⅰ带,1550cm-1处出现—CN—伸缩振动和—NH2弯曲振动吸收峰,为酰胺Ⅱ带。红外光谱的相关性对比也发现,牛皮、羊皮、猪皮的相似度一般在60%以上。因此通过红外光谱的相似度无法鉴别天然皮革的种类。
再生革作为一种特殊的人工革,有时称之为还原皮革,一般是用皮革的下脚料、废弃料进行加工,剥离成纤维,然后加入粘合剂和有关配合剂,经过制浆、成形、干燥等工序压制而成,其红外谱图如图4所示。由于再生革的主要原料是动物皮屑,动物胶原纤维占主要成分,因此其红外谱图与动物皮十分相似,相似度一般在55%以上。
常见人造革、合成革的红外图谱如图5、图6所示。人造革和合成革一般采用聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(PU)等合成材料制备,PVC人工革含有较多的酯类增塑剂,红外显示酯类物质特征,与PU人工革的红外出峰有部分重合,但两者的出峰位置和出峰强度存在一些差异。PVC人工革间的相似度一般在80%以上,而PVC人工革与PU人工革的相似度一般在20%以下,PVC与PU混合的人工革与单独PVC或PU人工革的相似度与人工革中PVC和PU的比例有关。因此通过相似度比较无法确定所用聚合材料的种类。
然而,人造革(或合成革)的红外光谱与天然皮革存在较大差异。与天然皮革相比,人造革(或合成革)一般在1 700cm-1处出现羰基的伸缩振动吸收峰,1 250cm-1处出现—CO—伸缩振动吸收峰。1 066cm-1附近出现PVC人工革的C—C伸缩振动吸收峰或聚醚型PU人工革的醚键吸收峰。谱图的相关性对比也表明,人造革(或合成革)与天然皮革之间有很大差异,相似度一般小于30%。
综上,天然皮革与再生革的红外谱图之间差异较小,而天然皮革或再生革与人造革或合成革的红外谱图存在明显区别,因此可以通过样品红外光谱图相似度的分析鉴别出动物纤维与合成纤维。
2.2 超景深光学显微镜的观察结果
成品皮革试样表面是不平整的,一般光学显微镜很难得到清晰的图片,超景深三维显微系统可以将不在同一焦平面的物体进行快速深度合成,从而获取全幅对焦的数字图像。
2.2.1 常见天然皮革的光学显微镜图谱
图7(a)和图7(b)分别为黄牛皮粒面和截面的光学显微镜照片。黄牛皮表面乳突平缓,粒面细腻、平整,表面毛孔细圆而直,毛孔密而均匀,毛孔陷入不深,呈不规则分布。具有组织学特征的黄牛皮截面分为乳头层和网状层,乳头层所占比例小,厚度在450~600μm之间,乳头层含有去除毛囊、汗腺、脂腺后留下的空洞;网状层胶原纤维最粗壮,编织不如乳头层紧密,纤维直径在100~200μm之间;乳头层和网状层的纤维束粗细差别十分明显。
图7(c)和图7(d)分别为山羊皮粒面和截面的光学显微镜照片。山羊皮面略粗,毛孔细小呈扁圆形,几个毛孔组成一组,每组毛孔有粗细之分,且以鱼鳞状排列。具有组织学特征的山羊皮截面乳头层较厚,约占真皮层厚度的50%~70%,大约在400~650μm之间,乳头层的胶原纤维束细小,乳头层上层的胶原纤维束极其细小,编织非常紧密;真皮层胶原纤维的走向平行于背脊线,纤维粗细在30~50μm之间。
图7(e)和图7(f)分别为猪皮粒面和截面的光学显微镜照片。猪皮毛孔圆而粗大,倾斜伸入革内,明显地3点组成一小撮,呈品字形排列,革粗糙且凹凸不平。具有组织学特征的猪皮截面没有乳头层和网状层之分,胶原纤维编织很紧密,纤维粗细在40~100μm之间,毛根两侧的脂肪锥可深入皮层的二分之一。
各种天然皮革的粒面和截面均有自身的特征。比如,猪皮粒面毛孔成典型的品字形排列,山羊皮粒面毛孔呈现鱼鳞状排列;猪皮没有乳头层和网状层之分,黄牛皮和山羊皮截面分为乳头层和网状层,黄牛皮乳头层所占比例小,而山羊皮乳头层较厚;与山羊皮和猪皮相比,黄牛皮网状层纤维粗壮。因此,通过分析天然皮革的粒面和截面显微镜照片可以区分不同种类的皮革。
2.2.2 再生革的光学显微镜图谱
图8为再生革截面的光学显微镜照片。由于再生革并非天然皮革,是将皮革废料通过粘合再加工而成,因此皮革表面没有类似天然皮革那样的粒面。再生革截面没有乳头层和网状层。虽然是动物纤维,但断面形态完全不同,没有胶原纤维编织的结构,是短纤维的堆砌。因此,通过显微镜照片能够区分再生革与天然皮革。
2.2.3 人造革与合成革的光学显微镜图谱
图9(a)为人造革截面的光学显微镜照片。由于人造革不属于天然皮革,因此试样没有粒面。人造革截面主要由合成纤维组成,纤维结构呈现多孔编织形态,分布很均匀,在底部可以看到经纬交织的纺织品布基。
