CN107153231B - 一种具有中波红外截止功能的远红外光学薄膜窗口 - Google Patents
一种具有中波红外截止功能的远红外光学薄膜窗口 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107153231B CN107153231B CN201710563610.6A CN201710563610A CN107153231B CN 107153231 B CN107153231 B CN 107153231B CN 201710563610 A CN201710563610 A CN 201710563610A CN 107153231 B CN107153231 B CN 107153231B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cut
- film
- far infrared
- window
- optical film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000012788 optical film Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 239000010408 film Substances 0.000 claims abstract description 48
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 14
- OCGWQDWYSQAFTO-UHFFFAOYSA-N tellanylidenelead Chemical compound [Pb]=[Te] OCGWQDWYSQAFTO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 23
- XQPRBTXUXXVTKB-UHFFFAOYSA-M caesium iodide Chemical compound [I-].[Cs+] XQPRBTXUXXVTKB-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 15
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 12
- 238000000151 deposition Methods 0.000 abstract description 11
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 9
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 abstract description 8
- 229910002665 PbTe Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 239000010409 thin film Substances 0.000 abstract description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 5
- 239000010432 diamond Substances 0.000 abstract description 4
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 abstract 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 abstract 1
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 abstract 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- 239000008264 cloud Substances 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/20—Filters
- G02B5/208—Filters for use with infrared or ultraviolet radiation, e.g. for separating visible light from infrared and/or ultraviolet radiation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
本发明公开了一种具有中波红外截止功能的远红外光学薄膜窗口，该光学薄膜窗口以碲化铅(PbTe)和碘化铯(CsI)为高低折射率薄膜材料，在1‑2×10‑3Pa真空环境、180±2℃沉积温度下，采用阻蒸热蒸发沉积方法在CVD金刚石基底两侧分别沉积多层膜而成；该远红外光学薄膜窗口能够实现对中波红外5微米前的光波截止，截止后其平均透过率低于0.5％，对5‑50微米波段的光增透，平均透过率大于76.8％。本发明专利的远红外波段光学薄膜窗口可应用于深空探测、远红外目标识别和地球辐射探测等领域。
Description
技术领域
本发明涉及远红外波段光学薄膜技术，具体指一种具有中波红外截止功能的远红外光学薄膜窗口，通过在CVD金刚石上镀制多层膜，实现对远红外波段5-50微米透射和中波红外5微米前波段的截止。
技术背景
红外光学薄膜滤光片作为红外遥感技术的基础关键元器件之一，对红外遥感的性能有着直接的影响。红外光学薄膜滤光片的发展，直接影响着红外技术在军事和民用领域应用的发展。现在主流的红外光学薄膜滤光片主要集中在25微米之前的波段进行研究；对于25微米之后的红外波段，由于光学薄膜材料的限制，相关光学薄膜方向的研究甚少。随着红外光学的发展，在地球辐射收支等应用领域对波长至远红外50微米的探测提出了新的要求。
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0.2微米至100微米以上。主要分为0.2-5微米的短波通道和5-50微米的长波通道。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8-12微米的研究。而25-50微米波段区间的探测，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15-50μm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，通过宽光谱的红外高精度观测，去除5微米之前的太阳辐射的影响，可提高长波通道的探测精度。该研究对于地球辐射探测、深空探测等远红外探测具有重要意义。
发明内容
本发明提出设计了一种具有中波红外截止功能的远红外光学薄膜窗口，该光学薄膜窗口元件实现对中波波长5μm波段前的截止，5-50μm波段增透。本发明具有中波红外截止功能的远红外光学薄膜窗口性能稳定，适合于地球辐射探测的长波窗口、深空探测等领域的应用。
本发明的技术方案是：在CVD金刚石基底两面分别沉积正面截止膜系和背面截止膜系。
本发明的滤光片由正面截止膜系1、基片2和背面截止膜系3组成，在基底的一面沉积正面截止膜系1，在基底的另一面沉积背面截止膜系3。
正面截止膜系1的膜系结构为：
