CN106125182A - 一种火焰探测用红外滤光片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种火焰探测用红外滤光片及其制备方法，红外滤光片基底材料选用单晶Si；高折射率材料选用Ge；低折射率材料选用SiO。在基板两个表面上分别沉积主膜系面薄膜和干涉截止膜系面薄膜，其镀膜工艺条件是Ge选用电子束蒸镀，沉积速率为SiO选用多孔钼舟电热蒸镀，沉积速率为 开始蒸镀真空度为1.0×10‑3Pa，沉积温度为200℃。本发明提供的一种火焰探测用红外滤光片及其制备方法得到的4530nm带通红外滤光片，峰值透过率可达90％以上，极大的提高信噪比，很好的抑制其他气体的干扰，提高仪器探测精度和效能。
Description
技术领域
本发明涉及一种红外滤光片生产技术，具体涉及一种火焰探测用红外滤光片及其制备方法。
背景技术
对于储油设施、大型仓库等一些储存有易燃物品的场所，都需要对火灾的实时在线检测，一旦发生而未能察觉，将有会带来巨大的损失。若能尽早发现火灾发生，就可以降低人员伤亡和财产损失。
最初火灾探测方式是利用感烟型火灾探测系统和感温型火灾探测系统。通过有无烟雾产生或监测区域内温度有无变化，判断是否发生火灾。然而烟雾和温度是火焰产生的附加效应，这种监测不仅容易产生误报情况，而且考虑到烟雾和温度的传播速度，这种探测方式还存在较大的时间延迟。因此，火焰探测方式作为一种新的火灾探测方式应运而生，它可以直接监测到火焰的产生，当有火焰产生时，探测系统能立即检测到，极大的提高了报警速度。并且由于是对火焰直接监测，也提高了报警的准确率但是，就目前用于探测火焰的带通红外滤光片，其通带较宽，截止波段不够宽，峰值透射率较低，所以测量准确性、稳定性以及抗干扰的能力还有待提升，灵敏度差，不能满足市场发展的需要。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种峰值透过率高，能极大的提高信噪比，有效探测火焰的4530nm带通红外滤光片及其制作方法。
为了实现上述目的，本发明所设计的一种火焰探测用红外滤光片及其制备方法，其特征是：
(1)采用单晶Si作基板；硅双面抛光，厚度300±10μm，晶向<100>。
(2)镀膜材料选择一氧化硅SiO和单晶锗Ge，在基板两个表面上分别沉积主膜系面薄膜和干涉截止膜系面薄膜。
(3)主膜系面薄膜结构采用：Sub/(HL)6H(LH)L(HL)4H(LH)L(HL)6H(LH)L/Air。
(4)干涉截止膜系面薄膜采用：Sub/0.419(HL)6 0.618(HL)6 1.589(HL)6/Air。
膜系中符号含义分别为：Sub为基板，Air为空气，H和L分别代表膜层Ge(高折射率材料层)和膜层SiO(低折射率材料层)的一个1/4波长光学厚度，中心波长λ＝4530nm，1H＝(4nH d)/λ；1L＝(4nL d)/λ，结构式中数字为膜层的厚度系数、结构式中的指数是膜堆镀膜的周期数。
上述的一种火焰探测用红外滤光片的制备方法，以晶硅Si为基板，一氧化硅SiO和锗Ge为镀膜材料，采用真空热蒸发薄膜沉积的方法制备镀膜层，Ge选用电子束蒸镀，沉积速率为SiO选用多孔钼舟电热蒸镀，沉积速率为开始蒸镀真空度为1.0×10-3Pa，沉积温度为200℃。
上述的一种火焰探测用红外滤光片的制备方法，采用光学监控法控制膜层厚度，并辅以石英晶控控制沉积速率。
上述制备得到的4530nm带通红外滤光片，主膜系采用多腔窄带膜系结构，配合高截止深度的干涉截止膜系，中心波长为4530nm，4490nm～4570nm波段平均透过率为90.2％，半高宽为100nm；除中心波长4530nm带宽100nm的通带外，从1500～10000nm范围内的其余光谱全部截止，1500～4450nm平均透射率为0.1％，4610-1000nm平均透射率为0.16％，能极大的提高信噪比，可以很好的抑制其他气体的干扰，产品光学性能和物理强度能很好的满足实际使用要求，广泛应用于火焰红外探测仪器，提高仪器探测精度和效能，可以做到更快速、更精确的确认着火点和是否着火。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、滤光片与传统技术方法相比，具有中心波长为4530nm的窄带透过光谱，透射带的上升沿和下降沿陡峭，波形矩形度好，峰值透过率>90％、截止区域内截止深度<0.15％，因此4530nm的有效工作波段可以尽可能大的透过，而其余无效波段的背景干扰信号则极大的减小，因而可取得优异的信噪比，提高仪器的测试灵敏度和精度。
