RU2200337C2 - Неотражающий нейтральный оптический фильтр - Google Patents
Неотражающий нейтральный оптический фильтр Download PDFInfo
- Publication number
- RU2200337C2 RU2200337C2 RU2000129715/28A RU2000129715A RU2200337C2 RU 2200337 C2 RU2200337 C2 RU 2200337C2 RU 2000129715/28 A RU2000129715/28 A RU 2000129715/28A RU 2000129715 A RU2000129715 A RU 2000129715A RU 2200337 C2 RU2200337 C2 RU 2200337C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium oxide
- layer
- titanium
- optical filter
- neutral optical
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Неотражающий нейтральный оптический фильтр может быть использован для равномерного ослабления падающего излучения. Фильтр включает прозрачную в спектральном диапазоне 0,4-0,7 мкм подложку, расположенный на подложке частично пропускающий свет слой титана и антиотражающий свет слой поверх него. Антиотражающий свет слой выполнен из оксида титана TiOx при 1<х<2, где х - степень окисления оксида титана, с показателем поглощения слоя оксида титана, равным 0,17-0,2. Геометрические толщины слоев титана и оксида титана составляют соответственно 0,028-0,03 и 0,04-0,045 мкм. Технический результат - уменьшение величины интегрального коэффициента отражения и сокращение числа слоев фильтра. 3 ил.
Description
Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к элементам оптико-электронных систем, которые могут быть использованы для равномерного ослабления падающего излучения при низком отражении в широкой области спектра.
Известен неотражающий нейтральный оптический фильтр с величиной коэффициента пропускания около 10%, состоящий из девяти слоев: оксида титана (IV) - никеля - оксида титана (IV) - оксида кремния (IV) - оксида титана (IV) - никеля - оксида кремния (IV) -никеля - оксида кремния (IV). Диэлектрические слои имеют показатели преломления nн=1,45 (оксид кремния (IV)) и nв= 2,3 (оксид титана (IV)) (Гришина Н.В. Синтез широкополосных металлодиэлектрических покрытий. Опт. и спектр, т. 72, вып.4, 1992, с. 1033-1038). Эта конструкция имеет интегральное отражение в видимой области спектра 1,32%.
Основными недостатками такого нейтрального оптического фильтра являются, во-первых, фильтр имеет большое количество слоев, во-вторых, при вычислении используются оптические постоянные массивного никеля и не учитываются изменения оптических постоянных металлического слоя при уменьшении его толщины, в-третьих, указанная конструкция чувствительна к неточностям нанесения слоев по толщине, что приводит к ухудшению рассчитанных спектральных характеристик при технической реализации этой конструкции.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности является неотражающий нейтральный оптический фильтр, состоящий из стеклянного экрана, с одной стороны которого нанесен слой из титана толщиной и диэлектрический слой поверх него из оксида алюминия (III) с показателем преломления n=1,62 и оптической толщиной, равной четверти длины волны λ0= 0,45 мкм, на другую сторону которого нанесен слой титана толщиной h= (П.П. Яковлев. Антибликовые покрытия для защитных экранов дисплеев // Оптический журнал, т. 65, 3, 1998, с. 83-84).
Основными недостатками предложенного неотражающего нейтрального оптического фильтра являются:
- высокое интегральное отражение (среднее отражение в видимой области спектра 0,4-0,7 мкм равно 1,76%, а на длине волны 0,4 мкм величина отражения достигает 5%);
- необходимость нанесения трех слоев;
- нанесение оптических слоев на две поверхности, что удлиняет технологический процесс изготовления неотражающего нейтрального оптического фильтра.
- высокое интегральное отражение (среднее отражение в видимой области спектра 0,4-0,7 мкм равно 1,76%, а на длине волны 0,4 мкм величина отражения достигает 5%);
- необходимость нанесения трех слоев;
- нанесение оптических слоев на две поверхности, что удлиняет технологический процесс изготовления неотражающего нейтрального оптического фильтра.
Технической задачей изобретения является уменьшение интегрального коэффициента отражения и сокращение числа слоев неотражающего нейтрального оптического фильтра.
Поставленная задача решается разработкой неотражающего нейтрального оптического фильтра, включающего подложку, прозрачную в спектральном диапазоне 0,4-0,7 мкм, расположенный на подложке частично пропускающий свет слой титана и антиотражающий свет слой поверх него. Причем антиотражающий слой выполнен из оксида титана TiOX, при 1<х<2, где х - степень окисления оксида титана, а геометрические толщины слоев титана и оксида титана составляют 0,028-0,03 и 0,04-0,045 мкм соответственно, показатель поглощения слоя оксида титана при этом равен 0,17-0,2.
Фиг. 1 схематически представляет в разрезе неотражающий нейтральный оптический фильтр.
Фиг. 2 показывает спектральные коэффициенты отражения прототипа и предлагаемого неотражающего нейтрального оптического фильтра (кривые 4 и 5 соответственно).
Фиг.3 представляет устройство, с помощью которого может быть получен неотражающий нейтральный оптический фильтр.
Неотражающий нейтральный оптический фильтр (фиг.1) состоит из прозрачной в спектральном диапазоне 0,4-0,7 мкм подложки 1, частично пропускающего свет слоя титана 2, расположенного на подложке 1, и антиотражающего свет слоя 3 поверх него из оксида титана TiOх, при 1<х<2, где х - степень окисления оксида титана, с показателем поглощения оксида титана, равным 0,17-0,2, причем геометрические толщины слоев титана 2 и оксида титана 3 составляют соответственно 0,028-0,03 и 0,04-0,045 мкм.
Этот неотражающий нейтральный оптический фильтр имеет комплексный амплитудный коэффициент отражения r, определяющий связь между амплитудой, падающей со стороны антиотражающего свет слоя 3, и амплитудой, отраженной от неотражающего нейтрального оптического фильтра плоской электромагнитной волны
где n0, nS - показатели преломления ограничивающих сред (исходной среды и подложки соответственно).
где n0, nS - показатели преломления ограничивающих сред (исходной среды и подложки соответственно).
Величины М11, М12, M21, М22 являются элементами матрицы интерференции:
где - комплексный показатель преломления частично пропускающего свет слоя титана 2, - комплексный показатель преломления антиотражающего свет слоя 3 (n3 - показатель преломления, k3 - показатель поглощения) из TiOх, при <х<2, h2 и h3 - геометрические толщины частично пропускающего свет слоя 2 титана и антиотражающего свет слоя 3 из оксида титана TiOх, при 1<х<2, где х - степень окисления оксида титана, соответственно λ - длина волны, i - мнимая единица.
где - комплексный показатель преломления частично пропускающего свет слоя титана 2, - комплексный показатель преломления антиотражающего свет слоя 3 (n3 - показатель преломления, k3 - показатель поглощения) из TiOх, при <х<2, h2 и h3 - геометрические толщины частично пропускающего свет слоя 2 титана и антиотражающего свет слоя 3 из оксида титана TiOх, при 1<х<2, где х - степень окисления оксида титана, соответственно λ - длина волны, i - мнимая единица.
Спектральный коэффициент отражения R(λ) и скачок фазы между амплитудой, падающей со стороны антиотражающего свет слоя 3, и амплитудой, отраженной от неотражающего нейтрального оптического фильтра плоской электромагнитной волны ρ определяются из выражения (1). Так, если ограничивающие среды прозрачны и углы падения и преломления вещественны, то имеют место соотношения:
R=r•r*; (3)
ρ=Im r/Re r, (4)
где * означает комплексное сопряжение;
Re и Im означают действительную и мнимую части комплексной величины.
R=r•r*; (3)
ρ=Im r/Re r, (4)
где * означает комплексное сопряжение;
Re и Im означают действительную и мнимую части комплексной величины.
Рассмотрим неотражающий нейтральный оптический фильтр с коэффициентом пропускания 10% и низким отражением в видимой области спектр 0,45-0,7 мкм. Для оценки близости спектральных характеристик получаемого покрытия к требуемым характеристикам вводится оценочный функционал
где [λ1, λ2] - диапазон длин волн, в котором производится синтез;
Ru(λ) - измеренный спектральный коэффициент отражения. синтезируемого неотражающего нейтрального оптического фильтра. В данном случае λ1=0,4 мкм, λ2=0,7 мкм, R(λ)=0.
где [λ1, λ2] - диапазон длин волн, в котором производится синтез;
Ru(λ) - измеренный спектральный коэффициент отражения. синтезируемого неотражающего нейтрального оптического фильтра. В данном случае λ1=0,4 мкм, λ2=0,7 мкм, R(λ)=0.
Задача синтеза рассматривается в вариационной постановке и сводится к минимизации функционала по толщине слоя и по значению комплексного показателя преломления антиотражающего свет верхнего слоя 3. В качестве начального приближения ищется решение в одной центральной спектральной точке λ= 0,55 мкм и находится требуемая толщина антиотражающего свет слоя 3 h3, которая при полученном комплексном показателе преломления антиотражающего слоя 3 удовлетворяет заданному нулевому коэффициенту отражения в этой точке.
Синтезированный неотражающий нейтральный оптический фильтр обеспечивает интегральное отражение в видимой области спектра <1%. Неотражающий нейтральный оптический фильтр имеет такие толщины частично пропускающего свет слой 2 титана и антиотражающего свет слоя 3 из оксида титана TiOх, при 1<х<2, h2 и h3, которые приводят к тому, что амплитудные коэффициенты отражения от границ раздела воздух - антиотражающий свет слой 3 из оксида титана и антиотражающий свет слой 3 из оксида титана - частично пропускающий свет металлический слой 2 из титана находятся в противофазе. Одновременно с этим комплексный показатель преломления антиотрающего свет слоя 3 из оксида титана TiOх, при 1<х<2, обеспечивает равенство этих амплитуд. Таким образом выполняются условия нулевого отражения.
На фиг. 1 схематически представлен неотражающий нейтральный оптический фильтр, состоящий из прозрачной в спектральном диапазоне 0,4-0,7 мкм подложки 1 и расположенных на ней последовательно частично пропускающего свет слоя 2 из титана толщиной h2=0,029 мкм, антиотражающего слоя 3 из оксида титана TiOх, при 1<х<2, с показателем поглощения k3=0,17-0,2 и толщиной h3= 0,04-0,045 мкм.
На фиг. 2 показаны спектральные коэффициенты отражения прототипа и предлагаемого неотражающего нейтрального оптического фильтра (кривые 4 и 5 соответственно).
На фиг.3 изображено устройство струйного высокочастотного индукционного (ВЧИ) плазмотрона в динамическом вакууме, с помощью которого осуществлялось нанесение неотражающего нейтрального оптического фильтра. Устройство содержит индуктор 6, специальный кронштейн 7; разрядную камеру 8; рубашку охлаждения 9. Индуктор 6 представляет собой трехвитковую катушку диаметром 0,07 м и длиной 0,07 м, изготовленную из медной трубки, охлаждаемую протекающей по ней водой. Индуктор 6 крепится на специальном кронштейне 7, который позволяет перемещать индуктор 6 вдоль разрядной камеры 8. Разрядная камера 8 и рубашка охлаждения 9 представляют цельносварную конструкцию, состоящую из двух коаксиальных кварцевых трубок с протекающей между ними охлаждающей водой. Плазмотрон крепится в отверстии базовой плиты 10 при помощи фланца 11 и герметизируется уплотнительным кольцом 12 из вакуумной резины. При напылении используется аксиальная подача плазмообразующего газа и напыляемого пленкообразующего материала 13.
Использование неотражающего нейтрального оптического фильтра, включающего подложку 1, расположенного на подложке частично пропускающего свет слоя 2 титана и поверх него антиотражающего свет слоя 3 оксида титана TiOх, при 1<х<2, где х - степень окисления оксида титана, с показателем поглощения слоя 3 оксида титана, равным 0,17-0,2, и геометрическими толщинами слоев титана 2 и оксида титана 3, равными 0,028-0,03 и 0,04-0,045 мкм соответственно, приводит к уменьшению интегрального отражения и к сокращению числа слоев нейтрального оптического фильтра.
Неотражающий нейтральный оптический фильтр получают следующим способом. Подложки 1, представляющие собой круглые плоскопараллельные полированные диски из оптического стекла К-8, очищают этиловым спиртом. Затем подложки 1 помещают в вакуумную плазменную установку над верхним срезом плазмотрона. Предварительно поверхность, на которую впоследствии наносят требуемые слои, обрабатывают плазменным потоком при следующих режимах плазменной установки: частота генератора 1,76 МГц, ток анода лампы IA=1,0-1,3 А, ток сетки Ic1= 100-150 мА, напряжение на сетке Uc2=200-220 В, расход плазмообразующего газа Ar G=0,07-0,08 г/с, давление р=50-80 Па, расстояние до верхнего витка индуктора 6 равно 120-150 мм в течение 10 мин. В процессе обработки температура подложки 1 поднимается до 250-300oС и поверхность подложки 1 очищается и модифицируется Затем индуктор 6 медленно опускают и в центральной зоне плазмы начинают распыление последовательно титана и оксида титана. Процесс напыления проходит при следующих режимах: ток анода лампы IA=1,0-1,3 А, ток сетки Ic1= 140-190 мА, напряжение на сетке Uc2=140-200 В, расход плазмообразующего газа Ar G=0,07-0,08 г/с, давление р=50-80 Па, расстояние до верхнего витка индуктора 6 равно 150-200 мм в течение 10 мин. Это соответствует изменению внутренних характеристик разряда и плазменной струи - ne=1015-1019 м-3, Рр= 0,1 до 4 кВт, ji=15-25 А•м-2, Wi=10-30 эВ, qт=5•102-5•103 Вт•м-2, где ne - концентрация электронов, Рр - мощность разряда, ji - плотность ионного тока поступающего на поверхность, Wi - энергия ионов, qт - плотность теплового потока.
На подложку сначала осаждают на расстоянии от индуктора 6, равном 170 - 190 мм, частично пропускающий свет слой 2 из титана геометрической толщиной 0,028 - 0,03 мкм. Антиотражающий свет слой 3 из оксида титана TiOX, при 1<х<2, осаждают на расстоянии от индуктора 6 равном 170-190 мм со скоростью геометрическая толщина слоя составляет 0,04-0,045 мкм, показатель поглощения - 0,17-0,2. Толщины слоев контролируют по времени нанесения. Технологический процесс напыления неотражающего нейтрального оптического фильтра составляет 0,5 ч. Интегральный коэффициент отражения полученного неотражающего нейтрального оптического фильтра имеет величину менее 1%, при коэффициенте пропускания около 10%.
Claims (1)
- Неотражающий нейтральный оптический фильтр, включающий прозрачную в спектральном диапазоне 0,4-0,7 мкм подложку, расположенный на подложке частично пропускающий свет слой титана и антиотражающий свет слой поверх него, отличающийся тем, что антиотражающий свет слой выполнен из оксида титана TiOx при 1<х<2, где х - степень окисления оксида титана, с показателем поглощения слоя оксида титана, равным 0,17-0,2, причем геометрические толщины слоев титана и оксида титана составляют соответственно 0,028-0,03 и 0,04-0,045 мкм.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000129715/28A RU2200337C2 (ru) | 2000-11-27 | 2000-11-27 | Неотражающий нейтральный оптический фильтр |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000129715/28A RU2200337C2 (ru) | 2000-11-27 | 2000-11-27 | Неотражающий нейтральный оптический фильтр |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2000129715A RU2000129715A (ru) | 2002-10-27 |
RU2200337C2 true RU2200337C2 (ru) | 2003-03-10 |
Family
ID=20242650
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000129715/28A RU2200337C2 (ru) | 2000-11-27 | 2000-11-27 | Неотражающий нейтральный оптический фильтр |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2200337C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2864251A1 (fr) * | 2003-12-17 | 2005-06-24 | Essilor Int | Article d'optique revetu d'un revetement anti-reflets multicouches absorbant dans le visible et procede de fabrication |
EP2381280A1 (de) | 2010-04-22 | 2011-10-26 | JENOPTIK Optical Systems GmbH | IR-Neutralfilter mit einem für Infrarotstrahlung transparenten Substrat |
-
2000
- 2000-11-27 RU RU2000129715/28A patent/RU2200337C2/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Оптический журнал, т. 65, №3, 1998, с.83-84. * |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2864251A1 (fr) * | 2003-12-17 | 2005-06-24 | Essilor Int | Article d'optique revetu d'un revetement anti-reflets multicouches absorbant dans le visible et procede de fabrication |
WO2005059603A1 (fr) * | 2003-12-17 | 2005-06-30 | Essilor International (Compagnie Generale D'optique) | Article d'optique revetu d'un revetement anti-reflets multicouches absorbant dans le visible et procede de fabrication |
US7736742B2 (en) | 2003-12-17 | 2010-06-15 | Essilor International Compagnie Generale D'optique | Optical article covered with a visible-absorbing, multi-layer anti-reflective coating, and production method thereof |
EP2381280A1 (de) | 2010-04-22 | 2011-10-26 | JENOPTIK Optical Systems GmbH | IR-Neutralfilter mit einem für Infrarotstrahlung transparenten Substrat |
DE102010018052A1 (de) | 2010-04-22 | 2011-10-27 | Jenoptik Optical Systems Gmbh | IR-Neutralfilter mit einem für Infrarotstrahlung transparenten Substrat |
DE102010018052B4 (de) * | 2010-04-22 | 2011-12-08 | Jenoptik Optical Systems Gmbh | IR-Neutralfilter mit einem für Infrarotstrahlung transparenten Substrat |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108627889B (zh) | 一种锗基底宽光谱红外增透光学窗口 | |
US4925259A (en) | Multilayer optical dielectric coating | |
JP3808917B2 (ja) | 薄膜の製造方法及び薄膜 | |
CN109683214A (zh) | 应用于可见光和近红外光波段的双面镀膜玻璃及生产工艺 | |
JP4713461B2 (ja) | アルミニウム及びアルミニウム酸化物の少なくとも一方を有し、ルチル構造を具えるチタン酸化物透明被膜 | |
CN107797167A (zh) | 一种超宽带光学完美吸收器及其制备方法 | |
Kim et al. | Photonic multilayer structure induced high near‐infrared (NIR) blockage as energy‐saving window | |
WO2022253082A1 (zh) | 基于过渡金属膜层的可见光宽带完美吸收器及制备方法 | |
GB2051348A (en) | Radiation detector | |
RU2200337C2 (ru) | Неотражающий нейтральный оптический фильтр | |
CN103884122A (zh) | 一种太阳能光热转换集热器透明热镜及其制备方法 | |
JPH09156964A (ja) | 光吸収性反射防止体 | |
JP2006515827A (ja) | 透過性ジルコニウム酸化物−タンタル及び/又はタンタル酸化物被膜 | |
RU18315U1 (ru) | Неотражающий нейтральный оптический фильтр | |
Yoshida | Antireflection coatings on metals for selective solar absorbers | |
JP2006515827A5 (ru) | ||
WO2016202107A1 (zh) | 极低温环境大口径反射式望远镜防霜膜系及其制备方法 | |
CN112558199A (zh) | 可调控的近红外超薄宽带完美吸收器及其制备方法 | |
RU2186414C1 (ru) | Способ получения неотражающего нейтрального оптического фильтра | |
Volpian et al. | Nanogradient optical coatings | |
JPS61196201A (ja) | 低温蒸着成膜法 | |
CN110376667A (zh) | 一种基于耐火材料的宽波段电磁波吸收器及其制备方法 | |
Volpian et al. | Magnetron technology of production of gradient optical coatings | |
CN110221368A (zh) | 单元素多层红外高反膜及其制备方法 | |
US20230305205A1 (en) | Ultra wide band optical absorber based on multilayer transition metal layers |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20051128 |