CN110261948A - 一种一氧化氮气体检测用红外滤光片及其制备方法 - Google Patents

一种一氧化氮气体检测用红外滤光片及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110261948A
CN110261948A CN201910551815.1A CN201910551815A CN110261948A CN 110261948 A CN110261948 A CN 110261948A CN 201910551815 A CN201910551815 A CN 201910551815A CN 110261948 A CN110261948 A CN 110261948A
Authority
CN
China
Prior art keywords
film
infrared fileter
nitric oxide
oxide gas
membrane system
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.)
Granted
Application number
CN201910551815.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110261948B (zh
Inventor
黄颖璞
乔冠军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai gefite Sensor Technology Co.,Ltd.
Original Assignee
Zhenjiang Aihaokesi Electronic Technology Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhenjiang Aihaokesi Electronic Technology Co Ltd filed Critical Zhenjiang Aihaokesi Electronic Technology Co Ltd
Priority to CN201910551815.1A priority Critical patent/CN110261948B/zh
Publication of CN110261948A publication Critical patent/CN110261948A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110261948B publication Critical patent/CN110261948B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/20Filters
    • G02B5/28Interference filters
    • G02B5/281Interference filters designed for the infrared light
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/20Filters
    • G02B5/28Interference filters
    • G02B5/285Interference filters comprising deposited thin solid films
    • G02B5/288Interference filters comprising deposited thin solid films comprising at least one thin film resonant cavity, e.g. in bandpass filters

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明涉及一种红外滤光片生产技术,具体涉及一种一氧化氮气体检测用红外滤光片及其制备方法。红外滤光片采用单晶Si作基板;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。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℃。所述红外滤光片,中心波长为5300nm,峰值透过率为89.83%,半高宽为185nm,能极大的提高信噪比,可以很好的抑制其他气体的干扰。

Description

一种一氧化氮气体检测用红外滤光片及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种红外滤光片生产技术,具体涉及一种一氧化氮气体检测用红外滤光片及其制备方法。
背景技术
红外气体浓度探测原理是根据气体红外特征吸收峰测定气体浓度,因此选择特定波长的红外气体分析滤光片是红外气体分析仪的关键部件。光源发出的光经过滤光片后,得到一定带宽的准单色光(带宽越窄单色度越好),该光通过气体样品池被气体吸收后,由检测器检测出射光强,从而推算出气体的浓度。
目前的NO红外光学分析仪器应用广泛,检测气体含量具体有实时、连续和可靠的特点,但是目标气体中通过NO含量低,红外特征吸收峰值较弱,检测困难,因此目前国内较多采用化学法和薄膜热敏探测法,存在检测器寿命短或成本高等问题,因此既要降低成本,又要提高探测精度在NO红外光学分析仪器中已经相当重要。
但是,就目前用于测量NO气体的带通红外滤光片,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,有效检测一氧化氮气体的5300nm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一氧化氮气体检测用红外滤光片,其特征是:
(1)采用单晶Si作基板;硅双面抛光,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多层干涉薄膜;
(3)主膜系面薄膜结构采用Sub/(HL)2H(LH)L(HL)2H(LH)L(HL)2H(LH)L/Air;
(4)干涉截止膜系面薄膜采用:Sub/0.377(0.5HL0.5H)8 0.585(0.5HL0.5H)8L/Air;
膜系中符号含义分别为:Sub为基板,Air为空气,H和L分别代表高折射率材料Ge膜层和低折射率材料SiO膜层的一个1/4波长光学厚度,中心波长λ=5300nm,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。
(5)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℃。
(6)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。
上述的制备得到的5300nm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5300nm,峰值透过率为89.83%,半高宽为185nm。除中心波长5300nm带宽185nm的通带外,从1000~11000nm范围内的其余光谱全部截止,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,广泛应用于一氧化氮气体红外探测仪器,提高仪器探测精度和效能,可以做到更快速、更精确的确认泄漏点。
本发明与现有技术相比具有以下优点:
a、镀膜材料选择一氧化硅SiO和单晶锗Ge。Ge作为高折射率材料,折射率约为4.2,透明区为1.7-23μm,与其搭配的低折射率材料SiO折射率约为1.9,透明区约为0.4-8μm。因此对于一氧化氮气体检测用滤光片(除中心波长(5300nm)透过,其他波段截止),采用SiO和Ge镀膜材料搭配(8000nm后SiO具有较高的吸收),将无需对于8000nm后的波段进行镀膜处理,极大的减少膜层数和厚度,降低滤光片成本。
b、主膜系面薄膜结构采用Sub/(HL)2H(LH)L(HL)2H(LH)L(HL)2H(LH)L/Air,通过以高折射率材料作为间隔层,增加腔数,减少反射层数,实现好的陡度和矩形度。通过对窄带滤光片膜系敏感度模拟分析,在窄带滤光片设计的过程中,在满足设计要求的同时,尽量减少反射层层数,不以低折射率膜层作为间隔层,减少低折射率膜层数,可以降低敏感度和制备难度,同时降低制备成本。
c、滤光片与传统技术方法相比,具有中心波长为5300nm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>85%、截止区域内截止深度<0.5%,因此5300nm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。
d、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,满足高精度一氧化氮气体红外探测仪器的性能要求。
附图说明
图1是本发明所述一氧化氮气体检测用红外滤光片的结构示意图;
其中:基底基片为单晶Si,膜层材料H为Ge,膜层材料L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一氧化氮气体检测用红外滤光片:
(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A系面薄膜采用:Sub/(HL)2H(LH)L(HL)2H(LH)L(HL)2H(LH)L/Air;
(4)干射膜系B面薄膜采用:干涉膜系B面薄膜采用Sub/0.377(0.5HL0.5H)8 0.585(0.5HL0.5H)8L/Air;
膜系中符号含义分别为:Sub为基板,Air为空气,H和L分别代表高折射率材料Ge膜层和低折射率材料SiO膜层的一个1/4波长光学厚度,中波长λ=5300nm,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一氧化氮气体检测用红外滤光片及其制备方法,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1000~11000nm的范围内除通带外的所有无效次峰。
本实施例提供的一氧化氮气体检测用红外滤光片,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=5300nm;
2.带宽Δλ=185nm;
3.波形系数Δλ10%/Δλ50%=1.014;
4.峰值透过率Tp=89.83%;
除通带外1000~7000nm Tavg≤0.5%。
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)