基底/0.22H 0.78L 0.43H 0.99L 0.47H 1.10L 0.47H 1.20L 0.45H 1.25L0.35H 1.57L 0.15H 5.13L/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CsI膜层，λ0为中心波长，为4微米，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的膜系结构为：
基底/0.20H 0.72L 0.40H 0.91L 0.43H 1.01L 0.43H 1.10L 0.41H 1.14L0.32H 1.44L 0.14H 4.70L/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CsI膜层，λ0为中心波长，为3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：提出了一种具有中波红外截止功能的远红外光学薄膜窗口，该光学薄膜窗口元件可以实现对波长小于5μm波段的截止，平均透过率低于0.5％；在5-50μm波段增透。本发明远红外波段光学薄膜滤光片性能稳定，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为一种具有中波红外截止功能的远红外光学薄膜窗口正面截止膜系及背面截止膜系排列的剖面结构示意图。图中(1)为正面截止膜系，(2)为金刚石基片，(3)为背面截止膜系。
图2为一种具有中波红外截止功能的远红外光学薄膜窗口的光谱透过率曲线。
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。
本发明一种具有中波红外截止功能的远红外光学薄膜窗口，增透光谱区间为5-50μm，截止光谱区间为0～5μm，选用PbTe和CsI为高低折射率薄膜材料。
本发明一种具有中波红外截止功能的远红外光学薄膜窗口的正面截止膜系和背面截止膜系均采用为多层非规整膜系结构。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。
正面截止膜系1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/0.22H 0.78L 0.43H 0.99L 0.47H 1.10L 0.47H 1.20L 0.45H 1.25L0.35H 1.57L 0.15H 5.13L/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CsI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3μm，通过膜系设计软件优化，膜系结构为：
基底/0.20H 0.72L 0.40H 0.91L 0.43H 1.01L 0.43H 1.10L 0.41H 1.14L0.32H 1.44L 0.14H 4.70L/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CsI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180伏特，阴极电流为5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180±2℃。PbTe薄膜沉积速率为1.2nm/s，CsI薄膜沉积速率为2.0nm/s。
本发明实施案例得到的一种具有中波红外截止功能的远红外光学薄膜窗口在0-5微米波段范围内，平均透过率小于0.5％，在5-50微米范围内，平均透过率大于76.8％，透过率最高值为90.3％。
Claims (1)
1.一种具有中波红外截止功能的远红外光学薄膜窗口，其结构为：在基底(2)的一面沉积正面截止膜系(1)，在基底的另一面沉积背面截止膜系(3)，其特征在于：
a、所述的正面截止膜系(1)的膜系结构为：
基底/0.22H 0.78L 0.43H 0.99L 0.47H 1.10L 0.47H 1.20L 0.45H 1.25L 0.35H1.57L 0.15H 5.13L/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光学厚度的碘化铯膜层，λ0为中心波长，为4微米，H、L前的数字为λ0/4光学厚度比例系数乘数；
b、所述的背面截止膜系(3)的膜系结构为：
基底/0.20H 0.72L 0.40H 0.91L 0.43H 1.01L 0.43H 1.10L 0.41H 1.14L 0.32H1.44L 0.14H 4.70L/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光学厚度的碘化铯膜层，λ0为中心波长，为3微米，H与L前的数字为λ0/4光学厚度比例系数。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710563610.6A CN107153231B (zh) | 2017-07-12 | 2017-07-12 | 一种具有中波红外截止功能的远红外光学薄膜窗口 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710563610.6A CN107153231B (zh) | 2017-07-12 | 2017-07-12 | 一种具有中波红外截止功能的远红外光学薄膜窗口 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107153231A CN107153231A (zh) | 2017-09-12 |
| CN107153231B true CN107153231B (zh) | 2022-11-08 |
Family
ID=59797046
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710563610.6A Active CN107153231B (zh) | 2017-07-12 | 2017-07-12 | 一种具有中波红外截止功能的远红外光学薄膜窗口 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107153231B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108169832B (zh) * | 2017-12-22 | 2020-08-18 | 兰州空间技术物理研究所 | 一种2.75~2.95μm透过中波红外滤光片及其制备方法 |
| CN108983329A (zh) * | 2018-07-11 | 2018-12-11 | 无锡奥夫特光学技术有限公司 | 制备红外光学窗口的工艺方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101403806A (zh) * | 2008-11-05 | 2009-04-08 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 基于锗基底的可见/红外宽光谱分色片 |
| CN204086594U (zh) * | 2014-08-15 | 2015-01-07 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种双色滤光片 |
