CS276337B6

CS276337B6 - Infra-red disperse-interference filter

Info

Publication number: CS276337B6
Application number: CS64785A
Authority: CS
Inventors: Nikolaj Alexandrovic Borisevic; Viktor Grigorjevic Verescagin; Anatolij Vasilijevic Kopylov
Original assignee: Nikolaj Alexandrovic Borisevic; Viktor Grigorjevic Verescagin; Anatolij Vasilijevic Kopylov
Priority date: 1985-01-30
Filing date: 1985-01-30
Publication date: 1992-05-13
Also published as: CS8500647A2

Abstract

The infrared dispersion-interference filter assembly comprises a dispersion system and an interference system which are arranged between support layers. Interconnecting layers are arranged between the dispersion system and its support layer and between the dispersion system and the interference system. These interconnecting layers and those facing the lower-refraction layers of the interference system consist of the same non-hygroscopic material, e.g. KCl USE/ADVANTAGE - Filter mainly for providing monochromatic light. The arrangement increases mechanical strength and optimises stability of characteristic spectral lines under varying environmental conditions and the action of the air included during assembly. (Dwg.No.1)

Description

Vynález se týká techniky infračerveného záření, a to zvláště infračervených disperzně-interferenčních filtrů, které se používají k monochromatizaci záření.The invention relates to infrared radiation techniques, in particular infrared dispersion-interference filters, which are used for monochromatization of radiation.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Jsou známy infračervené disperzně-interferenční filtry, které představují disperzní systém krystal-krystal, který současně slouží jako podložka pro nanesení vícevrstvého interferenčního úzkopásmového systému, který tvoří propustný profil kombinovaného filtru. Nežádoucí vedlejší propustné oblasti interferenčního systému odstraňuje disperzní systém.Infrared dispersion-interference filters are known which represent a crystal-crystal dispersion system, which at the same time serves as a substrate for applying a multilayer interfering narrowband system that forms the permeability profile of the combined filter. The undesirable secondary permeable regions of the interference system are removed by the dispersion system.

Známé interferenční vícenásobné vrstvy, které pracují v infračervené spektrální oblasti, mají dost velkou geometrickou tlouštku, která se zvětšuje se vzrůstem vlnové délky maximální propustnosti filtru, hlavně vrstvami s nižším indexem lomu. Značný rozdíl mezi koeficientem tepelné roztažnosti podložky a interferenční vrstvy, který u filmů s velkou tlouštkou ovlivňuje přilnavost filmu k podložce, způsobuje nezřídka zničení odchlípením povlaku a snížení propustnosti filtru. To platí mezi jiným při použití fluoridu strontnatého, který tvoří při výrobě interferenčních systémů hlavní materiál vrstev s nízkým indexem lomu. Filmy z fluoridu strontnatého, které se zhotovují termickým odpařováním ve vakuu, mají kromě toho volnou porézní strukturu. Po nanesení interferenčního systému se tyto póry intenzivně vyplní atmosférickou vlhkostí, která při změně okolní teploty způsobuje nekontrolovatelný posuv maxima pásma propustnosti interferenčního úzkopásmového systému. Použití fluoridu strontnatého ke zhotovování vrstev s nízkým indexem lomu v interferenčních systémech tak způsobuje při změně okolní teploty dvě význačné nevýhody: nekontrolovatelný posuv pásma propustnosti filtru a značné termické napětí ve vrstvách. Vlhkost absorbovaná vrstvami fluoridu strontnatého snižuje propustnost filtru v oblasti vlastní ábsorbce vody.Known interference multilayers, which operate in the infrared spectral region, have a fairly large geometric thickness that increases with the increase in the wavelength of the maximum filter transmittance, especially those with a lower refractive index. The considerable difference between the thermal expansion coefficient of the substrate and the interference layer, which affects the adhesion of the film to the substrate in high-thickness films, often causes destruction by detachment of the coating and reduced filter permeability. This applies inter alia to the use of strontium fluoride, which is the main material of the low refractive index layers in the manufacture of interference systems. Strontium fluoride films which are produced by thermal evaporation under vacuum also have a free porous structure. After application of the interference system, these pores are intensively filled with atmospheric moisture which, when the ambient temperature changes, causes an uncontrolled shift of the maximum bandwidth of the interference narrowband system. Thus, the use of strontium fluoride to produce low refractive index layers in interference systems causes two significant disadvantages when changing the ambient temperature: uncontrollable filter band passage and considerable thermal stress in the layers. The moisture absorbed by the strontium fluoride layers reduces the permeability of the filter in the region of water absorption itself.

Jsou také známy disperzně-interferenční filtry, které obsahují vícevrstvý interferenční systém a disperzní systém, které jsou uspořádány jeden za druhým mezi dvěma podložkami. Přitom se zpravidla nanáší interferenční systém na některou podložku. Podložky poněkud zmírňují škodlivý vliv okolí - vliv atmosferické vlhkosti, tlaku atd. Při zhotovování těchto filtrů vznikají technologické potíže se vznikem optického kontaktu mezi spojovanými prvky. Je možné, že vznikne vzduchový klín nekontrolovatelné tlouštky, který snižuje maximální propustnost filtru. Při zhotovování filtru nanášením interferenčního systému přímo na disperzní systém vzniká často nesoulad maxima propustnosti obou systémů, což také způsobuje snížení maximální propustnosti filtru.Dispersion-interference filters are also known which comprise a multilayer interference system and a dispersion system which are arranged one after the other between two substrates. In this case, the interference system is usually applied to a substrate. The pads somewhat mitigate the harmful influence of the environment - the influence of atmospheric humidity, pressure, etc. During the manufacture of these filters, technological difficulties arise with optical contact between the elements to be joined. It is possible that an air wedge of uncontrollable thickness is formed which reduces the maximum permeability of the filter. When making a filter by applying an interference system directly to a dispersion system, there is often a mismatch between the maximum permeability of both systems, which also causes a reduction in the maximum permeability of the filter.

Jsou známé speciální filtry zhotovené z několika jednotlivých filtrů tak, že jsou mezi jednotlivé filtry vloženy mezivrstvy z tmelu, skla a podobných materiálů s nepatrným indexem lomu, o libovolné tlouštce. Je však také známo, že u těchto systémů může být síla mezivrstvy kritická, mohou vznikat rušivá převodová pásma.Special filters made of several individual filters are known such that interlayers of mastic, glass and similar materials with a slight refractive index of any thickness are interposed between the individual filters. However, it is also known that in these systems the interlayer force may be critical, and interfering transmission bands may occur.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Disperzně-interferenční filtr pro infračervenou oblast podle vynálezu sestává z vícevrstvého interferenčního systému a disperzního systému, které jsou uspořádány mezi podložkami za sebou, jeden za druhým, přičemž mezi disperzním systémem a interferenčním systémem leží spojovací mezivrstva. Síla této mezivrstvy přesahuje polovinu vlnové délky maxima rozsahu propustnosti filtru. Spojovací vrstva mezi interferenčním systémem a disperzním systémem jakož i vrstvy interferenčního systému s menším indexem lomu a i podložka disperzního systému jsou zhotoveny z jednoho a téhož nehygroskopického materiálu. Infračervený disperzně-interferenční filtr podle vynálezu má vysokou mechanickou pevnost, vysokou stabilitu spektrálních Čar i při změně okolních parametrů, dá se jednoduše zhotovit a skýtá vysoké procento použitelných výrobků. Použiti nehygroskopického materiálu pro zhotovení vrstev s nízkým indexem lomu i mezivrstvy umožňuje odstranění nekontrolovatelného posuvu pásma propustnosti filtru, který vzniká v závislosti na parametrech okolí a rozšíření rozsahu vlnových délek, pro které lze filtry zhotovit podle vynálezu.The dispersion-interference filter for the infrared region of the invention consists of a multi-layer interference system and a dispersion system, which are arranged one behind the other between the substrates, with a connecting interlayer lying between the dispersion system and the interference system. The thickness of this intermediate layer exceeds half the wavelength of the maximum permeability range of the filter. The connection layer between the interference system and the dispersion system as well as the layers of the interference system with a smaller refractive index and the substrate of the dispersion system are made of one and the same non-hygroscopic material. The infrared dispersive-interference filter according to the invention has high mechanical strength, high stability of spectral lines even when the surrounding parameters change, it is easy to produce and provides a high percentage of usable products. The use of a non-hygroscopic material to produce both low refractive index and intermediate layer layers allows the uncontrolled displacement of the bandwidth of the filter to be eliminated, depending on the environmental parameters and the wavelength range for which the filters can be made according to the invention.

