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CN103245995B - 10.3～11.3μm透过长波红外滤光片及制备方法 - Google Patents

10.3～11.3μm透过长波红外滤光片及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及10.3～11.3μm透过长波红外滤光片及制备方法，属于光学薄膜技术领域。该滤光片包括锗基底和长、短波通膜系；长波通膜系结构为（0.5hl0.5h）^9（0.574l1.148h0.574l）^5（0.36h0.72l0.36h）^5，中心波长7300nm；短波通膜系结构为（lh）^8，中心波长14600nm；l和h分别为硫化锌和碲化铅膜层；通过真空中加热基底，离子源通氩气下电阻蒸发在基底两侧沉积长、短波通膜系，冷却后制得。该滤光片在10.3～11.3μm透过率高，0.9～10.15μm和11.45～20μm宽截止，膜系层数较少，满足遥感探测系统使用要求；该方法简便稳定，成品率高。

Description

10.3～11.3μm透过长波红外滤光片及制备方法
技术领域
本发明涉及一种10.3～11.3μm透过长波红外滤光片及制备方法，具体地说，涉及一种在10.3～11.3μm谱段具有高透过率，同时在0.9～10.15μm和11.45～20μm谱段宽截止的长波红外滤光片；属于光学薄膜技术领域。
背景技术
在10.3～11.3μm谱段具有高透过率的滤光片是目前遥感探测系统中一个关键的滤光片。为了减少信号噪声的影响，遥感探测系统中需要对0.9～10.15μm和11.45～20μm谱段的光信号进行抑制。因此亟需设计一种在10.3～11.3μm谱段具有高透过率，在0.9～10.15μm和11.45～20μm谱段宽截止，同时膜层质量较好的长波红外滤光片。
发明内容
针对现有技术中尚无一种在10.3～11.3μm谱段具有高透过率，同时在0.9～10.15μm和11.45～20μm谱段宽截止的长波红外滤光片。本发明的目的之一在于提供一种10.3～11.3μm透过的长波红外滤光片，所述滤光片在10.3～11.3μm谱段具有高透过率，同时在0.9～10.15μm和11.45～20μm谱段宽截止。
本发明的目的之二在于提供一种10.3～11.3μm透过的长波红外滤光片的制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种10.3～11.3μm透过长波红外滤光片，所述滤光片包括基底、基底一侧的长波通膜系和基底另一侧的短波通膜系。
其中，所述基底材料为锗，优选尺寸为：长29.5mm，宽1.36mm，厚1.2mm，优选表面光洁度为40/20；
长波通膜系包括交替叠加的硫化锌（ZnS）膜层和碲化铅（PbTe）膜层，结构为：（0.5hl0.5h）^9（0.574l1.148h0.574l）^5（0.36h0.72l0.36h）^5，中心波长为7300nm；其中，h为碲化铅膜层，0.5、1.148和0.36分别为碲化铅膜层厚度对应基本厚度的系数，0.5h表示碲化铅膜层厚度为0.5个基本厚度，1.148h表示碲化铅膜层厚度为1.148个基本厚度，0.36h表示碲化铅膜层厚度为0.36个基本厚度，l为硫化锌膜层，1、0.574和0.72分别为硫化锌膜层厚度对应基本厚度的系数，l表示硫化锌膜层厚度为1个基本厚度，0.574l表示硫化锌膜层厚度为0.574个基本厚度，0.72l表示硫化锌膜层厚度为0.72个基本厚度，所述基本厚度为光学厚度中心波长的四分之一，基本膜堆（0.5hl0.5h）的周期数为9，基本膜堆（0.574l1.148h0.574l）和基本膜堆（0.36h0.72l0.36h）的周期数均为5。
