CN108169832A - 一种2.75~2.95μm透过中波红外滤光片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种2.75～2.95μm透过中波红外滤光片及其制备方法，属于光学薄膜领域。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另一侧的短波通膜系；长波通膜系包括交替叠加的锗膜层和硫化锌膜层，长波通膜系的结构为(0.5HL0.5H)^10(0.36H0.72L0.36H)^5，中心波长为2150nm；短波通膜系包括交替叠加的硫化锌膜层和锗膜层，短波通膜系结构为(0.5LH0.5L)^10，中心波长3500nm；所述滤光片在2.75～2.95μm谱段具有≥82％的高透过率，同时在1.0～2.7μm和3.0～4.2μm谱段宽截止，截止区域内平均透过率＜1％，满足遥感探测系统的使用要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种2.75～2.95μm透过中波红外滤光片及其制备方法，具体涉及一种在2.75～2.95μm谱段具有高透过率，同时在1.0～2.7μm和3.0～4.2μm谱段宽截止的中波红外滤光片，属于光学薄膜领域。
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滤光片：(1)在2.75～2.95μm谱段具有高透过率；(2)在1.0～2.7μm和3.0～4.2μm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
针对现有技术中未有在2.75～2.95μm谱段具有高透过率，同时在1.0～2.7μm和3.0～4.2μm谱段宽截止的中波红外滤光片的缺陷；本发明的目的之一在于提供一种2.75～2.95μm透过中波红外滤光片，所述滤光片在2.75～2.95μm谱段具有高透过率，同时在1.0～2.7μm和3.0～4.2μm谱段宽截止。
本发明的目的之二在于提供一种2.75～2.95μm透过中波红外滤光片的制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种2.75～2.95μm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另一侧的短波通膜系；
长波通膜系包括交替叠加的锗(Ge)膜层和硫化锌(ZnS)膜层，长波通膜系的结构为：(0.5HL0.5H)^10(0.36H0.72L0.36H)^5，中心波长为2150nm；H为锗膜层，0.5H表示锗膜层厚度为0.5个基本厚度，0.36H表示锗膜层厚度为0.36个基本厚度；L为硫化锌膜层，表示硫化锌膜层厚度为1个基本厚度，0.72L表示硫化锌膜层厚度为0.72个基本厚度；10为基本膜堆(0.5HL0.5H)的周期数，5为基本膜堆(0.36H0.72L0.36H)的周期数；
短波通膜系包括交替叠加的硫化锌膜层和锗膜层，短波通膜系结构为：(0.5LH0.5L)^10，中心波长3500nm；H为锗膜层，表示锗膜层厚度为1个基本厚度，L为硫化锌膜层，0.5L表示硫化锌膜层厚度为0.5个基本厚度；10为基本膜堆(0.5LH0.5L)的周期数；
基本厚度为长波通膜系或短波通膜系光学厚度中心波长的四分之一。
优选的，采用Macleod软件对所述长波通膜系的结构进行优化，得到的长波通膜系，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31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
优选的，采用Macleod软件对所述长波通膜系的结构进行优化，得到的短波通膜系，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
优选的，锗基底长28mm，宽2mm，厚1mm，锗基底的平行度＜30″。
一种本发明所述2.75～2.95μm透过中波红外滤光片的制备方法，所述方法步骤如下：
(1)将干净的基底装入清洁的真空室中，抽真空至3×10-5Torr；
(2)将基底加热到200±1℃，并保持30min；
(3)用离子束轰击清洗10min，离子源工作气体为氩气，气体流量为18sccm；
(4)采用离子束辅助的电子枪蒸发法，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，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，直至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，膜层物理厚度采用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2.75～2.95μm透过中波红外滤光片。
有益结果
本发明提供了一种2.75～2.95μm透过中波红外滤光片，所述滤光片达到优良技术指标：在2.75～2.95μm谱段具有≥82％的高透过率，同时在1.0～2.7μm和3.0～4.2μm谱段宽截止，截止区域内平均透过率＜1％，可大大改进该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；
本发明提供了一种2.75～2.95μm透过中波红外滤光片，所述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；
本发明提供了一种2.75～2.95μm透过中波红外滤光片的制备方法，所述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
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
