DE1113837B

DE1113837B - Interferenzfaehige Systeme abwechselnd hoch- und niedrigbrechender, aufgedampfter Schichten fuer das Infrarotgebiet

Info

Publication number: DE1113837B
Application number: DEJ18586A
Authority: DE
Inventors: Dr Walter Geffcken
Original assignee: Jenaer Glaswerk Schott and Gen
Current assignee: Schott AG
Priority date: 1960-08-17
Filing date: 1960-08-17
Publication date: 1961-09-14
Also published as: GB994638A; CH384242A

Description

Interferenzfähige Systeme abwechselnd hoch- und niedrigbrechender, aufgedampfter Schichten für das Infrarotgebiet Die Erfindung bezieht sich auf interferenzfähige Systeme abwechselnd hoch- und niedrigbrechender Schichten, die aufgedampft und für das Infrarotgebiet bestimmt sind.
Bei der Herstellung von Interferenzfiltern für das Infrarotgebiet, und zwar sowohl für Reflexionsfilter wie für Durchsichtfilter durch Aufdampfen von Schichten im Vakuum, ergibt sich die Schwierigkeit, daß infolge der benötigten großen Schichtdicken es nicht möglich ist, mit den normalerweise für die niedrigbrechenden Schichten üblichen Fluoriden des Magnesiums, des Lithiums, des Thoriums, des Kryoliths usw. zu arbeiten, da die Schichten von einer gewissen Dicke an, meist von 3 1.,t, spätestens von 5 #t optischer Gesamtdicke an, abplatzen. Beim Tempern treten häufig Risse auf, welche die Schichten schollenartig zerreißen.
Schichten aus Alkalichloriden und Bromiden sind zwar unter Umständen etwas günstiger, doch ist ihre große Löslichkeit sehr störend.
Es wurde nun gefunden, daß das Abplatzen der Schichten völlig vermieden werden kann, wenn erfindungsgemäß wenigstens ein Teil der niedrigbrechenden Schichten ganz oder teilweise aus Bleifluorid besteht. Besonders vorteilhaft sind Schichten, die völlig aus diesem Stoff bestehen, aber auch schon geringe Gehalte geben eine beträchtliche Verbesserung der Widerstandsfähigkeit gegen Abplatzen. Wenn auch der Brechungsexponent des Bleifluorids nicht ganz niedrig ist, sondern auch im Infrarotgebiet noch fast 1,7 beträgt, so ist dies deswegen ohne besonderen Nachteil, weil andererseits für die hochbrechenden Schichten Materialien mit extrem hoher Brechung zur Verfügung stehen, wie Silizium, Germanium, Antimonsulfid, Tellur, Bleisulfid, Indiumantimonid usw. Auf KBr aufgedampfte Bleifluoridschichten von 30 R, optischer Schichtdicke zeigten noch nicht die geringste Tendenz zum Abblättern. Andererseits ist ihre Infrarotdurchlässigkeit selbst in solchen Dicken noch hervorragend, da ja die langwellige Durchlässigkeitsgrenze sich mit steigendem Molekulargewicht nach längeren Wellen zu verschiebt.
Selbstverständlich müssen nicht alle niedrigbrechenden Schichten aus Bleifluorid bestehen, sondern es können einzelne Schichten aus den üblichen Materialien eingebaut werden, z. B. um ein bestimmtes Wellenlängengebiet besonders reflexfrei durchzulassen. Es ist jedoch zweckmäßig, dafür zu sorgen, daß die optische Gesamtdicke solcher Schichten etwa 3 1, nicht übersteigt.
Ein Filter mit einem breiten Maximum der Reflexion, also geringer Durchlässigkeit bei etwa 7 [t und hoher Durchlässigkeit ab etwa 10 #tbesteht beispielsweise aus einer 10 mm dicken Unterlage aus KBr und fünf hochbrechenden und vier niedrigbrechenden Schichten, wobei beide Schichtarten je eine optische Schichtdicke von 13/4 #t besitzen, so daß die Gesamtschichtdicke 153/4 #L beträgt. Die hochbrechenden Schichten bestehen aus Ge oder Te, die niedrigbrechenden aus PbF2. Ein Filter mit einem schmalen selektiven Maximum bei 10 u besteht beispielsweise aus acht hochbrechenden Ge-Schichten von je 2,5 ti optischer Dicke und sieben niedrigbrechenden PbF.- Schichten, von denen die mittlere Schicht eine optische Dicke von 5 #t, die übrigen Schichten eine solche von 2,5 [, besitzen. Die Gesamtdicke der Filterschichten ist also 40 [,.
Die Herstellung von Schichten, die nur zum Teil aus Pb FZ bestehen, geschieht am einfachsten durch gleichzeitiges Verdampfen aus zwei getrennten Verdampferöfen, über die sich die zu beschichtende Unterlage rhythmisch hinwegbewegt, z. B. hinwegdreht.
Es können hierbei nicht nur Fluoride, wie etwa ThF4, eingebaut werden, sondern auch hochbrechende Stoffe, wie Ge oder Te. Selbst Metalle, wie Gold oder Kupfer oder Alkali, lassen sich für besondere Farbeffekte in die Schichten einführen. Die Mischung ist dann besonders vorteilhaft, wenn als Beimischung ein Stoff genommen wird, der Filtereigenschaften besitzt, etwa eine der sogenannten III-V-Verbindungen, wie In-Sb, so daß der eigentlichen Interferenzfilterwirkung eine Absorptionswirkung überlagert wird, die störende Nebenmaxima der Durchlässigkeit beseitigt. Durch den Einbau in das Bleifluorid werden die oft störend hohen Brechungen der genannten Filterstoffe vermieden, die zu ungewünschten Reflexionsamplituden führen können.
Wegen der Schwerlöslichkeit des PbF2 sind die damit hergestellten Schichten gut haltbar. Die Verdampfung des PbF2 erfolgt am besten aus einem Pt-Tiegel oder Schiffchen. Die benötigte Temperatur liegt wesentlich tiefer als für ThF4 oder MgF2. Das Material wird dabei zweckmäßig schon in Luft im Tiegel eingeschmolzen. Die anderen Schichten werden wie üblich aufgedampft. Das Vakuum ist zweckmäßig etwa 1 - 10-4 Torr oder besser. Die Verdampfungsmethode im Vakuum darf als bekannt vorausgesetzt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Interferenzfähige Systeme abwechselnd hoch- und niedrigbrechender, aufgedampfter Schichten für das Infrarotgebiet, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der niedrigbrechenden Schichten ganz oder teilweise aus Bleifluorid besteht.
2. Interferenzfähige Systeme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Gesamtdicke aller bleifluoridhaltigen Schichten wenigstens 3 R, beträgt.
3. Interferenzfähige Systeme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Gesamtdicke aller bleifluonidhaltigen Schichten wenigstens 5 #t beträgt.
4. Interferenzfähige Systeme nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der bleifluoridhaltigen Schichten aus einer Mischung von PbF2 mit hochbrechenden Stoffen, wie Te, Ge oder Silizium, besteht.