1.一种一氧化氮气体检测用红外滤光片,其特征在于,
(1)采用单晶Si作基板;硅双面抛光,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多层干涉薄膜;
(3)主膜系面薄膜结构采用Sub/(HL)2H(LH) L (HL)2H(LH) L (HL)2H(LH)L/Air;
(4)干涉截止膜系面薄膜采用:Sub/0.377(0.5HL0.5H)8 0.585(0.5HL0.5H)8L/Air;
膜系中符号含义分别为:Sub为基板,Air为空气,H和L分别代表高折射率材料Ge膜层和低折射率材料SiO膜层的一个1/4波长光学厚度,中心波长λ=5300nm,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。
2.如权利要求1所述的一种一氧化氮气体检测用红外滤光片,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/sec;SiO选用多孔钼舟电热蒸镀,沉积速率为/sec,开始蒸镀真空度为1.0×10-3Pa,沉积温度为200℃。
3.如权利要求1所述的一种一氧化氮气体检测用红外滤光片,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所述的一种一氧化氮气体检测用红外滤光片,其特征在于,所述一氧化氮气体检测用红外滤光片,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5300nm,峰值透过率为89.83%,半高宽为185nm;除中心波长5300nm带宽185nm的通带外,从1000~11000nm范围内的其余光谱全部截止,能极大的提高信噪比,可以很好的抑制其他气体的干扰。
CN201910551815.1A 2019-06-25 2019-06-25 一种一氧化氮气体检测用红外滤光片及其制备方法 Active CN110261948B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910551815.1A CN110261948B (zh) 2019-06-25 2019-06-25 一种一氧化氮气体检测用红外滤光片及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910551815.1A CN110261948B (zh) 2019-06-25 2019-06-25 一种一氧化氮气体检测用红外滤光片及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110261948A true CN110261948A (zh) 2019-09-20
CN110261948B CN110261948B (zh) 2022-01-25

