CN210514674U - 一种锗基底红外长波通滤光片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种锗基底红外长波通滤光片，该滤光片在光学镀膜过程中使用锗（Ge）为高折射率材料，使用硫化锌（ZnS）为低折射率材料，利用物理气相沉积（PVD）的方法，在锗基底的两个表面分别沉积多层非规整的膜层。为了提高该滤光片的膜层可靠性，在镀膜前使用离子源辅助清洁的方法并设置适当的基底烘烤温度等特定工艺条件。该长波通滤光片在8~14μm波长区间内具有优良的透光效果，平均透过率＞92%，在1~7μm波长区间内高度截止，可以有效降低次峰干扰，提高红外探测器的探测效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及红外光学滤光片薄膜技术，具体指一种在单晶锗基底上镀膜，并实现1～7μm波长区间内截止，在8～14μm波长区间内透射的红外长波通滤光片。
背景技术
大气对不同波长的红外辐射具有不同的透过率，其中透过率较高的波段范围称为大气窗口。8～14um是其中非常重要的热红外窗口，主要来自物体热辐射的能量，适于夜间成像，探测目标的地物温度。因此有大量红外光学窗口应用于侦查和警戒的夜视仪和热成像仪等领域，在红外光学领域具有不可替代的地位。
光学滤光片是一种非常重要的光学设备元器件，它的主要功能就是把一定区间内的光谱分为两部分，其中一部分不允许光通过的称为截止区，另一部分要求光充分通过的称为透射区。在各种光学系统中，红外长波通滤光片都有着十分重要的作用，具有滤除背景杂散光、提高工作波段透过率的效果，对提高探测器灵敏度、改善光学系统的性能具有重要意义。红外长波通滤光片主要应用于安防监控、气体分析、夜视、红外测温等领域，在军事和民用领域都有着非常广泛的应用。
实用新型内容
本实用新型提出设计了一种锗基底上的红外长波通滤光片，可以使用在各种红外光学探测系统中以减少背景杂散光的影响，增加工作波段信号强度，提高红外探测器响应率。
本实用新型的技术方案是：在双面抛光的单晶锗的两个表面分别交替沉积多层Ge和ZnS薄膜。
本实用新型的长波通滤光片由正面膜系(1)、基片(2)和背面膜系(3) 组成，在基底的一面沉积正面膜系(1)，由Ge和ZnS交替组成，共28层；在基底的另一面沉积背面膜系(3)，由Ge和ZnS交替组成，共46层。
正面膜系(1)的膜系结构为：
锗基底/0.308H 0.316L 1.01H 0.769L 0.661H 0.836L 0.659H 0.757L 0.885H0.823L 0.752H 0.818L 0.624H 0.804L 0.941H 0.939L 0.891H 1.395L 0.836H 1.01L1.392H 0.93L 0.93H 1.33L 1.182H 0.569L 1.568H 2.098L/空气。
背面膜系(3)的膜系结构为：
锗基底/0.299H 0.267L 0.555H 0.233L 0.481H 0.51L 0.192H 0.389L 0.26H0.481L 0.345H 0.511L 0.258H 0.412L 0.398H 0.355L 0.431H 0.405L 0.443H 0.635L0.497H 0.449L 0.317H 0.6L 0.537H 0.48L 0.523H 0.477L 0.663H 0.543L 0.679H0.541L 0.764H 0.459L 0.823H 0.391L 0.871H 0.83L 0.503H 0.872L 0.273H 0.875L1.022H 0.283L 2.161H 1.907L/空气。
其中，H表示一个λ0/4光学厚度的Ge膜层，L表示一个λ0/4光学厚度的ZnS 膜层，λ0为中心波长，H与L前的数字为膜层的厚度比例系数。
本实用新型优点在于：提出了一种以锗为基底的红外长波通滤光片，透射区光谱范围为8～14μm，平均透过率大于92％；截止区光谱范围为1～7μm，平均透过率小于1％，可以很好的提高信噪比，增强信号强度，提高探测器响应。
附图说明
图1为锗基底红外长波通滤光片剖面结构示意图。图中(1)为正面膜系， (2)为锗基片，(3)为背面膜系。
图2为锗基底的光谱透过率曲线。
图3为锗基底红外长波通滤光片正面膜系的光谱透过率曲线。
图4为锗基底红外长波通滤光片背面膜系的光谱透过率曲线。
图5为锗基底红外长波通滤光片的光谱透过率曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进一步详细说明。
