CN106842401B - 一种以cvd金刚石为基底的远红外波段光学薄膜滤光片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以CVD金刚石为基底的远红外波段光学薄膜滤光片，该滤光片以碲化铅(PbTe)和硒化锌(ZnSe)为高低折射率薄膜材料，在1‑2×10‑3Pa真空环境、200±2℃沉积温度下，采用热蒸发沉积方法在CVD金刚石基底两侧分别沉积多层膜而成；该远红外滤光片能够实现对波长小于5微米波段的截止，平均透过率低于1％，在5‑45微米波段平均透过率大于71％。本发明专利的远红外波段光学薄膜滤光片可应用于地球辐射探测远红外目标识别和深空探测等领域。
Description
技术领域
本发明涉及远红外波段光学薄膜技术，具体指一种以CVD金刚石为基底的远红外波段光学薄膜滤光片，通过在CVD金刚石上镀制多层膜，实现对远红外波段透射和波长小于5微米波段的截止。
技术背景
地球辐射收支是指地球大气系统从太阳接收紫外、可见和近红外电磁辐射和地球大气系统向外层空间放射红外辐射的辐射交换过程，地球辐射收支(ERB)的探测是空间遥感探测的有机组成部分，作为全球气候观测系统中一个重要的气候变量，地球辐射收支测量可以用于验证气候模式输出，确定数值预报模式中的云参数化方案，以及分析痕量气体、气溶胶和云对于气候变化的影响。
地球辐射收支光谱范围从0.2μm至100μm以上。主要分为0.2～5μm的短波通道和5～45μm的长波通道。针对短波通道的光学薄膜研究已经很普及。而对于长波通道，目前主要集中在8～12μm的研究。而25～45μm波段区间的探测，并无专门研究，只在全波段探测中涉及。这对于长波通道的研究和分析都带来极大的困难。
在远红外窗口方向的研究方向，国内有的采用聚乙烯、塑料等有机物作为15-45μm波段的红外探测器的窗口材料，这些材料具有耐机械冲击能力，但是在15μm之前不能对光谱进行响应，并且塑料高分子成分在航天上的应用也有其欠缺性。
对长波红外光学薄膜窗口进行研究，将波长小于5μm的光波截止，可提高长波通道的探测精度。该研究对于地球辐射探测远红外目标识别和深空探测等远红外波段探测具有重要意义。
发明内容
本发明提出设计了一种以CVD金刚石为基底的远红外波段光学薄膜滤光片，该滤光片元件实现对波长小于5μm波段的截止，5-45μm波段透过。本发明远红外波段光学薄膜(5-45μm)滤光片性能稳定，通过了环境稳定性测试，适合于地球辐射探测的长波窗口使用。
本发明的技术方案是：在CVD金刚石基底两面分别沉积带通膜系和截止膜系。
本发明的滤光片由正面带通膜系1、基片2和背面截止膜系3组成，在基底的一面沉积正面带通膜系1，在基底的另一面沉积截止膜系3。
正面带通膜系1的膜系结构为：
基底/0.27H 0.95L 0.57H 0.78L 0.69H 0.81L 0.58H 1.01L 0.33H 2.15L/空气其中，H表示一个λ0/4光学厚度的PbTe膜层，L表示一个λ0/4光学厚度的ZnSe膜层，λ0为中心波长，为5微米，H、L前的数字为λ0/4光学厚度比例系数乘数；
反面截止膜系3的膜系结构为：
基底/0.34H 1.19L 0.72H 0.98L 0.87H 1.01L 0.73H 1.27L 0.41H 2.69L/空气
其中，H表示一个λ0/4光学厚度的PbTe膜层，L表示一个λ0/4光学厚度的ZnSe膜层，λ0为中心波长，为4微米，H与L前的数字为膜层的厚度比例系数。
本发明优点在于：提出了一种以CVD金刚石为基底的远红外波段光学薄膜滤光片，该滤光片元件可以实现对波长小于5μm波段的截止，平均透过率低于1％；在5-45μm波段透过。本发明远红外波段光学薄膜滤光片性能稳定，通过了环境稳定性测试，可应用于地球辐射探测远红外目标识别和深空探测等领域。
附图说明
图1为一种以CVD金刚石为基底的远红外波段光学薄膜滤光片正面带通膜系及背面截止膜系排列的剖面结构示意图。图中(1)为正面带通膜系，(2)为蓝宝石基片，(3)为背面截止膜系。
图2为一种以CVD金刚石为基底的远红外波段光学薄膜滤光片的光谱透过率曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步详细说明。
本发明一种以CVD金刚石为基底的远红外波段光学薄膜滤光片，带通区间为5-45μm，截止区为0～5μm，选用PbTe和ZnSe为高低折射率材料。
本发明一种以CVD金刚石为基底的远红外波段光学薄膜滤光片正面带通膜系和反面截止膜系均采用为多层膜非规整膜系结构。膜系沉积采用石英晶体监控和光学直接监控互补的监控方式，控制膜层厚度沉积误差，得到接近设计的结果。
正面带通膜系1选取中心波长λ0为5μm，通过膜系设计软件优化，膜系结构为：
基底/0.27H 0.95L 0.57H 0.78L 0.69H 0.81L 0.58H 1.01L 0.33H 2.15L/空气
其中，H表示一个λ0/4光学厚度的PbTe膜层，L表示一个λ0/4光学厚度的ZnSe膜层，H、L前的数字为λ0/4光学厚度比例系数乘数。
背面截止膜系3选取中心波长λ0为4μm，通过膜系设计软件优化，膜系结构为：
基底/0.34H 1.19L 0.72H 0.98L 0.87H 1.01L 0.73H 1.27L 0.41H 2.69L/空气
其中，H表示一个λ0/4光学厚度的PbTe膜层，L表示一个λ0/4光学厚度的ZnSe膜层，H、L前的数字为λ0/4光学厚度比例系数乘数。
为增强薄膜可靠性，薄膜沉积前采用离子源辅助轰击清洗基片，选择阳极电压为190伏特，阴极电流为4安培，轰击10分钟。薄膜沉积真空为1-2×10-3Pa，基片沉积温度控制在200±2℃。PbTe薄膜沉积速率为1.2nm/s，ZnSe薄膜沉积速率为1.0nm/s。
一种以CVD金刚石为基底的远红外波段光学薄膜滤光片在0-5微米波段范围内，平均透过率小于1％，在5-45微米范围内，平均透过率大于71％，透过率最高值为86.5％。
Claims (1)
1.一种以CVD金刚石为基底的远红外波段光学薄膜滤光片，其结构为：在基底(2)的一面沉积正面带通膜系(1)，在基底的另一面沉积反面截止膜系(3)，其特征在于：
所述的正面带通膜系(1)的膜系结构为：
基底/0.27H 0.95L 0.57H 0.78L 0.69H 0.81L 0.58H 1.01L 0.33H 2.15L/空气
其中，H表示一个λ0/4光学厚度的碲化铅膜层，L表示一个λ0/4光学厚度的硒化锌膜层，λ0为中心波长，其波长为5微米，H、L前的数字为λ0/4光学厚度比例系数乘数；
所述的反面截止膜系(3)的膜系结构为：
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其中，H表示一个λ0/4光学厚度的碲化铅膜层，L表示一个λ0/4光学厚度的硒化锌膜层，λ0为中心波长，其波长为4微米，H与L前的数字为λ0/4光学厚度比例系数。
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