CS 276 337 ΒβCS 276 337 Ββ

Přehled, obrázků na výkreseOverview of the pictures in the drawing

Provedení podle vynálezu je znázorněno na připojených výkresech, kde na obr. 1 a 2 jsou znázorněna příkladná provedení infračerveného disperzně-interferenčního filtru v podélném řezu.An embodiment of the invention is shown in the accompanying drawings, in which Figures 1 and 2 show exemplary embodiments of an infrared dispersive-interference filter in longitudinal section.

Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Infračervený disperzně-interferenční filtr na obr. 1 se skládá ze dvou podložek 2, které mohou být zhotoveny například ze zušlechtěného germania, Ge, teluridu zinečnatého ZnTe a podobně, mezi nimiž jsou uspořádány disperzní systém. 2 a vícevrstvý úzkopásmový interferenční systém 3, jednotlivé vrstvy tohoto ázkopásmového interferenčního systému 3 se liší indexem lomu. Mezi podložkou 1 a disperzním systémem 2 a mezi druhou podložkou 1 a interferenčním systémem 3 jsou vzduchem vyplněné spojovací mezivrstvy 4· Mezi interferenčním systémem 3 a disperzním systémem 2 leží spojovací mezivrstva 5, která je zhotovena ze stejné látky jako podložka disperzního systému 2 a vrstvy interferenčního systému s nižším indexem lomu. Jako takové látky je možné použít například chlorid draselný KC1 nebo bromid draselný KBr, které se nanáší termickým odpařováním ve vakuu. Mezivrstvy 4, 5 mají tlouštka d, která přesahuje polovinu vlnové délky maxima propustnosti filtru. Přitom je tlouštka vzduchových mezivrstev 4 předem určena tlouštkou vložek 6, které jsou vyrobeny z fluorovaných plastů nebo lepenky. Čelní plocha filtru je chráněna hermetickým krytem 7. Příkladem takového provedení může být filtr, jehož mezivrstva 5 je zhotovena z chloridu draselného (KC1), jeho disperzní systém 2 má podložlcu z chloridu draselného (KOI) do níž je zalisován práškovitý kysličník hlinitý (AlgO^) nebo wolframan lithný (ligVíO^) a jehož interferenční systém má vrstvy s nižším indexem lomu zhotoveny z chloridu draselného (KG1) a vrstvy s vyšším indexem lomu ze selenidu zinečnatého (ZnSe), germania (Ge) nebo z teluridu zinečnatého (ZnTe). Síla d mezivrstev 4, 5 je ve spektrální oblasti od 1 do 100 um je 300 um. Zhotovení podložky disperzního systému 2, spojovací mezivrstvy 5 a vrstev interferenčního systému 3 s nižším indexem lomu z jedné a téže látky odstranilo termické napětí mezi vrstvami filtru, takže je zaručena vysoká mechanická pevnost i u interferenčních systémů velké tloušíky. Použití chloridu draselného (KC1) pro vrstvy s nižším indexem lomu, kterými není adsorbována vlhkost, umožňuje snížení nekontrolovaného posuvu maxima pásma propustnosti filtru na minimum. Mezivrstva 4, 5, jejíž tlouštka přesahuje polovinu vlnové délky maxima propustnosti filtru, odstraňuje vliv vzduchového klínu nekontrolovatelné tlouštky, nežádoucí interferenci mezi vrstvami filtru, přičemž chyby v tlouštce mezivrstvy nemají již žádný vliv na velikost maxima propustnosti filtru. Provedení disperzního interferenčního filtru znázorněné na obr. 2 má na rozdíl od provedení znázorněného na obr. 1 dvě spojovací mezivrstvy 4 vytvořené vzduchem, přičemž se jedna nachází mezi podložkou 2 a disperzním systémem 2, druhá však mezi disperzním systémem 2 a interferenčním systémem 3. Při tomto provedení se naparuje interferenční systém 3 přímo na podložku 2 a nemá při montáži pevnou vazbu k disperznímu systému 2. Je tedy možno spojit maxima pásem propustnosti disperzního a interferenčního systému 2 a 3 teprve volbou po jejich nezávislém zhotovení, podle přání. Jsou-li spojovací mezivrstvy vytvořeny jako vzduchové mezery, chybí pevná vazba mezi jednotlivými prvky filtru, nevytvářejí se mechanická napětí, protože mezivrstva 6 působí jako tlumič, který umožňuje posuv styčných ploch jednotlivých vrstev filtru, což vyrovnává tangenciální napětí. Příkladem provedení takového filtru může být například filtr, jehož disperzní systém má podložku z bromidu draselného (KBr), jodidu draselného (KJ) nebo polyetylénu, do této podložky je zalisován práškovitý sirník kadebnatý (CdS) nebo selenid zinečnatý (ZnSe). Disperzní systém má vrstvy s vyšším indexem lomu zhotoveny ze selenidu zinečnatého (ZnSe), germania (Ge) nebo teluridu zinečnatého (ZnTe) a vrstvy s nižším indexem lomu z chloridu draselného (KC1) nebo jodidu česného (CsJ).The infrared dispersive-interference filter of Fig. 1 consists of two pads 2, which can be made, for example, of refined germanium, Ge, ZnTe zinc telluride and the like, between which a dispersion system is arranged. 2 and the multilayer narrowband interference system 3, the individual layers of this narrowband interference system 3 differ by refractive index. Between the interference system 3 and the dispersion system 2 there is a bonding intermediate layer 5, which is made of the same substance as the substrate of the dispersion system 2 and the interference layer lower refractive index system. As such, for example, potassium chloride KCl or potassium bromide KBr can be used, which is applied by thermal evaporation under vacuum. The interlayers 4, 5 have a thickness d that exceeds half the wavelength of the maximum permeability of the filter. Here, the thickness of the air interlayer 4 is predetermined by the thickness of the inserts 6, which are made of fluorinated plastics or cardboard. The front face of the filter is protected by a hermetic cover 7. An example of such an embodiment may be a filter whose interlayer 5 is made of potassium chloride (KCl), its dispersion system 2 having a potassium chloride backing (KOI) into which alumina powder (AlgO4). ) or lithium tungstate (LigO10) and whose interference system has lower refractive index layers made of potassium chloride (KG1) and higher refractive index layers of zinc selenide (ZnSe), germanium (Ge) or zinc telluride (ZnTe). The thickness d of the interlayers 4,5 in the spectral range from 1 to 100 µm is 300 µm. The construction of the substrate of the dispersion system 2, the interlayer 5 and the layers of the interference system 3 with a lower refractive index from one and the same substance eliminated the thermal stress between the filter layers so that high mechanical strength is guaranteed even in interference systems of high thickness. The use of potassium chloride (KCl) for lower refractive index layers, which do not adsorb moisture, allows the uncontrolled shift of the maximum filter bandwidth to a minimum to be reduced. The interlayer 4, 5, the thickness of which exceeds half the wavelength of the maximum permeability of the filter, eliminates the influence of the air wedge of uncontrollable thickness, undesirable interference between the filter layers, and errors in the interlayer thickness no longer affect the maximum permeability of the filter. In contrast to the embodiment shown in FIG. 1, the dispersion interference filter embodiment shown in FIG. 1 has two air interconnecting layers 4, one between the substrate 2 and the dispersion system 2, the other between the dispersion system 2 and the interference system 3. In this embodiment, the interference system 3 is vaporized directly onto the substrate 2 and does not have a strong bond to the dispersion system 2 during assembly. It is therefore possible to connect the maximum permeability bands of the dispersion and interference systems 2 and 3 only after selecting them independently. If the interlayers are formed as air gaps, there is no strong bond between the individual elements of the filter, no mechanical stresses are created, since the interlayer 6 acts as a damper that allows the contact surfaces of the individual layers of the filter to be shifted, compensating for the tangential stress. An example of such a filter may be a filter having a dispersion system having a support of potassium bromide (KBr), potassium iodide (KJ) or polyethylene, into which the cadmium powder (CdS) or zinc selenide (ZnSe) is pressed. The dispersion system has higher refractive index layers made of zinc selenide (ZnSe), germanium (Ge) or zinc telluride (ZnTe) and lower refractive index layers of potassium chloride (KCl) or cesium iodide (CsJ).

Maximum pásma propustnosti disperzního systému je možno měnit použitím různých plnidel, například molybdenanů, wolframanů, síranů, dusičnanů atd. Tímto maximem je třeba zintenzivnit maximum propustnosti interferenčního systému, jehož poloha se může měnit známým způsobem naparování vrstev příslušné síly.The maximum permeability band of the dispersion system can be varied by using various fillers, for example molybdates, tungstates, sulphates, nitrates, etc. This maximum intensifies the maximum permeability of the interference system, the position of which can be varied in a known manner by vapor deposition of the respective strength layers.

CS 276 337 B6CS 276 337 B5

Struktura infračerveného disperzně-interferenčního filtru podle vynálezu zaručuje dostatečnou mechanickou pevnost, i při velké tlouštce interferenčního systému, a zároveň stabilitu spektrálních čar· při změně tlaku a teploty okolí i při vzniku vzduchového klínu mezi vrstvami filtru při montáži.The structure of the infrared dispersive-interference filter according to the invention ensures sufficient mechanical strength, even at high interference system thicknesses, and at the same time stability of the spectral lines at changes in pressure and ambient temperature as well as the formation of air wedges between filter layers during assembly.

Claims

An infrared dispersive-interference filter for an infrared region with a multi-layer interference system and a dispersion system, arranged one after the other between the substrates, characterized by. in that between the dispersion system (2) and the interference system (3) there is a connecting interlayer (5) with a force exceeding half the wavelength of the maximum permeability of the filter, wherein the connecting layer (5) between the interference system (3) and the dispersion system (2) and the layers with the interference refractive system (3) having a lower refractive index and the substrate of the dispersion system (2) are of one and the same non-hygroscopic material.

2. The infrared dispersive-interference filter of claim 1, wherein the non-hygroscopic material is potassium chloride (KOI) or potassium bromide (KBr).

3. Infrared-dispersive interference filter according to claim 1 or 2, characterized in that said dispersion system (2) comprises a substrate of potassium chloride (KC1), which is pressed on alumina (Al ^ O ^) or lithium tungstate powder (Li ₂ WO21).

Infrared dispersion-interference filter according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the layers of the lower refractive index interference system (3) are made of potassium chloride (KOI) and the layers with higher refractive index of zinc selenide (ZnS). e), zinc germanide (ZnGe) or zinc telluride (ZnTe).