CN115079315B - 一种适用于低温与高温环境下的近红外光谱段光学测量窗口 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种适用于低温与高温环境下的近红外光谱段光学测量窗口，所述光学测量窗口包括基底与设置于所述基底两面的增透膜；所述增透膜的膜系结构包括Sub/(a1Hb1La1H)m/Air，m为正整数；其中，H代表λ0/4光学厚度的TiO2膜层；L代表λ0/4光学厚度的SiO2膜层；a1代表每层TiO2膜层的厚度系数；b1代表每层SiO2膜层的厚度系数；所述光学测量窗口通过对增透膜膜系的结构进行优化设计，不仅提高了光学测量窗口在近红外光谱段的透过率，而且提升了其使用强度，使其既能适用于低温环境，又能适用于高温环境，具有较好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于薄膜技术领域，具体涉及一种适用于低温与高温环境下的近红外光谱段光学测量窗口。
背景技术
红外窗口作为红外成像探测系统的重要组成部分，主要是将红外传感/成像系统与外部恶劣环境分隔开。它广泛的应用于航空航天，高能物理等领域，该领域内的应用设备经常处于极低温或者极高温环境。对红外窗口而言，一方面既要保护红外传感器及其它光电装置不受外界环境的损伤，同时又要保证不能降低光电传感器对透射光谱信号的探测灵敏度和分辨率。
蓝宝石晶体，由于具有良好的机械和光学等综合性能，在可见光以及近红外谱段均有优良的透过率表现。然而，随着飞行器高速化趋势的发展，对红外探测窗口提出更高的技术挑战：严重的气动加热，将导致蓝宝石红外窗口工作温度亦不断随之增高，给蓝宝石红外窗口器件的强度与刚度等机械性能会带来不利的影响，此外还大大降低了其良好的透波性能，从而产生诸如热开裂、热辐射和光畸变等严重问题，导致蓝宝石红外窗口部件的结构/功能失效。在高温、高压等恶劣工作环境下，蓝宝石红外窗口材料的强度和透过率也会显著下降，随之将产生热开裂、热辐射和光畸变等现象，从而导致红外窗口部件的结构/功能失效。而在低温等极端工作环境下，由于材料本身的低温特性发生变化，如折射率、厚度、吸收系数等发生较大变化，最终影响光学器件的功能。
CN103287010A公开了一种蓝宝石红外窗口用氧化钇/二氧化硅增透保护膜，包括依次沉积的氧化钇层和二氧化硅层，氧化钇层的厚度为200-750nm，二氧化硅层的厚度为600-900nm。该增透膜主要解决了高温环境下的应用问题，但并不能适用于极低温环境。
因此，如何提供一种可同时适用于低温环境和高温环境的近红外光谱段的光学测量窗口具有重要的意义。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种适用于低温与高温环境下的近红外光谱段光学测量窗口，所述光学测量窗口通过增透膜膜系结构的设计，不仅提高了光学测量窗口在近红外光谱段的透过率，而且提升了其使用强度，使其既能适用于低温环境，又能适用于高温环境，极大地提升了测量的准确度，具有较好的应用前景。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种适用于低温与高温环境下的近红外光谱段光学测量窗口，所述光学测量窗口包括基底与设置于所述基底两面的增透膜；
所述增透膜的膜系结构包括Sub/(a1Hb1La1H)m/Air，m为正整数；
其中，H代表λ0/4光学厚度的TiO2膜层；L代表λ0/4光学厚度的SiO2膜层；
a1代表每层TiO2膜层的厚度系数；b1代表每层SiO2膜层的厚度系数。
λ0代表膜系结构对应的中心波长，这里λ0＝1050nm。
本发明中Sub是指基底，Air则代表远离基底的方向。
本发明所述光学测量窗口针对现有光学窗片在低温或高温下、近红外光谱段透过率差、测量精度差的问题，通过设计新的膜系结构，极大地增加了窗片对近红外光谱段的透过率，使其可适用于极低或极高的温度环境下，且大大增加了调温光谱设备的测量灵活性与近红外光谱段的光学测量准确率。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
作为本发明优选的技术方案，所述增透膜的膜系结构中，m＝4-8，且为正整数，例如4、5、6、7或8等。
作为本发明优选的技术方案，所述增透膜的膜系结构中，m＝5、6或7。
本发明中，膜系结构的重复周期十分重要，若重复周期过少，会降低膜膜系整体透过率；若重复周期过多，则会带来最终工艺过程的难度，也将会降低整体透过率。
作为本发明优选的技术方案，所述增透膜的膜系结构中，a1＝0.2-0.5，例如0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45或0.5等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述增透膜的膜系结构中，a1＝0.3-0.4，例如0.3、0.31、0.32、0.33、0.34、0.35、0.36、0.37、0.38、0.39或0.4等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述增透膜的膜系结构中，a1＝0.35。