2、本发明制备的滤光片工艺简单，已能形成批量生产，性能稳定，满足高精度火焰红外探测仪器的性能要求。
附图说明
图1是本发明所述火焰探测用红外滤光片的结构示意图。
其中：基底1为单晶Si，膜层材料2为Ge，膜层材料3为SiO。
图2是滤光片最终性能实测曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1：
如图1所示，本实施例提供的一种火焰探测用红外滤光片是：
(1)采用尺寸为Φ50.8×0.3mm的单晶Si作基板；硅双面抛光，厚度300±10μm，晶向<100>。
(2)镀膜材料选择一氧化硅SiO和单晶锗Ge，在基板两个表面上分别沉积主膜系面薄膜A和干涉截止膜系面薄膜B。
(3)主膜系A面薄膜采用Sub/(HL)6H(LH)L(HL)4H(LH)L(HL)6H(LH)L/Air。
(4)干涉膜系B面薄膜采用Sub/0.419(HL)6 0.618(HL)6 1.589(HL)6/Air。
膜系中符号含义分别为：Sub为基板，Air为空气，H和L分别代表膜层2(Ge)(高折射率材料层)和膜层3(SiO)(低折射率材料层)的一个1/4波长光学厚度，中心波长λ＝4530nm，1H＝(4nH d)/λ；1L＝(4nL d)/λ，结构式中数字为膜层的厚度系数、结构式中的指数是膜堆镀膜的周期数。
本实施例提供的一种火焰探测用红外滤光片的制备方法，以单晶硅Si为基板，一氧化硅SiO和锗Ge为镀膜材料，采用真空热蒸发薄膜沉积的方法制备镀膜层，Ge选用电子束蒸镀，沉积速率为SiO选用多孔钼舟电热蒸镀，沉积速率为 开始蒸镀真空度为1.0×10-3Pa，沉积温度为200℃。
由于具体如何蒸发采用电子枪蒸发和采用阻蒸热蒸发镀膜是本领域技术人员所掌握的常规技术，在此不作详细描述。
本实施例提供的一种本专利滤光片采用一面镀多腔窄带膜系，提高有效工作波段的透过率和波形矩形度，一次改善有效信号强度；另一面镀高截止深度的干涉截止膜系，到达1500～10000nm的范围内除通带外的所有无效次峰。
本实施例提供的火焰探测用红外滤光片，其中心波长定位精度在0.4％以内，对膜系采用光学监控法控制膜层厚度，并辅以石英晶控控制沉积速率。
采用德国Bruker公司VERTEX 70型傅里叶红外光谱仪对所制备的滤光片进行测试。本滤光片最终性能结构如图2的滤光片最终性能实测曲线图：
1.中心波长λ＝4530nm；
2.带宽Δλ＝100nm；
3.波形系数Δλ10％/Δλ50％＝1.48；
4.峰值透过率Tp＝90.2％；
除通带外1500～10000nm Tavg≤0.15％。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (4)
1.一种火焰探测用红外滤光片，其特征在于：
(1)采用单晶Si作基板；硅双面抛光，厚度300±10μm，晶向<100>；
(2)镀膜材料选择一氧化硅SiO和单晶锗Ge，在基板两个表面上分别沉积主膜系面薄膜和干涉截止膜系面薄膜；
(3)主膜系面薄膜结构采用：Sub/(HL)6H(LH)L(HL)4H(LH)L(HL)6H(LH)L/Air；
(4)干涉截止膜系面薄膜采用：Sub/0.419(HL)6 0.618(HL)6 1.589(HL)6/Air；
膜系中符号含义分别为：Sub为基板，Air为空气，H和L分别代表膜层Ge(高折射率材料层)和膜层SiO(低折射率材料层)的一个1/4波长光学厚度，中心波长λ＝4530nm，1H＝(4nHd)/λ；1L＝(4nL d)/λ，结构式中数字为膜层的厚度系数、结构式中的指数是膜堆镀膜的周期数。
2.如权利要求1所述的一种火焰探测用红外滤光片，其特征在于：采用真空热蒸发薄膜沉积的方法制备镀膜层，Ge选用电子束蒸镀，沉积速率为SiO选用多孔钼舟电热蒸镀，沉积速率为开始蒸镀真空度为1.0×10-3Pa，沉积温度为200℃。
3.如权利要求2所述的一种火焰探测用红外滤光片，其特征在于：采用光学监控法控制膜层厚度，并辅以石英晶控控制沉积速率。
4.如权利要求1所述的一种火焰探测用红外滤光片，其特征在于：所述红外滤光片，主膜系采用多腔窄带膜系结构，配合高截止深度的干涉截止膜系，中心波长为4530nm，4490nm～4570nm波段平均透过率为90.2％，半高宽为100nm；除中心波长4530nm带宽100nm的通带外，从1500～10000nm范围内的其余光谱全部截止，1500～4450nm平均透射率为0.1％，4610-1000nm平均透射率为0.16％。
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