Family

ID=67921001

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910551815.1A Active CN110261948B (zh) 2019-06-25 2019-06-25 一种一氧化氮气体检测用红外滤光片及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110261948B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114637065A (zh) * 2022-02-18 2022-06-17 湖南麓星光电科技有限公司 一种高损伤阈值红外双激光通道滤光片及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03210503A (ja) * 1990-01-14 1991-09-13 Horiba Ltd 多層膜干渉フィルタ
CN202472019U (zh) * 2012-03-12 2012-10-03 杭州麦乐克电子科技有限公司 5300纳米带通红外滤光片
CN103713344A (zh) * 2013-11-29 2014-04-09 杭州麦乐克电子科技有限公司 中心波长4580nm的一氧化氮气体检测滤光片
CN105842770A (zh) * 2016-05-17 2016-08-10 江苏大学 一种co2气体检测用红外滤光片及其制备方法
CN106291795A (zh) * 2016-08-30 2017-01-04 镇江爱豪科思电子科技有限公司 一种co气体检测用红外滤光片及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03210503A (ja) * 1990-01-14 1991-09-13 Horiba Ltd 多層膜干渉フィルタ
CN202472019U (zh) * 2012-03-12 2012-10-03 杭州麦乐克电子科技有限公司 5300纳米带通红外滤光片
CN103713344A (zh) * 2013-11-29 2014-04-09 杭州麦乐克电子科技有限公司 中心波长4580nm的一氧化氮气体检测滤光片
CN105842770A (zh) * 2016-05-17 2016-08-10 江苏大学 一种co2气体检测用红外滤光片及其制备方法
CN106291795A (zh) * 2016-08-30 2017-01-04 镇江爱豪科思电子科技有限公司 一种co气体检测用红外滤光片及其制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114637065A (zh) * 2022-02-18 2022-06-17 湖南麓星光电科技有限公司 一种高损伤阈值红外双激光通道滤光片及其制备方法
CN114637065B (zh) * 2022-02-18 2024-02-27 湖南麓星光电科技有限公司 一种高损伤阈值红外双激光通道滤光片及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110261948B (zh) 2022-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105842770B (zh) 一种co2气体检测用红外滤光片及其制备方法
CN106291795B (zh) 一种co气体检测用红外滤光片及其制备方法
CN106125183B (zh) 一种六氟化硫气体检测用红外滤光片及其制备方法
CN106054300B (zh) 一种co2气体检测用双通道红外滤光片及其制备方法
CN110261949A (zh) 一种二氧化硫气体检测用红外滤光片及其制备方法
CN106405708B (zh) 一种甲烷气体检测用红外滤光片及其制备方法
Ou et al. H2 sensing performance of optical fiber coated with nano-platelet WO3 film
CN105974505B (zh) 一种温度探测用长波通红外滤光片及其制备方法
CN106125182B (zh) 一种火焰探测用红外滤光片及其制备方法
CN106990466B (zh) 一种窄带滤光片及其制备方法
Pearce et al. Structural characteristics and optical properties of plasma assisted reactive magnetron sputtered dielectric thin films for planar waveguiding applications
CN106199803B (zh) 一种温度探测用宽带红外滤光片及其制备方法
CN110261948A (zh) 一种一氧化氮气体检测用红外滤光片及其制备方法
CN201876563U (zh) 5.25微米波长的窄带红外滤光片
CN100434937C (zh) 一种掺杂稳定化氧化锆的耐高温光学膜及其制备方法
CN106125184B (zh) 一种甲醛气体检测用红外滤光片及其制备方法
CN101986174B (zh) 5.25微米波长的中波红外窄带滤光片
CN102540313A (zh) 7.6微米前截止红外滤光片及其制作方法
KR101197741B1 (ko) 나노로드를 구비하는 표면 플라즈몬 공명 센서
Heming et al. Plasma impulse CVD deposited TiO2 waveguiding films: properties and potential applications in integrated optical sensor systems
CN101718693B (zh) 一种纤芯失配的光纤二氧化氮气体浓度测量仪
CN113916839A (zh) 基于双导模共振效应的海水温盐传感器、测量系统及方法
Bing et al. High sensitivity dual core photonic crystal fiber sensor for simultaneous detection of two samples
Stadler et al. Sputter-deposited yttria–alumina thin films for optical waveguiding
CN101363756A (zh) 一种基于ZnO薄膜透射光谱温变特性的温度测量方法

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
TA01 Transfer of patent application right
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20211130

Address after: 201800 room j495, building 2, No. 988, Zhentang Road, Nanxiang, Jiading District, Shanghai

Applicant after: Shanghai gefite Sensor Technology Co.,Ltd.

Address before: 212009 building 26, No.99, dingmaojing 15th Road, Zhenjiang New District, Jiangsu Province

Applicant before: ZHENJIANG AIHAO KESI ELECTRONIC TECHNOLOGY Co.,Ltd.

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant