NO843217L

NO843217L - OPTICAL ABSORPTION FILTER WITH LARGE FREQUENCY

Info

Publication number: NO843217L
Application number: NO843217A
Authority: NO
Inventors: James Moore; Michael Kale; George Csanak
Original assignee: Barnes Eng Co
Priority date: 1984-08-10
Filing date: 1984-08-10
Publication date: 1986-02-11

Description

Foreliggende oppfinnelse angår optiske filtere, spesielt filtere med snevert båndområde for absorbering av optisk stråling med The present invention relates to optical filters, in particular filters with a narrow band range for absorbing optical radiation with

en spesiell valgt frekvens innenfor dette område, og for effektiv transmittering av optisk stråling med frekvenser utenfor dette snevre område men innenfor et bredere frekvensområde som omgir det snevre området. Karakteristisk er bredden av det snevre om--1 a specially chosen frequency within this range, and for efficient transmission of optical radiation with frequencies outside this narrow range but within a wider frequency range surrounding the narrow range. Characteristically, the width of the narrow about--1

rådet ca. 5-20 cm og bredden av det bredere område ca. 200-advised approx. 5-20 cm and the width of the wider area approx. 200-

1000 cm"<1.>1000 cm"<1.>

Visse stoffer, spesielt visse diamtomiske eller polyatomiske molekylære ioner, er kjent å ha det som generelt kalles matriks-isolasjonsspektral bånd. Når disse ioner oppløses i en krystall av et annet materiale, f. eks. et fast oppløsningsmiddel, danner Certain substances, especially certain diatomic or polyatomic molecular ions, are known to have what are generally called matrix-isolation spectral bands. When these ions are dissolved in a crystal of another material, e.g. a solid solvent, forms

de urenheter i krystallet, som kalles "matriksen" for det "isol-erte" molekylære ion. the impurities in the crystal, which is called the "matrix" of the "isolated" molecular ion.

Matriksisolering av molekylære ioner er brukbar for analyseringMatrix isolation of molecular ions is useful for analysis

av spektralabsorbsjonskarakteristika for den spesielle urenhet, fordi spektra av matriksisolerte urenhetsioner er like de til of the spectral absorption characteristics of the particular impurity, because the spectra of matrix-isolated impurity ions are similar to those of

de frie molekylære ioner. Når således molekylære ioneurenheter oppløses i en krystall lettes analysen av deres spektrale egenskaper, og slike analyser er angitt i litteraturen. the free molecular ions. Thus, when molecular ionic impurities are dissolved in a crystal, the analysis of their spectral properties is facilitated, and such analyzes are indicated in the literature.

Hittil har matriksisolasjons absorbsjonsegenskapene for stoffer i krystaller ikke vært brukt i forbindelse med filtrering av optisk stråling. Until now, the absorption properties of matrix insulation for substances in crystals have not been used in connection with the filtering of optical radiation.

En gjenstand for foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et optisk absorbsjonsfilter som absorberer optisk stråling med en valgt frekvens, men som transmitterer annen stråling innen et frekvensområde som inkluderer den valgte frekvens. An object of the present invention is to provide an optical absorption filter which absorbs optical radiation with a selected frequency, but which transmits other radiation within a frequency range that includes the selected frequency.

Ytterligere en gjenstand for oppfinnelsen er å tilveiebringe et slikt filter som vil slippe igjennom en høy andel av optisk stråling innenfor det interessante frekvensområdet. A further object of the invention is to provide such a filter which will let through a high proportion of optical radiation within the frequency range of interest.

Ytterligere en gjenstand for oppfinnelsen er å tilveiebringe et slikt filter der absorbsjonsfrekvensen for en urenhet kan justeres til å falle sammen med en valgt frekvens. A further object of the invention is to provide such a filter where the absorption frequency of an impurity can be adjusted to coincide with a selected frequency.

I henhold til oppfinnelsen tilveiebringes det en fremgangsmåteAccording to the invention, a method is provided

for fremstilling av et filter med snevert absorbsjonsbånd for absorbsjon av optisk stråling ved en valgt frekvens og for å slippe igjennom optisk stråling ved andre frekvenser innen et valgt frekvensområde som inkluderer den valgte frekvens. Fremgangsmåten inkluderer valg av et forurensingsmateriale med absorbsjon i snevert område ved en frekvens nær den valgte frekvens. Et krystallmateriale velges som har vesentlige transmisjonsegenskaper over det valgte frekvensområde. Nettverkskonstanten for krystallene justeres for derved å justere absorbsjonsfrekvensen for urenheten til å falle sammen med den valgte frekvens, og et filter dannes omfattende urenheten i krystallen med justert nett-verkskonstant. for making a filter with a narrow absorption band for absorbing optical radiation at a selected frequency and for passing optical radiation at other frequencies within a selected frequency range that includes the selected frequency. The method includes selecting a pollutant material with absorption in a narrow range at a frequency close to the selected frequency. A crystal material is chosen which has significant transmission properties over the chosen frequency range. The lattice constant of the crystals is adjusted to thereby adjust the absorption frequency of the impurity to coincide with the selected frequency, and a filter is formed comprising the impurity in the crystal with an adjusted lattice constant.

I spesielle eksempler ifølge oppfinnelsen gjennomføres nettverks-konstant justeringen ved å tildanne en blandet krystall av to valgte krystallmaterialer. I et eksempel har de to stoffer samme anion, i et annet har de to samme kation. Absorbsjonsfrekvensen for urenhetsmaterialet kan reduseres ved å erstatte et tyngre ion i den blandede krystall. Frekvensen kan økes ved å erstatte et lettere ion i den blandede krystall. Urenhetsmaterialet er fortrinnsvis et multiatomion som har resonnansegenskaper og som forårsaker absorbsjon i det snevre båndområdet. In particular examples according to the invention, the network constant adjustment is carried out by forming a mixed crystal of two selected crystal materials. In one example the two substances have the same anion, in another the two have the same cation. The absorption frequency of the impurity material can be reduced by substituting a heavier ion in the mixed crystal. The frequency can be increased by substituting a lighter ion in the mixed crystal. The impurity material is preferably a multiatomic ion which has resonance properties and which causes absorption in the narrow band region.

Ifølge oppfinnelsen tilveiebringes det et filter tilveiebragtAccording to the invention, a filter is provided

ved den ovenfor nevnte metode.by the above-mentioned method.

I henhold til oppfinnelsen tilveiebringes det et materiale omfattende en blandet krystall med 55 til 95 atom-% av et første alkalimetall halogenid, 5 til 45 atom-% av et andre alkalimetall halogenid og 0,25 til 5 atom-% av en urenhet. According to the invention, a material comprising a mixed crystal with 55 to 95 atomic % of a first alkali metal halide, 5 to 45 atomic % of a second alkali metal halide and 0.25 to 5 atomic % of an impurity is provided.

Alkalimetall halogenidet som utgjør den blandede krystall kanThe alkali metal halide that makes up the mixed crystal can

ha enten samme kation eller samme anion. Urenheten kan være et cyanation som kan være tilstede fortrinnsvis innen området 0,5 til 3 atom-%. Andre egnede urenheter er perrenat og kromat. have either the same cation or the same anion. The impurity may be a cyanion which may be present preferably within the range of 0.5 to 3 atomic %. Other suitable impurities are perrenate and chromate.

Et spesielt eksempel er et preparat med 5 til 35% kalium bromid,A particular example is a preparation with 5 to 35% potassium bromide,

65 til 95 atom-% rubidium bromid og 0,5 til 3 atom-% cyanat ion som urenhet. 65 to 95 atomic % rubidium bromide and 0.5 to 3 atomic % cyanate ion as impurity.

Ifølge oppfinnelsen tilveiebringes det et filter med snevert båndområde for absorbsjon av optisk stråling ved en valgt frekvens og for å slippe igjennom optisk stråling ved andre frekvenser innen et valgt frekvensområde og som inkluderer den valgte frekvens. According to the invention, a filter with a narrow band range is provided for absorbing optical radiation at a selected frequency and for letting through optical radiation at other frequencies within a selected frequency range and which includes the selected frequency.

Filteret omfatter en blandet krystall med komponentkrystall materialer med en lav gjennomsnitlig optisk densitet i frekvensområdet. Den blandede krystall har et valgt krystall komponentforhold og The filter comprises a mixed crystal with component crystal materials with a low average optical density in the frequency range. The mixed crystal has a selected crystal component ratio and

har en urenhet med snevre spektrale absorbsjonskarakteristika ved en frekvens nær den valgte frekvens. Krystallkomponent forholdet velges for å justere nettverks konstanten i den blandede krystall for derved å justere urenhetens spektrale absorbsjons karakteristika til den valgte frekvens. has an impurity with narrow spectral absorption characteristics at a frequency close to the selected frequency. The crystal component ratio is chosen to adjust the network constant in the mixed crystal to thereby adjust the impurity's spectral absorption characteristics to the selected frequency.

Den blandede krystall er fortrinnsvis et blandet alkali halogenidkrystall med enten identiske anioner for de to komponenter eller identiske kationer for de to komponenter. Urenheten kan være et multiatom ion slik som et cyanat ion eller et perrenat ion. The mixed crystal is preferably a mixed alkali halide crystal with either identical anions for the two components or identical cations for the two components. The impurity may be a polyatomic ion such as a cyanate ion or a perrenate ion.

Ifølge oppfinnelsen tilveiebringes det et smalbåndet filter for absorbering av stråling fra en hydrogen fluorid laser ved en bølgelengde på 2,911 ym og for å slippe igjennom stråling i et According to the invention, a narrowband filter is provided for absorbing radiation from a hydrogen fluoride laser at a wavelength of 2.911 um and for passing radiation in a

omgivende frekvensområde med et høyt transmisjonsforhold.ambient frequency range with a high transmission ratio.

Filteret omfatter en alkalimetall halogenid krystall med optiske innfalls- og transmisjonsoverflater og en urenhet på ca. 1 atom-% cyanat ioner. The filter comprises an alkali metal halide crystal with optical incidence and transmission surfaces and an impurity of approx. 1 atomic % cyanate ions.

Egnede alkali halogneider for bruk ifølge oppfinnelsen inkluderer kalium bromid, rubidium bromid og kalium jodid. Krystallen kan være en blandet krystall med flere alkali halogenider slik som kalium bromid og kalium jodid, eller kalium bromid og rubidium bromid. Suitable alkali halides for use according to the invention include potassium bromide, rubidium bromide and potassium iodide. The crystal can be a mixed crystal with several alkali halides such as potassium bromide and potassium iodide, or potassium bromide and rubidium bromide.

Ifølge oppfinnelsen tilveiebringes det et sneverbåndsfilter for absorbsjon av stråling fra en karbondioksydlaser med en bølgelengde på 10,59 ym og for transmittering av stråling i et omgivende frekvensområde med høyt transmisjons forhold. filteret består av en alkali halogenid krystall ved optiske innfalls- og transmisjonsoverflater og en urenhet på ca. 1 atom-% pr. renation eller kro-mation. According to the invention, a narrowband filter is provided for absorbing radiation from a carbon dioxide laser with a wavelength of 10.59 um and for transmitting radiation in an ambient frequency range with a high transmission ratio. the filter consists of an alkali halide crystal at optical incidence and transmission surfaces and an impurity of approx. 1 atomic % per renation or chromation.

Egnede alkalihalogenider for denne krystall inkluderer natrium bromid, kalim bromid og litium bormid. Krystallen kan være en blandet alkali halogenidkrystall, f. eks. kalium bromid eller natrium bromid og litium bromid. Suitable alkali halides for this crystal include sodium bromide, potassium bromide and lithium borimide. The crystal may be a mixed alkali halide crystal, e.g. potassium bromide or sodium bromide and lithium bromide.

Ifølge oppfinnelsen tilveiebringes det et sneverbånds absorbsjonsfilter for selektivt å absorbere optisk stråling ved en ønsket frekvens i et valgt frekvensområde og for å slippe igjennom optiske bølger ved andre frekvensområder i frekvensbåndet. Filteret omfatter en vlagt urenhet i en valgt krystall. Urenheten har snever-båndsisolasjons matriks absorbsjonsegenskaper ved den ønskede frekvens i krystallen og krystallen har vesentlige transmisjons egenskaper i det valgte frekvensområdet. According to the invention, a narrowband absorption filter is provided to selectively absorb optical radiation at a desired frequency in a selected frequency range and to let through optical waves at other frequency ranges in the frequency band. The filter comprises a wet impurity in a selected crystal. The impurity has narrow-band isolation matrix absorption properties at the desired frequency in the crystal and the crystal has significant transmission properties in the selected frequency range.

Den valgte urenhet kan ha mindre isotopiske elementer slik som oksygen 18 i cyanation urenheten. The selected impurity may have minor isotopic elements such as oxygen 18 in the cyanation impurity.

For en bedre forståelse av oppfinnelsen sammen med ytterligere gjenstander for den skal det henvises til den følgende beskriv-else i forbindelse med de ledsagende tegninger. Figur 1 viser et system som benytter et filter ifølge oppfinnelsen . Figur 2 er et diagram som viser spektraltransmisjonsegenskapene for filteret ifølge figur 1. Figur 3 er et diagram som viser isolasjons-matriks absorbsjons-bølgetallet for cyanat ioner som en funksjon av krystallgitter konstanten. Figur 1 viser et optisk system, f. eks. et infrarødt detekterings-system, som benytter et filter 10 i henhold til oppfinnelsen. Systemet i figur 10 inkluderer en detektor 12, for eksempel et IR-kamera, for påvisning av infrarød eller annen optisk frekvensstråling fra en strålingskilde 14. Også vist i figur 1 er en laser 16 som avgir en laserstråle 20 som alvorlig kan interferere med detektorens 12 detektering av strålingen fra kilden 14. Filteret 10 i figur 1 har optiske innfalls- og transmisjonsoverflater og er beregnet å slippe igjennom mestaparten av den relativt bredbåndede stråling fra strålingskilden 14, antydet ved bølg-ene 18, og å absorbere den enkelte frekvensstråling fra laseren 16. Ved bruk av filteret 10 er det således mulig spesifikt å filtrere ut interfererende laserstråling mens man detekterer C" stråling i det samme frekvensområde fra kilden 14. For a better understanding of the invention together with further objects for it, reference should be made to the following description in connection with the accompanying drawings. Figure 1 shows a system that uses a filter according to the invention. Figure 2 is a diagram showing the spectral transmission characteristics of the filter according to Figure 1. Figure 3 is a diagram showing the insulation-matrix absorption wavenumber for cyanate ions as a function of the crystal lattice constant. Figure 1 shows an optical system, e.g. an infrared detection system, which uses a filter 10 according to the invention. The system in Figure 10 includes a detector 12, such as an IR camera, for detecting infrared or other optical frequency radiation from a radiation source 14. Also shown in Figure 1 is a laser 16 that emits a laser beam 20 that can seriously interfere with the detector's 12 detection of the radiation from the source 14. The filter 10 in Figure 1 has optical incidence and transmission surfaces and is designed to let through most of the relatively broadband radiation from the radiation source 14, indicated by the waves 18, and to absorb the individual frequency radiation from the laser 16 When using the filter 10, it is thus possible to specifically filter out interfering laser radiation while detecting C" radiation in the same frequency range from the source 14.

For å oppnå hensikten med filteret 10 vist i figur 1 er det nød-vendig at filteret har et transmisjonskarakteristikum som vist i diagrammet i figur 2. Strålingsdetektoren 12 er tilpasset til f. ek.s å motta IS-stråling med bølgetall fra ca. 3300 til 3700 cm . Det er derfor ønskelig å ha et relativt flatt og høyt transmisjonsforhold over dette frekvensområde som antydet ved den In order to achieve the purpose of the filter 10 shown in figure 1, it is necessary that the filter has a transmission characteristic as shown in the diagram in figure 2. The radiation detector 12 is adapted to, e.g., receive IS radiation with wave numbers from approx. 3300 to 3700 cm. It is therefore desirable to have a relatively flat and high transmission ratio over this frequency range as indicated by it

flate toppdel 22 av transmisjonskurven angitt i figur 2. Forflat top part 22 of the transmission curve indicated in Figure 2. For

å filtrere ut snever stråling fra laseren 16, som antas å ha en transmisjonsfrekvens antydet ved linjen 24 i figur 2, har kurven for den relative filter transmisjon I/I0et dypt og snevert hakk 26. Således vil en stor andel av den ønskede bredbåndede stråling fra kilden 14 passere gjennom filteret 10 og mottas av detektoren 12 mens frekvensen eller smalbåndede stråling fra laseren 16 i stor grad vil absorberes av filteret 10 og ikke interferere med driften av detektoren 12. to filter out narrow radiation from the laser 16, which is assumed to have a transmission frequency indicated by line 24 in Figure 2, the curve for the relative filter transmission I/I0 has a deep and narrow notch 26. Thus, a large proportion of the desired broadband radiation from the source 14 will pass through the filter 10 and be received by the detector 12 while the frequency or narrowband radiation from the laser 16 will be largely absorbed by the filter 10 and not interfere with the operation of the detector 12.

Som tidligere nevnt er visse stoffer, spesielt fleratomioner slik som cyanat, perrenat, cyanid, nitritt, karbonat, bikarbonat, azid, hydrogenfluorid (HF2), hydroksyd, ammoniat, borhydrit, kromat og borat, blandt andre kjent å ha sneverbåndede spektralabsorbsjons egenskaper ved diskrete frekvenser, inkludert frekvenser av interesse for det infrarøde spektrum. Disse frekvenser måles oftest ved en isolasjonsmatriks måling der spektralegenskapene for et urenhetsmateriale slik som et ion, måles ved å anordne små mengder, for eksempel 0,1 atom-% av stoffet, i en krystall av et annet stoff. Som brukt heri angir uttrykket "atom-%" prosent-andelen av et spesielt stoff i en krystall sammenlignet med antall ioner av et tilsvarende stoff. Således henviser atom-% av et alkalimetall halogenidsalt til forholdet mellom antall atomer fra dette salt og det totale antall ioner i krystallen. Atom-% av en ion henviser til forholdet mellom antall ioner av en spesiell type, f. eks. anioner eller kationer, og tilsvarende ioner i krystallet. Tidligere har slike isolasjonsmatriksmålinger av krystallurenheter vært gjennomført for vitenskapelige studiers skyld, ingen praktiske anvendelser av slike isolasjonsmatriks absorbsjonskarakteristika er kjent. As previously mentioned, certain substances, especially polyatomic ions such as cyanate, perrhenate, cyanide, nitrite, carbonate, bicarbonate, azide, hydrogen fluoride (HF2), hydroxide, ammonia, borohydrite, chromate and borate, among others, are known to have narrow-band spectral absorption properties at discrete frequencies, including frequencies of interest in the infrared spectrum. These frequencies are most often measured by an isolation matrix measurement where the spectral properties of an impurity material such as an ion are measured by arranging small amounts, for example 0.1 atomic % of the substance, in a crystal of another substance. As used herein, the term "atom%" indicates the percentage of a particular substance in a crystal compared to the number of ions of a corresponding substance. Thus the atomic % of an alkali metal halide salt refers to the ratio between the number of atoms from this salt and the total number of ions in the crystal. Atomic % of an ion refers to the ratio of the number of ions of a particular type, e.g. anions or cations, and corresponding ions in the crystal. In the past, such insulation matrix measurements of crystal impurities have been carried out for the sake of scientific studies, no practical applications of such insulation matrix absorption characteristics are known.

Foreliggende oppfinnelse er et resultat av den oppdagelse at isolasjonsmatriks absorbsjonsegenskapene av en urenhet, som meget ofte er smalbåndet, kan benyttes for å tilveiebringe et smalbånd-filter for utfiltrering av uønsket interfererende stråling fra bredbåndet bestråling mottatt av en detektor. The present invention is a result of the discovery that the insulating matrix absorption properties of an impurity, which is very often narrowband, can be used to provide a narrowband filter for filtering out unwanted interfering radiation from broadband radiation received by a detector.

Som et eksempel har man undersøkt muligheten for å fremstille smalbåndabsorbsjonsfilteret for å filtrere ut interfererende stråling fra en hydrogenfluorid (HF) laser ved en bølgelengde på 2,911 ym (bølgetall 3435 pr. cm) fra annen bestråling i det omgivende infrarøde spektrum. Som beskrevet ovenfor vises de ønskede karakteristika for transmisjonen av et slikt filter for HF laseren i diagrammet i figur 2. As an example, the possibility of producing the narrowband absorption filter to filter out interfering radiation from a hydrogen fluoride (HF) laser at a wavelength of 2.911 ym (wavenumber 3435 per cm) from other radiation in the ambient infrared spectrum has been investigated. As described above, the desired characteristics for the transmission of such a filter for the HF laser are shown in the diagram in Figure 2.

Ved undersøkelse av stoffer for absorbsjon av HF laserstrålingWhen examining substances for absorption of HF laser radiation

er det fastslått at cyanationet (NCO-1) har absorbsjonskarakteristika meget nær det ønskede bølgetall 3435 pr. cm -1. Cyanationet har en absorbsjonslinje ved 3442 i kaliumbromid krystaller og 3432 i rubidiumbromid krystaller. Mens cyanat ionet i en ren krystall slik som kaliumbormid og rubidiumbromid, kan ha et bredt nok spektrum med en høy urenhets doping, for å tilveiebringe vesentlige absorbsjonskarakteristika ved den interessante frekvens, er det oppdaget at en ytterligere forbedring av absorbsjonskarakteristika for cyanationet med henblikk på hydrogenfluo-ridlaserens frekvens kan oppnås ved å justere gitterkonstanten i krystallen. En måte for justering av gitterkonstanten er ved å bruke en blandet krystall, f.eks. rubidium bromid og kalium bromid; kalium broid og kalium jodid; talium bromid og talium klorid; eller cesium klorid og cesium bromid. Slike blandede krystaller muliggjør justering av gitterkonstanten for krystallen som derved forårsaker en justering av absorbsjonsfrekvensen for urenheten. it has been established that the cyanide ion (NCO-1) has absorption characteristics very close to the desired wave number 3435 per cm -1. The cyanide ion has an absorption line at 3442 in potassium bromide crystals and 3432 in rubidium bromide crystals. While the cyanate ion in a pure crystal such as potassium bromide and rubidium bromide may have a broad enough spectrum with a high impurity doping to provide significant absorption characteristics at the frequency of interest, it has been discovered that a further improvement in the absorption characteristics of the cyanate ion with respect to hydrogen fluo -the rid laser's frequency can be achieved by adjusting the lattice constant in the crystal. One way of adjusting the lattice constant is by using a mixed crystal, e.g. rubidium bromide and potassium bromide; potassium broide and potassium iodide; thallium bromide and thallium chloride; or cesium chloride and cesium bromide. Such mixed crystals enable adjustment of the lattice constant of the crystal which thereby causes an adjustment of the absorption frequency of the impurity.

Med henblikk på gitterkonstant justering er det funnet at en høyere midlere gitterkonstant, f. eks. forårsaket ved erstatning av et tyngre ion i krystallen, reduserer urenhetens absorbsjonsfrekvens. Korollaren er også sann, d.v.s. at erstatning av et lettere ion i krystallen vil gi en lavere gitterkonstant og øke absorbsjonsfrekvensen for urenheten. With a view to lattice constant adjustment, it has been found that a higher mean lattice constant, e.g. caused by the replacement of a heavier ion in the crystal, reduces the absorption frequency of the impurity. The corollary is also true, i.e. that replacing a lighter ion in the crystal will give a lower lattice constant and increase the absorption frequency of the impurity.

Variasjonen i gitterkonstant og absorbsjonsfrekvens for cyanat ionet ved de interessante frekvenser er vist i diagrammet 28 i figur 3. Vist i diagrammet er absorbsjonsfrekvenser for gitter-konstantene tilsvarende kaliumklorid-, kaliumbromid- og kaliumjodid krystaller. Videre er det i tegningen vist absorbsjonsfrekvensen for en blandet kaliumbromid- kaliumjodidkrystall med et komponentkrystallforhold på 60 atom-% kaliumbromid, 39 atom-% kaliumjodid og ca. 1 atom-% cyanation doping (1% av brom- og jod-anionene erstattet av cyanationer). Dette har en absorbsjonsfrekvens nøyaktig som den interessante frekvens for hydrogen fluorid laseren. The variation in lattice constant and absorption frequency for the cyanate ion at the frequencies of interest is shown in diagram 28 in Figure 3. Shown in the diagram are absorption frequencies for the lattice constants corresponding to potassium chloride, potassium bromide and potassium iodide crystals. Furthermore, the drawing shows the absorption frequency for a mixed potassium bromide-potassium iodide crystal with a component crystal ratio of 60 atomic % potassium bromide, 39 atomic % potassium iodide and approx. 1 atomic % cyanion doping (1% of the bromine and iodine anions replaced by cyanation ions). This has an absorption frequency exactly like the frequency of interest for the hydrogen fluoride laser.

Eksempel I.Example I.

En blandet krystall bestående av 60 atom-% kaliumbromid, 39 atom-% kaliumjodid og 1 atom-% cyanationer ble fremstilt som følger: En blanding av smeltet kaliumbromid og kaliumjodid i de antydede andeler ble kombinert med kaliumcyanat i et forhold på 1 atom-% for å innføre cyanatione urenheten. Man lot vokse en krystall Czochralski teknikken. Krystallen ble funnet å ha en optisk densitat på 2,6 pr. cm ved et bølgetall på 3435 pr. cm -1 tilsvarende emisjonsfrekvensen for en hydrogenfluorid laser. Krystallen ble funnet å ha et optisk transmisjonsforhold på ca. 90% og et frekvensområde på 3300 til 3700 pr. cm. A mixed crystal consisting of 60 atomic % potassium bromide, 39 atomic % potassium iodide and 1 atomic % cyanate ions was prepared as follows: A mixture of molten potassium bromide and potassium iodide in the indicated proportions was combined with potassium cyanate in a ratio of 1 atomic % to introduce the cyanatione impurity. A crystal was grown using the Czochralski technique. The crystal was found to have an optical density of 2.6 per cm at a wave number of 3435 per cm -1 corresponding to the emission frequency of a hydrogen fluoride laser. The crystal was found to have an optical transmission ratio of approx. 90% and a frequency range of 3300 to 3700 per cm.

Eksempel II.Example II.

En krystall ble fremstilt bestående av 10 atom-% kalium bromid,A crystal was prepared consisting of 10 atomic % potassium bromide,

89 atom-% rubidium bromid og 1 atom-% cyanationer i form av kalium cyanat. Man lot vokse en krystall ved den ovenfor angitte teknikk" og målingene av de optiske karakteristika for krystallen antydet at den hadde en skarp absorbsjonslinje for stråling ved 3435 pr. cm med 2,6 pr. cm optisk densitet og en transmisjon over frekvensområdet av interesse fra 3300 til 3700 på ca. 92%. 89 atom-% rubidium bromide and 1 atom-% cyanide ions in the form of potassium cyanate. A crystal was grown by the above technique" and measurements of the optical characteristics of the crystal indicated that it had a sharp absorption line for radiation at 3435 per cm with 2.6 per cm optical density and a transmission over the frequency range of interest from 3300 to 3700 at about 92%.

Fagmannen vil erkjenne at transmisjonen av de ovenfor nevnte krystaller kan forbedres ved å belegge krystallene med egnede stoffer. The person skilled in the art will recognize that the transmission of the above-mentioned crystals can be improved by coating the crystals with suitable substances.

Mens komponentforholdet for krystallstoffene for en blandet krystall velges i den hensikt å tilpasse urenhetsabsorbsjons-frekvensen til den ønskede frekvens, slik det beskrives under henvisning til figur 3, er det når det gjelder blandede alkali-halogenidkrystaller generelt ønsket å unngå en blandet krystall med et komponentkrystallforhold på omtrent like deler av to komponentstoffer, på grunn av en mulig ugunstig virkning på krystallstabiliteten. Således vil slike blandede alkalihalogenid krystaller generelt bestå av 55 ■ til 95 atom-% av en første komponent og 50 til 45 atom-% av en andre komponent. Det antas at krystallandeler på mindre enn 5 atom-% vil ha ubetydelig til-pasnings virkning . While the component ratio of the crystal substances for a mixed crystal is chosen for the purpose of matching the impurity absorption frequency to the desired frequency, as described with reference to Figure 3, in the case of mixed alkali-halide crystals it is generally desired to avoid a mixed crystal with a component crystal ratio of approximately equal parts of two component substances, due to a possible adverse effect on crystal stability. Thus, such mixed alkali halide crystals will generally consist of 55 to 95 atomic % of a first component and 50 to 45 atomic % of a second component. It is assumed that crystal proportions of less than 5 atomic % will have a negligible matching effect.

Den optiske densitet for filteret er i sterk grad avhengig avThe optical density of the filter is strongly dependent on

det urenhetsmateriale som innføres. Mengden på 1 atom-% som angitt i eksemplene gir en god optisk densitet ved absorbsjonsfrekvensen (2,6 pr. cm), slik at et filter med en optisk densitet på 4 kan fremstilles med en transmisjonslengde på mindre enn 2 cm. Lavere urenhetetsprosentandeler kan benyttes der lavere optisk absorbsjonsdensitet kreves, f. eks. 0,25 til 0,5 atom-%. Høyere urenhetsprosentandeler vil gi større optisk densitet ved absorbsjonsfrekvensen, men urenhetsprosentandeler ut over 2%, f. eks. 5 atom-%, er funnet å bre ut absorbsjonslinjen ved den valgte frekvens, og muligens ved andre spektralabsorbsjonsfrekvenser for • urenheten innenfor det interessante området. Denne utvidelse kan være hjelpsom der absorbsjonsfrekvensen ikke er nøyaktig på den ønskede frekvens, eller der man tar sikte på noe utvidet bånd-interferens, men den vil på ugunstig måte påvirke den midlere optiske transmisjonsegenskaper for filteret over båndet av interesse. the impurity material that is introduced. The amount of 1 atomic % as indicated in the examples gives a good optical density at the absorption frequency (2.6 per cm), so that a filter with an optical density of 4 can be produced with a transmission length of less than 2 cm. Lower impurity percentages can be used where lower optical absorption density is required, e.g. 0.25 to 0.5 atomic %. Higher impurity percentages will give greater optical density at the absorption frequency, but impurity percentages above 2%, e.g. 5 atomic %, is found to broaden the absorption line at the chosen frequency, and possibly at other spectral absorption frequencies for • the impurity within the range of interest. This extension may be helpful where the absorption frequency is not exactly at the desired frequency, or where some extended band interference is aimed for, but it will adversely affect the average optical transmission characteristics of the filter over the band of interest.

Forsøk har vist at å øke mengden av doping materialet til ca. 5% forårsaker en utvidelse av absorbsjonsfrekvensbåndet, som ugunstig kan påvirke bredbåndstransmisjonsegenskapene for filteret. Experiments have shown that increasing the amount of the doping material to approx. 5% causes a broadening of the absorption frequency band, which can adversely affect the broadband transmission properties of the filter.

Det er foretatt undersøkelser med henblikk på muligheten for et tilsvarende smalbånd absorbsjonsfilter for absorbering av karbondioksyd laserstråling ved en bølgelengde på 10,59 ym. Under-søkelser indikerer at perrenationer vil være egnet for å absorbere stråling med denne frekvens, og likeledes inkluderer krystallene forbruk i forbindelse med perrenationer natriumbromid, kaliumbromid, litiumbromid, kaliumklorid og cesiumklorid. En kombinasjon av krystaller med komponenter av natriumbromid og kaliumbromid, komponenter av natriumbromid og litiumbromid, eller komponenter av kaliumklorid og cesiumklorid, vil sannsynligvis gi egnet gitterkonstant justering ved dannelse av en blandet krystall. Andre mulige urenheter for absorbsjon av karbondioksyd-laserstråling er bikarbonat og kromat. Investigations have been carried out with a view to the possibility of a similar narrowband absorption filter for absorbing carbon dioxide laser radiation at a wavelength of 10.59 um. Investigations indicate that perrhenations will be suitable for absorbing radiation at this frequency, and likewise the crystals include consumption in connection with perrhenations sodium bromide, potassium bromide, lithium bromide, potassium chloride and cesium chloride. A combination of crystals with sodium bromide and potassium bromide components, sodium bromide and lithium bromide components, or potassium chloride and cesium chloride components is likely to provide suitable lattice constant adjustment when forming a mixed crystal. Other possible impurities for absorption of carbon dioxide laser radiation are bicarbonate and chromate.

Et absorbsjonsfilter for karbondioksyd laserstråling ved 10,59 ym ved bruk av kromationer som urenhet er beskrevet i det følgende eksempel. An absorption filter for carbon dioxide laser radiation at 10.59 ym using chromat ions as an impurity is described in the following example.

Eksempel III.Example III.

Det ble fremstilt en krystall bestående av 75 atom-% kaliumklorid, 22,41 atom-% kaliumbromid, 1,59 atom-% blyklorid og 1 atom-% kaliumkromat. Det ble dyrket en krystall ved den ovenfor beskrevne teknikk og denne viste optisk strålingsabsorbsjon ved 10,59 ym tilsvarende en optisk densitet på 1 pr. cm med høy transmisjon av nærliggende frekvenser. I denne krystall ble blyklorid tilsatt for krystall-ladnings kompensasjon for å gi elektrisk balanse og krystall stabilitet. Den absorberende urenhet er kromationet. A crystal consisting of 75 atomic % potassium chloride, 22.41 atomic % potassium bromide, 1.59 atomic % lead chloride and 1 atomic % potassium chromate was produced. A crystal was grown by the technique described above and this showed optical radiation absorption at 10.59 µm corresponding to an optical density of 1 per cm with high transmission of nearby frequencies. In this crystal, lead chloride was added for crystal charge compensation to provide electrical balance and crystal stability. The absorbing impurity is the chromate ion.

v I de foregående eksempler skjer justeringen av absorbsjonsfrekvensen ved en justering av krystallgitterkonstanten. En annen mulig justeringsmekanisme er en variasjon av isotopinnholdet i urenhetsmaterialet. Således kan et absorbsjonsfilter for 2,911 ym HF-laserlinjen- oppnås ved å oppløse isotopisk cyanat 14^1 2^,1 8Q i ren kaliumklorid krystall. Det isotope cyanat har en mindre andel oksygen 18, noe som gir en annen absorbsjonsfrekvens enn den naturlige oksygen 16 isotop. v In the previous examples, the absorption frequency is adjusted by adjusting the crystal lattice constant. Another possible adjustment mechanism is a variation of the isotopic content of the impurity material. Thus, an absorption filter for the 2.911 ym HF laser line can be obtained by dissolving isotopic cyanate 14^1 2^,1 8Q in pure potassium chloride crystal. The isotopic cyanate has a smaller proportion of oxygen 18, which gives a different absorption frequency than the natural oxygen 16 isotope.

Mens undersøkelser så langt har vært sentrert rundt absorbsjonWhile research so far has centered around absorption

av spesielle laserstråler i det infrarøde frekvensområde kan prinsippene ifølge oppfinnelsen anvendes på absorbsjon av uønsket stråling ved frekvenser for synlig lys ved bruk av elektroniske overgangs spektralabsorbsjonskarakteristika istedet for de mekaniske ionevibreringsabsorbsjonsspektrale karakteristika som er typiske for de beskrevne IR-filtre. Det antas at justeringer av krystallgitterkonstanten justerer absorbsjonsfrekvensen ved å endre de elektriske fletomgivelser for den innførte urenhet. of special laser beams in the infrared frequency range, the principles according to the invention can be applied to the absorption of unwanted radiation at frequencies for visible light by using electronic transition spectral absorption characteristics instead of the mechanical ion vibration absorption spectral characteristics that are typical of the described IR filters. It is believed that adjustments to the crystal lattice constant adjust the absorption frequency by changing the electrical environment of the introduced impurity.

En tilsvarende justering av de elektriske feltomgivelser for en atomurenhet med egnede overgangs elektronspektral absorbsjons karakteristika, slik som overgangsmetallene, kan muligens benyttes for å avstemme absorbsjonsfrekvensen for et urenhetsatom for å oppnå et smalbåndsfilter som arbeider i det synlige frekvensområde. A corresponding adjustment of the electric field environment for an atomic impurity with suitable transition electron spectral absorption characteristics, such as the transition metals, can possibly be used to tune the absorption frequency of an impurity atom to obtain a narrowband filter that works in the visible frequency range.

Fagmannen vil lett innse at det kan foretas modifikasjoner og endringer av det ovenfor beskrevne uten å gå utenfor oppfinnelsens ramme slik den fremgår av de ledsagende krav. The person skilled in the art will easily realize that modifications and changes can be made to what is described above without going outside the scope of the invention as it appears from the accompanying claims.

Claims

1. Method for manufacturing narrowband absorption filters for absorbing optical radiation at a desired frequency and for letting through optical radiation at other frequencies within a narrow frequency range that includes the desired frequency, characterized in that it comprises: - choosing an impurity material with narrow band absorption properties in crystals at a frequency close to the desired frequency; - selecting a first crystal material by matrix isolation-absorption characteristics for said impurity with narrow-band absorption above the desired frequency, and with significant transmission properties above said selected frequency range; - to select a second crystal material with matrix isolation-absorption characteristics for said impurity with narrowband absorption below said desired frequency and with significant transmission properties over said selected frequency range and with crystal formation compatibility with said first selected crystal material; - selecting a ratio between said first crystal material and second crystal material to adjust the narrowband absorption to the desired frequency; and - forming a filter comprising a mixed crystal from said first and said second crystal material in said selected ratio and with a selected amount of said impurity.

2. Method according to claim 1, characterized by selecting a second crystal material which has the same anion as the first crystal material.

3. Method according to claim 1, characterized by selecting a second crystal material with the same cation as said first crystal material.

4. Method according to claim 1, characterized in that the impurity is selected from the group comprising multi-atom ions.

5. Method according to claim 4, characterized in that the impurity is selected from among those with narrowband absorption properties including mechanical resonance properties.

