CN101403806A - 基于锗基底的可见/红外宽光谱分色片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可见/短、中波红外宽光谱分色片，该分色片以锗为基底，反射堆以ZnS和YF3为高低折射率材料，等效层采用SiO和Ge，采用离子源辅助、合适基底温度等特定工艺镀制而成。该分色片在入射角为45°下测得：透射区波段2.5～2.95μm，4.2～4.8μm，
＞90％；反射区波段0.55～0.75μm，
＞70％。本发明分色片产品性能稳定，适合于现代多光谱空间遥感仪器的分色使用。
Description
技术领域
本发明涉及光学薄膜技术，具体指一种基于锗基底的反射可见光，透射短、中波红外的宽光谱分色片。
技术背景
分色片作为光学系统中重要的分光器件，在多光谱和宽光谱航天遥感成像仪器及通信系统中有着广泛的应用。可见/短、中波红外分色片是将可见光与短波红外、中波红外光进行光谱分光。目前的可用产品大都采用透可见反红外的方式，基底多采用JGS-1石英玻璃，而膜系设计上则是根据诱导透射原理，采用介质/金属/介质形式的基本三层薄膜结构。但是这种结构的分色片对于某些成像光学系统而言，可能会因为光路的排布导致诸如紧凑性重量等不满足要求，或者是完全与优化后的系统无法匹配，这样可见光透射的分色片就无法满足这种光学系统的光路设计需求。因此，在有些光学系统中需要反可见光透红外的分色片。对于这种结构的分色片，国外也有应用，但红外波段都集中在中长波区域，而对于大多数材料都存在水汽吸收的短波红外波段(2.0-3.0μm)则鲜有涉及，更谈不上有可用的产品。
随着多光谱航空遥感技术的不断发展，其光谱覆盖范围越来越宽，满足不同的系统需求，研制以红外材料Ge作为基底的反可见透短、中波红外的宽光谱分色片，且解决短波红外区域的水汽吸收影响，具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于锗基底的反射可见透射短、中波红外的分色片，满足需反射可见，透射短、中波红外的光学系统的需求。
本发明的技术方案是：在不影响反射率的前提下，在长波通反射堆3前插入非对称等效层2，以实现基底折射率与反射堆膜层间的匹配，然后将基本膜系中的部分膜层厚度进行优化，得到最终的膜系。
受到反可见的布局方案限制，为保证尽可能高的反射率，所选用材料在可见区域的吸收要尽可能小，同时还要兼顾其在短、中波区域的良好透射率，尤其是短波区的水汽吸收要尽可能小。因此最终选用ZnS和YF3分别作为反射堆的高低折射率材料。考虑到可靠性问题，YF3由于存在较大的应力，其层数不宜太多，因此采用如下的分色膜系结构：
基底/(1.728P 0.899Q 0.717P)(0.5H L 0.5H)^41.882L 1.107H 5.476L 0.246H/空气如此，既保证了反射带宽度又不影响器件的可靠性，膜系最后四层的优化，压缩了通带波纹，展宽了透射带的宽度。ZnS与YF3的搭配，对于减少短波区的水汽吸收比选用氧化物具有很大的优势，水汽吸收影响集中在YF3，因此，合适的工艺控制将起关键性作用。
根据以上分析，该分色片的实现包括以下步骤：
1.膜系的构建
基底分色面膜系为：
基底/(1.728P 0.899Q 0.717P)(0.5H L 0.5H)^41.882L 1.107H 5.476L 0.246H/空气基底背面短中波红外减反射膜4膜系为：
基底/0.482H 0.404Q 0.578H 0.946L 0.25H/空气
P、Q为两种红外薄膜材料，P为SiO，Q为Ge，H、L分别为ZnS和YF3。
2.减小膜层材料在2.7-3.0um通带内水汽吸收的工艺控制
兼顾可用材料在可见区域吸收对反射率影响，选用ZnS作为反射堆高折射率材料，YF3作为低折射率材料。采用离子束辅助镀膜，参数为：阳极电压200V，阴极电流14A；合适的基底温度、蒸发速率等工艺控制，减小水汽吸收影响，提高短、中波红外的透射率。
本发明的有益效果如下：
1.本发明提供了一种基于Ge基底的可见/短、中波红外分色片，透射区的透过光谱范围宽，且透过率高，满足了光学系统的光路匹配要求。
2.本发明的技术方案合理可行，产品性能稳定，满足使用要求。
3.本发明采用了特定工艺，消除了氟化物材料在2.7-3.0um的水汽吸收影响，保证了中长波区域的高透过率。
附图说明
图1是分色片膜层结构示意图，图中：
1——分色片基底；
2——P、Q构成的非对称等效层；
3——H、L交替镀制的反射堆；
4——短、中波红外减反射膜。
图2是分色片实测可见波段反射率曲线(入射角为45°)。
图3是分色片实测短中波红外透射率曲线(入射角为45°)。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明实施例的具体技术指标要求为：
基底材料为Ge，45°使用。
根据技术要求，以红外材料Ge作为基底，要实现反射可见波段透射红外波段，膜系设计上首先要考虑基底与膜层间的折射率匹配，因此在反射堆前先加入非对称等效层2以实现基底1与反射堆4的折射率匹配。考虑到氧化物在透射区2.7-3.0um存在比较严重的水汽吸收峰，选用ZnS和吸收较小的YF3作为反射堆的高低折射率膜层材料。给出初始膜系，然后采用膜系设计软件进行优化，得到最终分色膜系为：
基底/(1.728P 0.899Q 0.717P)(0.5H L 0.5H)^41.882L 1.107H 5.476L 0.246H/空气基底背面短中波红外减反射膜4膜系为：
基底/0.482H 0.404Q 0.578H 0.946L 0.25H/空气
为消除氟化物在2.7-3.0um处的水汽吸收，采用离子束辅助镀膜，参数为：阳极电压200V，阴极电流14A；合适的基底温度以及蒸发速率等工艺控制。
从图2、3可以看出，本发明所研制的分色片在45°角下测得：透射区平均透射率大于90％；反射区平均反射率大于75％。因此本发明所研制的分色片达到空间多光谱遥感仪器的分色使用要求。
Claims (2)
1.一种基于锗基底的可见/红外宽光谱分色片，它由锗基底(1)、等效层(2)、反射堆(3)和减反膜(4)构成反0.55～0.75μm可见光透2.5～2.95μm短波红外和4.2～4.8μm中波红外的分色片。其特征在于，它具有以下膜系结构：
A.锗基底(1)、等效层(2)、反射堆(3)构成的分色膜系
基底/(1.728P 0.899Q 0.717P)(0.5H L 0.5H)^41.882L 1.107H 5.476L 0.246H/空气
B.短中波红外减反射膜(4)膜系为：
基底/0.482H 0.404Q 0.578H 0.946L 0.25H/空气
其中：P、Q为两种红外薄膜材料，P为SiO，Q为Ge，H、L分别为ZnS和YF3。
2.根据权利要求1所述的一种基于锗基底的可见/红外宽光谱分色片，其特征在于：所说的反射堆(3)采用离子束辅助镀膜工艺镀制，参数为：阳极电压200V，阴极电流14A。
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