图9(b)为合成革截面的光学显微镜照片。由于合成革也不属于天然皮革,因此试样也没有粒面。合成革截面纤维的形貌及其排布方式与天然皮革有明显的差异,主要成分是一些高分子聚合材料,多孔发泡材料和人造纤维填充物特征很明显。
综上,天然皮革与人工革的微观形貌差异明显。因此,在对样品纤维组成初步确定的基础上,通过超景深光学显微镜的观察与分析,样品的材质可以得到进一步的鉴别和验证。
2.3 检测方法的建立
通过对各类天然皮革和人工革的红外光谱和超景深光学显微镜分析,得到了一种“两步法”皮革材质鉴别方法。具体如下:
(1)建立规定条件下的标准材质红外谱库。收集不同国家和地区的猪、牛、羊等天然皮革半成品、成品以及人工革样品,对准备好的试样进行红外光谱扫描,获得试样的红外谱图。采用红外光谱扫描软件自带的相关性对比功能,比对分析所有红外光谱图,将相似度在95%以下的图谱存入自建标准谱库。
(2)判断样品的纤维类别。对未知试样进行红外光谱扫描,利用红外光谱扫描软件自带的相关性对比功能,与自建标准谱库中的图谱进行匹配,初步确定试样纤维类别。
(3)显微镜确定样品材质。将未知试样置于超景深光学显微镜下观察,使用高品质深度合成试样表面和横截面的显微图像,分析比较试样的粒面特征以及截面纤维编织情况、纤维束粗细等,进而确定样品材质。
这种“两步法”皮革材质鉴别方法克服了单一皮革材质检测方法所具有的缺陷,无需购买昂贵的扫描电镜,制样和操作简单、方便,能够快速鉴别皮革材质,具有一定的实用性和可操作性。
3 结论
通过皮革样品红外光谱图的相似度分析和样品表面与截面的超景深光学显微镜照片研究,建立了一种红外光谱-超景深光学显微镜“两步法”鉴别皮革材质的方法。该方法克服了单一皮革材质检测方法的缺陷,制样和操作简单、方便,能够快速鉴别皮革材质。然而,该方法还需进一步的研究和完善以提高其可靠性。
参考文献
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红外光学 篇5
1999年博士毕业后, 黄志明一直从事红外光电子物理和技术学科前沿基础研究, 在红外光学性质准确测量、全波段热敏红外探测和太赫兹光源与探测三方面取得实质性进展。他在Advanced Materials、Scientific Reports等刊物上发表学术论文160篇, 授权和受理中国专利33件, 参加国际大会特邀报告6次, 论文被他引1000次以上。他的研究成果被写入《窄禁带半导体物理学》、《中国材料工程大典》、《Trends in Semiconductor》、《Physics and Properties of Narrow Gap Semiconductors》、《Mercury Cadmium Telluride》等学术著作中。他的主要科研成果包括以下几方面。
黄志明首次实现了2~12.5微米单色仪分光红外椭偏仪器和方法, 解决了红外材料介电函数的准确测量问题, 获第五届中国国际发明展览会金奖。他所提出的测量理论被现代椭偏技术创始人、美国科学院院士D.E.Aspnes作为有关椭偏测量理论30年来发展的唯一代表性进展工作。他发现了材料的中红外波段介电函数公式, 填补了电磁波谱在该波段色散模型空白。黄志明还进一步准确获得了10余种材料体系的红外光学常数, 填补了这些材料的光学数据。他的其中一项研究工作被美国Nova科学出版社评为全球500个新的标题之一。
黄志明首次发现采用化学溶液法和磁控溅射法制备锰钴镍过渡金属氧化物热敏薄膜探测材料的生长条件, 成功实现了具有适中电阻率的同时获得高TCR的薄膜材料, 突破了高性能锰钴镍热敏探测薄膜材料生长的难题, 对国家重大工程中对航天核心元器件发展需求起到关键作用。
黄志明利用红外非线性光学差频及参量方法实现了频率连续可调、窄线宽、高功率太赫兹源, 研究了多种方法获得0.22~4.4THz (1360~68μm) 范围高功率太赫兹激光, 并通过对掺硫Ga Se晶体实验实现了21.8W的高辐射功率, 达到国际先进水平。他首次发现可通过低能量THz光子的波动性产生载流子来实现高性能室温太赫兹探测的新理论, 利用该理论成功实现高性能太赫兹室温探测器, 他的相关部分研究工作发表在Advanced Materials上, 为太赫兹波段空间地球遥感提供了新的方向。