| CN105487152A (zh) * | 2015-12-01 | 2016-04-13 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种基于碲锗铅高折射率材料的中波红外滤光片 |
| CN207008095U (zh) * | 2017-07-12 | 2018-02-13 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 具有中波红外截止功能的远红外光学薄膜窗口 |
-
2017
- 2017-07-12 CN CN201710563610.6A patent/CN107153231B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101403806A (zh) * | 2008-11-05 | 2009-04-08 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 基于锗基底的可见/红外宽光谱分色片 |
| CN204086594U (zh) * | 2014-08-15 | 2015-01-07 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种双色滤光片 |
| CN105487152A (zh) * | 2015-12-01 | 2016-04-13 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种基于碲锗铅高折射率材料的中波红外滤光片 |
| CN207008095U (zh) * | 2017-07-12 | 2018-02-13 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 具有中波红外截止功能的远红外光学薄膜窗口 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107153231A (zh) | 2017-09-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107153231B (zh) | 一种具有中波红外截止功能的远红外光学薄膜窗口 | |
| US20160273958A1 (en) | Sensor integrated metal dielectric filters for solar-blind silicon ultraviolet detectors | |
| CN206741013U (zh) | 一种以锗为基底的中长波红外增透膜 | |
| CN110879435B (zh) | 一种以硒化锌晶体为基底的中长波红外宽光谱分色片 | |
| Xie et al. | Automated detection of cloud and aerosol features with SACOL micro-pulse lidar in northwest China | |
| CN110146943B (zh) | 一种硅基底中波红外增透膜及其制备方法 | |
| CN210514674U (zh) | 一种锗基底红外长波通滤光片 | |
| US9312413B2 (en) | Method for producing a substrate having a colored interference filter layer, this substrate containing a colored interference filter layer, the use of this substrate as a colored solar cell or as a colored solar module or as a component thereof, as well as an array including at least two of these substrates | |
| Fanni et al. | Tuning the porosity of zinc oxide electrodes: from dense to nanopillar films | |
| CN207008095U (zh) | 具有中波红外截止功能的远红外光学薄膜窗口 | |
| CN106842401B (zh) | 一种以cvd金刚石为基底的远红外波段光学薄膜滤光片 | |
| WO2016130582A1 (en) | Sensor integrated metal dielectric filters for solar-blind silicon ultraviolet detectors | |
| CN202230219U (zh) | 10.8微米的红外带通滤光片 | |
| CN105785489A (zh) | 一种以蓝宝石为基底的短波红外带通滤光片 | |
| CN112162340B (zh) | 一种以锗为基底45度角倾斜使用的红外宽光谱分色片 | |
| CN206411288U (zh) | 以cvd金刚石为基底的远红外波段光学薄膜滤光片 | |
| CN102269835A (zh) | 具有高矩形度透过率曲线的红外带通滤光片 | |
| Platt et al. | Determination of the cirrus particle single-scattering phase function from lidar and solar radiometric data | |
| CN107102388A (zh) | 一种漫反射板的制作方法及漫反射板 | |
| CN103293577A (zh) | 以ZnSe为基底的4—14.5微米红外宽光谱分光膜 | |
| Gramuglia et al. | Light extraction enhancement in scintillation crystals using thin film coatings | |
| Glebov et al. | Optical properties of complex fluoride films obtained using vacuum electron-beam evaporation | |
| Harmer et al. | Enhancement of photomultiplier sensitivity with anti-reflective layers | |
| Hawkins et al. | High-performance infrared narrow-bandpass filters for the Indian National Satellite System meteorological instrument (INSAT-3D) | |
| Lambertz | Development of Doped Microcrystalline Silicon Oxide and its Application to Thin‑Film Silicon Solar Cells |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |