CN105137514B - 4．2～4．45μm透过中波红外滤光片及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种4.2～4.45μm透过中波红外滤光片，包括锗基底，锗基底的两侧分别设有长波通膜系和短波通膜系，该长波通膜系和该短波通膜系均由交替叠加的锗膜层和硫化锌膜层构成；及其制备方法。该滤光片在4.2～4.5μm透过率高，在0.2～4.05μm和4.6～6.0μm谱段宽截止，膜层数较少，满足遥感探测系统使用要求。

Description

4．2～4．45μm透过中波红外滤光片及制备方法

技术领域

本发明涉及光学薄膜技术领域，尤其是一种4.2～4.45μm透过中波红外滤光片，更具体地是一种在4.2～4.45μm谱段具有高透过率，同时在0.2～4.05μm和4.6～6.0μm谱段宽截止的中波红外滤光片；及其制备方法。

背景技术

目前遥感探测系统的空间微型组合滤光片中，亟需一种满足以下要求的关键滤光片：（1）在4.2～4.45μm谱段具有高透过率；（2）在0.2～4.05μm和4.6～6.0μm谱段具有抑制光信号的作用，以减少信号噪声的影响；（3）可在低温（80K）下使用；（4）基底尺寸小，基底所有面之间的夹角为直角，不存在倒角，膜层在拼接时不产生起膜或掉膜等膜层质量问题，以满足在所述空间微型组合滤光片的拼接要求。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种4.2～4.45μm透过中波红外滤光片，在4.2～4.45μm谱段具有高透过率，同时在0.2～4.05μm和4.6～6.0μm谱段宽截止。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：一种4.2～4.45μm透过中波红外滤光片，包括锗基底，锗基底的两侧分别设有长波通膜系和短波通膜系，该长波通膜系和该短波通膜系均由交替叠加的锗膜层和硫化锌膜层构成。

进一步地，该长波通膜系的结构由第一膜堆、第二膜堆和第三膜堆连接构成，第一膜堆由0.5个基本厚度的锗膜层、1个基本厚度的硫化锌膜层和0.5个基本厚度的锗膜层构成；第二膜堆由0.37个基本厚度的锗膜层、0.74个基本厚度的硫化锌膜层和0.37个基本厚度的锗膜层构成；第三膜堆由0.32个基本厚度的锗膜层、0.64个基本厚度的硫化锌膜层和0.32个基本厚度的锗膜层构成；该基本厚度为825nm。

进一步地，该长波通膜系的结构由10个第一膜堆、6个第二膜堆和6个第三膜堆连接构成。

进一步地，该短波通膜系的结构由第四膜堆构成，第四膜堆由0.5个基本厚度的锗膜层、1个基本厚度的硫化锌膜层和0.5个基本厚度的锗膜层构成；该基本厚度为1325nm。

进一步地，该短波通膜系的结构由10个第四膜堆连接构成。

本发明还提供了上述红外滤波片的制备方法，其技术方案：一种如上述4.2～4.45μm透过中波红外滤光片的制备方法，包括以下步骤：

⑴将锗基底安装到夹具上装入干净的真空室，抽真空至3×10～5Torr；

⑵将锗基底加热到200℃，并保持30min；

⑶用离子束轰击清洗15min，离子源工作气体为氩气，气体流量为18sccm；

⑷采用离子束辅助的电子枪蒸发法，在锗基底的两侧分别逐层交替沉积长波通膜系和短波通膜系；其中硫化锌膜层的沉积速率为2nm/s，锗膜层的沉积速率为1nm/s，离子源工作气体为氩气，气体流量为18sccm；

⑸锗基底自然冷却至室温，得到4.2～4.45μm透过中波红外滤光片。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：在4.2～4.45μm谱段具有≥85%的高透过率，同时在0.2～4.05μm和4.6～6.0μm谱段宽截止，截止区域内平均透过率<1%，可大大改进改谱段滤光片的通带以及截止带的特性，满足遥感探测系统的使用要求；

本发明滤光片采用高折射率的锗膜层和低折射率的硫化锌膜层交替叠加组成，膜层数较少，膜层厚度能够满足在微型基底（长28mm×宽2mm×厚1mm）两个表面上的镀制要求，所述滤光片满足空间微型组合滤光片拼接、低温（80K）下工作等使用要求；

本发明中波红外滤光片的制备方法，通过选择适当的制备材料和条件可制得本发明所述的滤光片。

附图说明

图1为实施例1中长波通膜系的理论透射光谱图；

图2为实施例1中短波通膜系的理论透射光谱图；

图3为实施例1制得的滤光片的透射光谱图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

实施例1

一种4.2～4.45μm透过中波红外滤光片，所述滤光片包括锗基底、锗基底一侧的长波通膜系和锗基底一侧的短波通膜系；

其中，所述锗基底长28mm，宽2mm，厚1mm，优选锗基底的平行度<30″；长波通膜系包括交替叠加的锗（Ge）膜层和硫化锌（ZnS）膜层，中心波长为3300nm，各膜层参数如表1所示。其中，层数为1的膜层为长波通膜系的最外层，层数为45的膜层沉积在锗基底上，为长波通膜系的最内层。

表1 长波通膜系

采用MacLeod软件对表1中数据分析可得长波通膜系的理论透射光谱图，如图1所示，显示长波通膜系在0.2～4.05μm谱段宽截止，在4.2～4.45μm谱段具有高透过率。

短波通膜系包括交替叠加的硫化锌膜层和锗膜层，中心波长5300nm，各膜层参数如表2所示，其中，层数为1的膜层为长波通膜系的最外层，层数为21的膜层沉积在锗基底上，为长波通膜系的最内层。

表2 短波通膜系

采用MacLeod软件对表2中数据分析可得长波通膜系的理论透射光谱图，如图2所示，显示长波通膜系在4.6～6.0μm谱段宽截止，在4.2～4.45μm谱段具有高透过率。

本实施例所述滤光片采用美国DENTON公司的Intergrity～39全自动光学镀膜机系统进行制备，具体步骤如下：

1、用吸尘器清除真空室内的杂质，然后用脱脂纱布蘸无水乙醇擦拭干净真空室内壁；用无水丙酮对基底进行微波超声15min，再用无水乙醇对基底进行微波超声15min，然后用脱脂棉将基底擦拭干净，将干净的基底安装到夹具上并快速装入干净的真空室，抽真空至3×10～5Torr；

2、将基底加热到200℃，并保持30min；

3、用离子束轰击清洗15min，离子源工作其他为氩气，气体流量为18sccm，离子源型号为霍尔源型的CC105；

4、采用离子束辅助的电子枪蒸发法，按照表1中的数据在基底的一侧逐层交替沉积长波通膜系中的锗膜层和硫化锌膜层；按照表2中的数据在基底的另一侧逐层交替沉积短波通膜系中的硫化锌膜层和锗膜层，完成所述膜系的沉积；其中硫化锌膜层的沉积速率为2nm/s，锗膜层的沉积速率为1nm/s，离子源工作气体为氩气，气体流量为18sccm，离子源型号为霍尔源型的CC105，膜层厚度采用Inficon IC/5石英晶体膜厚控制仪监控；

5、基底自然冷却至室温，得到一种本发明所述4.2～4.45μm透过中波红外滤光片。

对所述滤光片进行如下性能测试：

采用美国PE公司的Optic frontier低温红外光谱测试系统，在测试温度为80K低温环境下，测得所述滤光片的透射光谱如图3所示，用UVWINLAB软件对图3中的谱线进行计算可得，所述滤光片在4.2～4.45谱段内的平均透过率为80%，在0.2～4.05μm谱段内的平均透过率为0.1%，在4.6～6.0μm谱段内的平均透过率为0.05%。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种4.2～4.45μm透过中波红外滤光片，其特征在于：包括锗基底，锗基底的两侧分别设有长波通膜系和短波通膜系，该长波通膜系和该短波通膜系均由交替叠加的锗膜层和硫化锌膜层构成；

该长波通膜系的结构由第一膜堆、第二膜堆和第三膜堆连接构成，第一膜堆由0.5个基本厚度的锗膜层、1个基本厚度的硫化锌膜层和0.5个基本厚度的锗膜层构成；第二膜堆由0.37个基本厚度的锗膜层、0.74个基本厚度的硫化锌膜层和0.37个基本厚度的锗膜层构成；第三膜堆由0.32个基本厚度的锗膜层、0.64个基本厚度的硫化锌膜层和0.32个基本厚度的锗膜层构成；该基本厚度为825nm；

该短波通膜系的结构由第四膜堆构成，第四膜堆由0.5个基本厚度的锗膜层、1个基本厚度的硫化锌膜层和0.5个基本厚度的锗膜层构成；该基本厚度为1325nm。

2.如权利要求1所述4.2～4.45μm透过中波红外滤光片，其特征在于：该长波通膜系的结构由10个第一膜堆、6个第二膜堆和6个第三膜堆连接构成。

3.如权利要求1所述4.2～4.45μm透过中波红外滤光片，其特征在于：该短波通膜系的结构由10个第四膜堆连接构成。

4.一种如权利要求1所述4.2～4.45μm透过中波红外滤光片的制备方法，包括以下步骤：

⑴将锗基底安装到夹具上装入干净的真空室，抽真空至3×10～5Torr；

⑵将锗基底加热到200℃，并保持30min；

⑶用离子束轰击清洗15min，离子源工作气体为氩气，气体流量为18sccm；

⑷采用离子束辅助的电子枪蒸发法，在锗基底的两侧分别逐层交替沉积长波通膜系和短波通膜系；其中硫化锌膜层的沉积速率为2nm/s，锗膜层的沉积速率为1nm/s，离子源工作气体为氩气，气体流量为18sccm；

⑸锗基底自然冷却至室温，得到4.2～4.45μm透过中波红外滤光片。