CN210720796U - 一种红外双色滤光片 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种红外双色滤光片，该滤光片在3.7~5μm波长范围内平均透过率＞85%，在7.7~11μm波长范围内平均透过率＞90%，在1~3.3μm和5.2~7.3μm波长范围内平均透过率＜1%。可以有效抑制背景噪声并隔离干扰信号，提高红外探测器的目标识别能力和探测效率。该滤光片使用的镀膜材料为锗（Ge）和硫化锌（ZnS），利用物理气相沉积（PVD）的真空镀膜方法，在锗基底的两个表面分别沉积多层非规整的膜层。在镀膜过程中使用离子源辅助清洁的方法以及适当的基底烘烤温度、蒸发速率等工艺条件确保滤光片表面膜层的可靠性。

Description

一种红外双色滤光片
技术领域
本实用新型涉及红外光学薄膜技术，具体指一种在单晶锗基底上双面镀膜，并实现1～3.3μm和5.2～7.3μm波长区间内截止，在3.7～5μm和7.7～11μm波长区间内透射的红外双色滤光片。
背景技术
在现代光学仪器、光学成像、光通讯、光学遥感等领域都会涉及到多个光谱波段的光学信号的探测，而且光学仪器有着向小型化、轻量化和集成化发展的趋势。采用同一光路上的双色探测技术，是适应这一发展趋势的有效技术手段之一。双色滤光片是实现双色探测技术的重要光学元器件，它能在同一通光孔径内的同一几何点上通过两个光谱通道的光学能量，并能有效拦截工作波段以外的光线。如果将探测器与双色滤光片组成探测器组件，就可以同时对两个波段的特征光谱进行高灵敏度、高准确性的探测和识别，提高对目标的探测效果，同时提高系统中各元器件的利用率，因此目前迫切需要对双光谱通道红外双色滤光片进行研究。
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双色滤光片，可以使用在各种红外光学探测系统中用以抑制背景噪声和分离干扰信号，在同一通光表面同时通过两个设定的工作光谱通道，提高红外探测器目标识别率。
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。
本实用新型的红外双色滤光片由正面膜系(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20层；在基底的另一面沉积背面膜系(3)，由Ge和ZnS交替组成，共36层。
正面膜系(1)的膜系结构为：
锗基底/0.388H 2.02L 0.505H 1.933L 1.237H 1.689L 1.144H 1.573L 1.418H1.449L 1.476H 1.416L
1.386H 1.527L 1.321H 1.729L 0.928H 1.731L 1.323H 2.741L/空气
背面膜系(3)的膜系结构为：
锗基底/0.541H 0.186L 0.708H 0.233L 0.515H 0.406L 0.433H 0.531L 0.282H0.389L 0.478H 0.423L
0.493H 0.326L 0.433H 0.491L 0.639H 0.641L 0.408H 0.702L 0.170H 0.566L0.439H 0.584L
0.804H 0.509L 0.623H 0.781L 0.583H 0.699L 0.397H 0.789L 2.216H 0.587L0.351H 1.36L/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：提出了一种红外双色滤光片，透射区光谱范围为 3.7～5μm和7.7～11μm，平均透过率大于85％；截止区光谱范围为1～3.3μm和 5.2～7.3μm，平均透过率小于1％，可以很好的提高信噪比，提高红外探测器的目标识别能力和探测效率。
附图说明
图1为红外双色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为红外双色滤光片正面膜系的光谱透过率曲线。
图4为红外双色滤光片背面膜系的光谱透过率曲线。
图5为红外双色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。
本实用新型红外双色滤光片工作波段范围为3.7～5μm和7.7～11μm。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。
本实用新型红外双色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，使用石英晶振监控膜层沉积厚度。选取中心波长为 4.3μm，膜系结构通过膜系设计软件优化。
参见图1，本实用新型红外双色滤光片由正面膜系(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20层；在基底的另一面沉积背面膜系(3)，由Ge和ZnS交替组成，共36层。
得到正面膜系(1)的膜系结构为：
锗基底/0.388H 2.02L 0.505H 1.933L 1.237H 1.689L 1.144H 1.573L 1.418H1.449L 1.476H 1.416L
1.386H 1.527L 1.321H 1.729L 0.928H 1.731L 1.323H 2.741L/空气
背面膜系(3)的膜系结构为：
锗基底/0.541H 0.186L 0.708H 0.233L 0.515H 0.406L 0.433H 0.531L 0.282H0.389L 0.478H 0.423L
0.493H 0.326L 0.433H 0.491L 0.639H 0.641L 0.408H 0.702L 0.170H 0.566L0.439H 0.584L
0.804H 0.509L 0.623H 0.781L 0.583H 0.699L 0.397H 0.789L 2.216H0.587L 0.351H 1.36L/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红外双色滤光片，其特征是以单晶锗为基底，以锗 (GE)和硫化锌(ZNS)为镀膜材料，利用物理气相沉积(PVD)的真空镀膜方法，在锗基片两个表面分别镀制上述非规则膜系，材料蒸发均采用电阻舟热蒸发的方式。在该滤光片镀膜前真空室内温度恒定在180℃，采用霍尔离子源轰击基片表面；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8A/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双色滤光片采用美国Nicolet公司NEXUS470红外傅里叶光谱仪进行光谱测量，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4，两面镀膜后的双色滤光片光谱曲线参见图5，实现在3.7～5μm波长范围内，平均透过率大于85％，在7.7～11μm波长范围内，平均透过率大于90％；在 1～3.3μm和5.2～7.3μm波长范围内，平均透过率小于1％。

Claims (1)

1.一种红外双色滤光片，其结构为：在锗基底的正面沉积正面膜系(1)，在基底的反面沉积结构相同的背面膜系(3)，其特征在于：
a、所述的正面膜系(1)的膜系结构为：
锗基底/0.388H 2.02L 0.505H 1.933L 1.237H 1.689L 1.144H 1.573L 1.418H1.449L 1.476H 1.416L
1.386H 1.527L 1.321H 1.729L 0.928H 1.731L 1.323H 2.741L/空气
b、所述的背面膜系(3)的膜系结构为：
锗基底/0.541H 0.186L 0.708H 0.233L 0.515H 0.406L 0.433H 0.531L 0.282H0.389L 0.478H 0.423L
0.493H 0.326L 0.433H 0.491L 0.639H 0.641L 0.408H 0.702L 0.170H 0.566L0.439H 0.584L
0.804H 0.509L 0.623H 0.781L 0.583H 0.699L 0.397H 0.789L 2.216H 0.587L0.351H 1.36L/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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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

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