6. Filter, characterized in that it is produced by the method according to claim 1.

7. Preparation, characterized in that it comprises a mixed crystal with a selected impurity in which the crystal comprises 55 to 95 atomic % of a first alkali metal halide, 5 to 45 atomic % of a second alkali metal halide and 0.25 to 5 atomic -% of said impurity.

8. Preparation according to claim 7, characterized in that said first and said second alkali metal halide have a common cation.

9. Preparation according to claim 7, characterized in that said first and said second alkali metal halide have a common anion.

0. Preparation according to any one of claims 7 to 9, characterized in that the impurity is the cyanide ion.

1. Preparation according to claim 10, characterized in that the impurities are present in an amount of 0.5 to 3 atomic %.

2. Preparation according to any one of claims 7 to 9, characterized in that the impurity is the perrenate ion.

13. Preparation according to any one of claims 10 to 12, characterized in that the impurity is the chromate ion.

14. Preparation comprising a mixed crystal and an impurity, characterized in that the mixed crystal comprises 5 to 15 atomic % bromide, 85 to 95 atomic % rubidium bromide and 0.5 to 3 atomic % cyanate ions as impurity.

15. Preparation comprising a mixed crystal and an impurity, characterized in that the mixed crystal consists of 55 to 65 atomic % potassium bromide, 35 to 45 atomic % potassium iodide and 0.5 to 3 atomic % cyanate ions as impurity.

16. Preparation comprising a mixed crystal and an impurity, characterized in that the mixed crystal consists of 69 to 81 atomic % potassium chloride, 17 to 30 atomic % potassium bromide and 0.5 to 3 atomic % chromations as impurity.

17. Preparation according to claim 16, characterized in that it further comprises up to 3 atomic % lead chloride.

18. Narrowband filter for absorbing optical radiation at a desired frequency and for letting through optical radiation at other frequencies within a narrow frequency range that includes the desired frequency, characterized in that it consists of a mixed crystal with component crystal materials of medium optical density over the frequency range, and a selected crystal component ratio, and an impurity in the crystal with narrowband spectral absorption characteristics at a frequency close to the desired frequency, the crystal component ratio being selected to adjust the lattice constant in the mixed crystal to thereby adjust the impurity spectral absorption characteristics to the desired frequency.

19. Narrowband filter according to claim 18, characterized in that the component crystal material comprises alkali metal halides.

20. Narrowband filter according to claim 18 or 19, characterized in that the component crystal materials have identical anions.

21. Narrowband filter according to claim 18 or 19, characterized in that the component crystal materials have identical cations.

22. Narrowband filter as stated in claim 18 or 19, characterized in that the impurity consists of a multiatom ion.

23. Narrowband filter according to claim 22, characterized in that the impurity consists of perrenions.

24. Narrowband filter according to claim 22, characterized in that the impurity consists of cyanide ions.

25. Narrowband filter according to claim 22, characterized in that the impurity consists of chromat ions.

26. Narrowband filter for absorption of radiation from a hydrogen fluoride laser at a wavelength of 2.911 ym and for transmission of radiation in an ambient frequency range with a high transmission ratio, characterized in that it consists of an alkali metal halide crystal with optical incidence and transmission surfaces and with an impurity of about 1 atomic % cyanation ions.

27. Narrowband filter according to claim 26, characterized in that the alkali metal halide crystal is formed from an alkali metal halide selected from potassium bromide, rubidium bromide and potassium iodide.

28. Narrowband filter according to claim 26, characterized in that the crystal consists of a mixed alkali metal halide crystal with a number of component crystal materials.

29. Narrowband filter according to claim 28, characterized in that the component crystal materials comprise potassium bromide and potassium iodide.

30. Narrowband filter according to claim 28, characterized in that the component crystal materials comprise potassium bromide and rubidium bromide.

31. Narrowband filter for absorbing radiation from a carbon dioxide laser at a wavelength of 10.59 ym and for transmitting radiation in the nearby frequency range with a high transmission ratio, characterized in that it consists of a mixed alkali metal halide crystal with a number of component crystal materials and optical incident and transmission surface and an impurity of approx. 1 atomic % perrenations.

32. Narrowband filter according to claim 31, characterized in that the component crystal materials consist of potassium bromide and sodium bromide.

33. Narrowband filter according to claim 31, characterized in that the component crystal materials consist of sodium bromide and lithium bromide.

34. Narrowband filter according to claim 31, characterized in that the component crystalline materials consist of potassium chloride and cesium chloride.

35. Narrowband filter for absorbing radiation from a carbon dioxide laser at a wavelength of 10.59 ym and for transmitting radiation in the surrounding frequency range with a high transmission ratio, characterized in that it comprises an alkali halide crystal with optical incidence and transmission surfaces and an impurity of approx. 1 atomic % chromat ions.

36. Narrowband filter according to claim 35, characterized in that the crystal consists of a mixed alkali metal halide crystal with a number of component crystal materials.

37. Narrowband filter according to claim 36, characterized in that the component crystal materials consist of potassium chloride and potassium bromide.

38. Narrowband filter according to claim 37, characterized in that the crystals further comprise lead chloride.

39. Narrowband absorption filter for selective absorption of optical waves at a desired frequency in a selected frequency range and to allow optical waves to pass at other frequencies in said frequency range, characterized in that it comprises a selected impurity in a selected crystal where the impurity has selected smaller amounts of isotopic elements and narrowband insulation matrix absorption properties at said desired frequency in said crystal and that the crystal has significant transmission properties in the selected frequency range.

40. Narrowband filter according to claim 39, characterized in that the impurity consists of cyanate with a smaller proportion of oxygen 18 isotope.

41. Narrowband filter according to claim 40, characterized in that the crystals comprise potassium chloride.