本发明的膜系结构中，若a1过大，即TiO2膜层过厚，会导致膜系失配，降低最终透过率；若a1过小，即TiO2膜层过薄也会影响膜系匹配关系，降低最终透过率，同时影响光谱的整体位置。
作为本发明优选的技术方案，所述增透膜的膜系结构中，b1＝0.8-1.2，例如0.8、0.9、1.0、1.1或1.2等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述增透膜的膜系结构中，b1＝0.9-1.1，例如0.9、0.92、0.94、0.96、0.98、1.0、1.02、1.04、1.06、1.08或1.1等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述增透膜的膜系结构中，b1＝1。
本发明的膜系结构中，若b1过大，即SiO2膜层过厚，会导致膜系失配，降低最终透过率；若b1过小，即SiO2膜层过薄也会影响膜系匹配关系，降低最终透过率，同时影响光谱的整体位置。
作为本发明优选的技术方案，所述基底包括蓝宝石。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明所述光学测量窗口通过增透膜膜系结构的优化与设计，实现了在低温(-195℃)至高温(300℃)环境下，近红外光谱段内平均透过率均达85.7％以上；并通过进一步控制膜系结构的重复周期以及厚度等条件，从而使平均透过率均提升至95.9％以上，极大地增加了调温光谱设备的测量灵活性与准确率，有利于生产应用。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
在一个具体实施方式中，本发明提供了一种适用于低温与高温环境下的近红外光谱段光学测量窗口，所述光学测量窗口包括基底与设置于所述基底两面的增透膜；
所述增透膜的膜系结构包括Sub/(a1Hb1La1H)m/Air，m为正整数；
其中，H代表λ0/4光学厚度的TiO2膜层；L代表λ0/4光学厚度的SiO2膜层；
a1代表每层TiO2膜层的厚度系数；b1代表每层SiO2膜层的厚度系数。
进一步地，所述增透膜的膜系结构中，m＝4-8，且为正整数。
进一步地，所述增透膜的膜系结构中，a1＝0.2-0.5。
进一步地，所述增透膜的膜系结构中，b1＝0.8-1.2。
进一步地，所述基底包括蓝宝石。
以下为本发明典型但非限制性实施例：
本发明实施例1-3分别提供了一种适用于低温与高温环境下的近红外光谱段光学测量窗口，基于具体实施方式部分的光学测量窗口，各实施例中的具体参数条件如表1所示。
表1
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | |
| 基底 | 蓝宝石 | 蓝宝石 | 蓝宝石 |
| a1 | 0.35 | 0.2 | 0.5 |
| b1 | 1 | 1.1 | 0.9 |
| m | 6 | 4 | 8 |
实施例4：
本实施例提供了一种适用于低温与高温环境下的近红外光谱段光学测量窗口，所述光学测量窗口参照实施例2的光学测量窗口，区别仅在于：所述增透膜的膜系结构中，m＝2。
实施例5：
本实施例提供了一种适用于低温与高温环境下的近红外光谱段光学测量窗口，所述光学测量窗口参照实施例3的光学测量窗口，区别仅在于：所述增透膜的膜系结构中，m＝10。
实施例6：
本实施例提供了一种适用于低温与高温环境下的近红外光谱段光学测量窗口，所述光学测量窗口参照实施例2的光学测量窗口，区别仅在于：所述增透膜的膜系结构中，a1＝0.1。
实施例7：
本实施例提供了一种适用于低温与高温环境下的近红外光谱段光学测量窗口，所述光学测量窗口参照实施例3的光学测量窗口，区别仅在于：所述增透膜的膜系结构中，a1＝0.6。
实施例8：
本实施例提供了一种适用于低温与高温环境下的近红外光谱段光学测量窗口，所述光学测量窗口参照实施例3的光学测量窗口，区别仅在于：所述增透膜的膜系结构中，b1＝0.8。
实施例9：
本实施例提供了一种适用于低温与高温环境下的近红外光谱段光学测量窗口，所述光学测量窗口参照实施例2的光学测量窗口，区别仅在于：所述增透膜的膜系结构中，b1＝1.2。
对比例1：
本对比例提供了一种适用于低温与高温环境下的近红外光谱段光学测量窗口，所述光学测量窗口参照实施例1的光学测量窗口，区别仅在于：增透膜的膜系结构为Sub/(b1La1Hb1L)m/Air，涉及到的其他参数具体数值不变。
对比例2：
本对比例提供了一种适用于低温与高温环境下的近红外光谱段光学测量窗口，所述光学测量窗口参照实施例1的光学测量窗口，区别仅在于：增透膜的膜系结构为Sub/(a1Hb1L)m/Air，涉及到的其他参数具体数值不变。
使用分光光度计测量实施例1-9以及对比例1-2所得光学测量窗口在近红外光谱段(900-1800nm)下的平均透过率，结果如表2所示。
表2
通过表2的数据结果可以看出，本发明实施例1-3的膜系结构可极大地提升光学测量窗口在低温或高温环境下近红外光谱段的透过率，使其在低温(-195℃)下平均透过率达96.5％以上，在高温(300℃)下平均透过率达95.9％以上。而实施例4-9中，对膜结构重复周期以及各种膜厚进行了过大或过小的调整，这些调整导致了所得光学测量窗口在低温以及高温环境下平均透过率的下降，进而影响测量精确度。
此外，通过对比例1-2也可以看出，膜系结构中，不同种类膜层的顺序不能随意更改，否则同样会引起增透膜性能的下降，从而影响测量精度。
综合上述实施例和对比例可以看出，本发明所述光学测量窗口通过增透膜膜系结构的优化与设计，实现了在低温(195℃)以及高温(300℃)环境下，近红外光谱段内平均透过率均达85.7％以上；并通过进一步控制膜系结构的重复周期以及厚度等条件，从而使平均透过率均提升至95.9％以上，极大地增加了调温光谱设备的测量灵活性与准确率，有利于生产应用。
本发明通过上述实施例来说明本发明的产品和详细方法，但本发明并不局限于上述产品和详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述产品和详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明操作的等效替换及辅助操作的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (6)
1.一种适用于低温与高温环境下的近红外光谱段光学测量窗口，其特征在于，所述光学测量窗口包括基底与设置于所述基底两面的增透膜；
所述增透膜的膜系结构包括Sub/(a1Hb1La1H)m/Air，m＝4-8，且为正整数，a1＝0.2-0.5，b1＝0.9-1.1；
其中，H代表λ0/4光学厚度的TiO2膜层；L代表λ0/4光学厚度的SiO2膜层；
a1代表每层TiO2膜层的厚度系数；b1代表每层SiO2膜层的厚度系数。
2.根据权利要求1所述的光学测量窗口，其特征在于，所述增透膜的膜系结构中，m＝5、6或7。
3.根据权利要求1所述的光学测量窗口，其特征在于，所述增透膜的膜系结构中，a1＝0.3-0.4。
4.根据权利要求3所述的光学测量窗口，其特征在于，所述增透膜的膜系结构中，a1＝0.35。
5.根据权利要求1所述的光学测量窗口，其特征在于，所述增透膜的膜系结构中，b1＝1。
6.根据权利要求1-5任一项所述的光学测量窗口，其特征在于，所述基底包括蓝宝石。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103827705A (zh) * | 2011-09-21 | 2014-05-28 | 旭硝子株式会社 | 近红外线截止滤波器 |
| JP2017032852A (ja) * | 2015-08-04 | 2017-02-09 | 株式会社大真空 | 反射防止膜及び光学部品 |
| CN109856707A (zh) * | 2019-02-26 | 2019-06-07 | 江西凤凰光学科技有限公司 | 一种宽波段超低反射率的增透膜 |
| CN110749950A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-02-04 | 沈阳仪表科学研究院有限公司 | 一种折射率匹配的消偏振膜系 |
| CN112114389A (zh) * | 2020-06-03 | 2020-12-22 | 江苏万新光学有限公司 | 一种隔热增透膜及其制备方法和用途 |
| CN114063280A (zh) * | 2021-11-19 | 2022-02-18 | 天津津航技术物理研究所 | 一种用于非平面透镜的宽角谱带通滤光薄膜结构及设计方法 |
-
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103827705A (zh) * | 2011-09-21 | 2014-05-28 | 旭硝子株式会社 | 近红外线截止滤波器 |
| JP2017032852A (ja) * | 2015-08-04 | 2017-02-09 | 株式会社大真空 | 反射防止膜及び光学部品 |
| CN109856707A (zh) * | 2019-02-26 | 2019-06-07 | 江西凤凰光学科技有限公司 | 一种宽波段超低反射率的增透膜 |
| CN110749950A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-02-04 | 沈阳仪表科学研究院有限公司 | 一种折射率匹配的消偏振膜系 |
| CN112114389A (zh) * | 2020-06-03 | 2020-12-22 | 江苏万新光学有限公司 | 一种隔热增透膜及其制备方法和用途 |
| CN114063280A (zh) * | 2021-11-19 | 2022-02-18 | 天津津航技术物理研究所 | 一种用于非平面透镜的宽角谱带通滤光薄膜结构及设计方法 |
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| Publication number | Publication date |
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