本实用新型红外长波通滤光片工作波段范围为8～14μm。选用在所需光谱范围内合适的光学薄膜材料，以Ge为高折射率材料，ZnS为低折射率材料。
本实用新型红外长波通滤光片膜系为多层非规整膜系结构。镀膜沉积采用物理气相沉积(PVD)方法，使用石英晶体监控。选取中心波长为5.0μm，膜系结构通过膜系设计软件优化。
参见图1，本实用新型长波通滤光片由正面膜系(1)、基片(2)和背面膜系(3)组成，在基底的一面沉积正面膜系(1)，由Ge和ZnS交替组成，共28层；在基底的另一面沉积背面膜系(3)，由Ge和ZnS交替组成，共46 层。
得到正面膜系(1)的膜系结构为：
锗基底/0.308H 0.316L 1.01H 0.769L 0.661H 0.836L 0.659H 0.757L 0.885H0.823L 0.752H 0.818L 0.624H 0.804L 0.941H 0.939L 0.891H 1.395L 0.836H 1.01L1.392H 0.93L 0.93H 1.33L 1.182H 0.569L 1.568H 2.098L/空气。
背面膜系(3)的膜系结构为：
锗基底/0.299H 0.267L 0.555H 0.233L 0.481H 0.51L 0.192H 0.389L 0.26H0.481L 0.345H 0.511L 0.258H 0.412L 0.398H 0.355L 0.431H 0.405L 0.443H 0.635L0.497H 0.449L 0.317H 0.6L 0.537H 0.48L 0.523H 0.477L 0.663H 0.543L 0.679H0.541L 0.764H 0.459L 0.823H 0.391L 0.871H 0.83L 0.503H 0.872L 0.273H 0.875L1.022H 0.283L 2.161H 1.907L/空气。
其中，H表示一个λ0/4光学厚度的Ge膜层，L表示一个λ0/4光学厚度的ZnS 膜层，λ0为中心波长，H与L前的数字为膜层的厚度比例系数。
本实用新型提供的一种锗基底红外长波通滤光片，其特征是以单晶锗为基底，锗(GE)和硫化锌(ZNS)为镀膜材料，利用物理气相沉积(PVD)的方法进行镀膜，材料蒸发均采用电阻舟热蒸发的方式。在镀膜前采用离子源辅助清洁基片表面，保持200℃的基片烘烤温度；在镀膜过程中，真空度保持在2× 10E-3Pa以下，材料蒸发速率控制在10A/s以内，采用石英晶振进行膜厚控制。
本实用新型提供的红外长波通滤光片采用美国Nicolet公司NEXUS470红外傅里叶光谱仪进行测量，锗基底对应的光谱曲线参见图2，正面膜系(1)对应的单面镀膜光谱曲线参见图3，背面膜系(3)对应的单面镀膜光谱曲线参见图4，双面镀膜后的长波通滤光片光谱曲线参见图5，实现在8～14μm波长范围内，平均透过率大于92％；在1～7μm波长范围内，平均透过率小于1％。
Claims (1)
1.一种锗基底红外长波通滤光片，其结构为：在基底的正面沉积正面膜系(1)，在基底的反面沉积背面膜系(3)，其特征在于：
a、所述的正面膜系(1)的膜系结构为：
锗基底/0.308H 0.316L 1.01H 0.769L 0.661H 0.836L 0.659H 0.757L 0.885H0.823L 0.752H 0.818L 0.624H 0.804L 0.941H 0.939L 0.891H 1.395L 0.836H 1.01L1.392H 0.93L 0.93H 1.33L 1.182H 0.569L 1.568H 2.098L/空气
b、所述的背面膜系(3)的膜系结构为：
锗基底/0.299H 0.267L 0.555H 0.233L 0.481H 0.51L 0.192H 0.389L 0.26H0.481L 0.345H 0.511L 0.258H 0.412L 0.398H 0.355L 0.431H 0.405L 0.443H 0.635L0.497H 0.449L 0.317H 0.6L 0.537H 0.48L 0.523H 0.477L 0.663H 0.543L 0.679H0.541L 0.764H 0.459L 0.823H 0.391L 0.871H 0.83L 0.503H 0.872L 0.273H 0.875L1.022H 0.283L 2.161H 1.907L/空气
其中，H表示一个λ0/4光学厚度的Ge膜层，L表示一个λ0/4光学厚度的ZnS膜层，λ0为中心波长，H与L前的数字为膜层的厚度比例系数。
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