一种2.75～2.95μm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，所述基底长28mm，宽2mm，厚1mm，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2150nm，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31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，结果表明长波通膜系在1.0～2.7μm谱段宽截止，在2.75～2.95μm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3500nm，各膜层参数如表2所示，其中，层数为1的膜层为短波通膜系的最外层，层数为21的膜层沉积在锗基底上，为短波通膜系的最内层。
表2短波通膜系
采用MacLeod软件对表2中数据分析可得短波通膜系的理论透射光谱图，如图2所示，结果表明短波通膜系在3.0～4.2μm谱段宽截止，在2.75～2.95μm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，离子源工作气体为氩气，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，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；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，直至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，得到一种本实施例所述的2.75～2.95μm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，表明所述滤光片在2.75～2.95μm谱段具有高透过率，用UVWINLAB软件对所述滤光片的投射结果进行计算可得，所述滤光片在2.75～2.95μm谱段内的平均透过率为82％，在1.0～2.7μm谱段内的平均透过率为0.1％，在3.0～4.2μm谱段内的平均透过率为0.05％。
发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种2.75～2.95μm透过中波红外滤光片，其特征在于：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另一侧的短波通膜系；
长波通膜系包括交替叠加的锗膜层和硫化锌膜层，长波通膜系的结构为：(0.5HL0.5H)^10(0.36H0.72L0.36H)^5，中心波长为2150nm；H为锗膜层，0.5H表示锗膜层厚度为0.5个基本厚度，0.36H表示锗膜层厚度为0.36个基本厚度；L为硫化锌膜层，表示硫化锌膜层厚度为1个基本厚度，0.72L表示硫化锌膜层厚度为0.72个基本厚度；10为基本膜堆(0.5HL0.5H)的周期数，5为基本膜堆(0.36H0.72L0.36H)的周期数；
短波通膜系包括交替叠加的硫化锌膜层和锗膜层，短波通膜系结构为：(0.5LH0.5L)^10，中心波长3500nm；H为锗膜层，表示锗膜层厚度为1个基本厚度，L为硫化锌膜层，0.5L表示硫化锌膜层厚度为0.5个基本厚度；10为基本膜堆(0.5LH0.5L)的周期数；
基本厚度为长波通膜系或短波通膜系光学厚度中心波长的四分之一。
2.如权利要求1所述的一种2.75～2.95μm透过中波红外滤光片，其特征在于：长波通膜系结构如表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31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
3.如权利要求1所述的一种2.75～2.95μm透过中波红外滤光片，其特征在于：短波通膜系结构如表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
4.如权利要求2所述的一种2.75～2.95μm透过中波红外滤光片，其特征在于：短波通膜系结构如表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
5.如权利要求1～4任意一项所述的一种2.75～2.95μm透过中波红外滤光片，其特征在于：锗基底长28mm，宽2mm，厚1mm，锗基底的平行度＜30″。
6.一种如权利要求1～4任意一项所述的2.75～2.95μm透过中波红外滤光片的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
(1)将干净的基底装入清洁的真空室中，抽真空至3×10-5Torr；
(2)将基底加热到200±1℃，并保持30min；
(3)用离子束轰击清洗10min，离子源工作气体为氩气，气体流量为18sccm；
(4)采用离子束辅助的电子枪蒸发法，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，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，直至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，膜层物理厚度采用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2.75～2.95μm透过中波红外滤光片。
7.如权利要求6所述的一种2.75～2.95μm透过中波红外滤光片的制备方法，其特征在于：锗基底长28mm，宽2mm，厚1mm，锗基底的平行度＜30″。
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