采用TFCalc软件对所述长波通膜系的结构进行优化，得到优选的长波通膜系，如表1所示，其中，层数为1的膜层为长波通膜系的最外层，层数为39的膜层沉积在锗基底上，为长波通膜系的最内层；
表1  长波通膜系
短波通膜系包括交替叠加的硫化锌膜层和碲化铅膜层，结构为：（lh）^8，中心波长为14600nm；其中，l为硫化锌膜层，1为硫化锌膜层厚度对应基本厚度的系数，l表示硫化锌膜层厚度为1个基本厚度，h为碲化铅膜层，1为碲化铅膜层厚度对应基本厚度的系数，h表示碲化铅膜层厚度为1个基本厚度，所述基本厚度为光学厚度中心波长的四分之一，基本膜堆（lh）的周期数为8。
采用TFCalc软件对所述短波通膜系的结构进行优化，得到优选的短波通膜系，如表2所示，其中，层数为1的膜层为短波通膜系的最外层，层数为16的膜层沉积在锗基底上，为短波通膜系的最内层；
表2  短波通膜系
一种本发明所述的10.3～11.3μm透过长波红外滤光片的制备方法，所述方法步骤如下：
（1）将干净的基底装入清洁的真空室中，抽真空至3.0×10-3Pa；
（2）将基底加热到150℃，并保持30min；
（3）打开霍尔轻型离子源通氩气，气流量为30sccm，开启阴极电压为100～200V，阳极电压为50～100V，使得阳极电流为0.5A；采用电阻蒸发法分别在基底的一侧逐层交替沉积长波通膜系中的硫化锌膜层和碲化铅膜层，在基底的另一侧逐层交替沉积短波通膜系中的硫化锌膜层和碲化铅膜层，直至完成所述膜系的沉积；其中，硫化锌膜层的沉积速率为2.0～3.0nm/s，碲化铅膜层的沉积速率为0.8～1.0nm/s；膜层厚度采用光比例法监控；
（4）基底自然冷却至室温，得到本发明所述的10.3～11.3μm透过长波红外滤光片。
有益效果
1.本发明提供了一种10.3～11.3μm透过长波红外滤光片，所述滤光片达到优良技术指标：在10.3～11.3μm谱段具有高透过率τav≥80%，在0.9～10.15μm和11.45～20μm谱段宽截止，截止区域内截止深度τλ<1%，半功率点波长允差在50nm之内，可大大改进该谱段滤光片的通带以及截止带的特性，满足遥感探测系统的使用要求，具有高稳定性和高可靠性；
2.本发明提供了一种10.3～11.3μm透过长波红外滤光片，所述滤光片的膜系包括交替叠加的硫化锌膜层和碲化铅膜层，膜系层数较少；
3.本发明提供了一种10.3～11.3μm透过长波红外滤光片的制备方法，所述方法可制得本发明所述的滤光片，工艺稳定，重复性好，操作简便，产品成品率高。
附图说明
图1为实施例1中滤光片的透射光谱图。
具体实施方式
为了充分说明本发明的特性以及实施本发明的方式，下面给出实施例。
实施例1
一种10.3～11.3μm透过长波红外滤光片，所述滤光片包括锗基底、基底一侧的长波通膜系和基底另一侧的短波通膜系。
其中，所述基底长29.5mm，宽1.36mm，厚1.2mm，表面光洁度为40/20。
长波通膜系包括交替叠加的硫化锌膜层和碲化铅膜层，中心波长为7300nm；各膜层参数如表3所示，其中，层数为1的膜层为长波通膜系的最外层，层数为39的膜层沉积在锗基底上，为长波通膜系的最内层；
表3  长波通膜系及膜层厚度监控
短波通膜系包括交替叠加的硫化锌膜层和碲化铅膜层，中心波长为14600nm，各膜层参数如表4所示，其中，层数为1的膜层为短波通膜系的最外层，层数为16的膜层沉积在锗基底上，为短波通膜系的最内层；
表4  短波通膜系及膜层厚度监控
本实施例所述滤光片的制备方法步骤如下：
（1）用吸尘器清除真空室内杂质，然后用脱脂纱布蘸无水乙醇擦拭干净真空室内壁；用分析纯丙酮超声清洗基底10min，再用分析纯乙醇超声清洗基底10min的锗基片，将干净的基底装入清洁的真空室中，抽真空至3.0×10-3Pa；
（2）将基底加热到150℃，并保持30min；
（3）打开霍尔轻型离子源通氩气，气流量为30sccm，开启阴极电压为100～200V，阳极电压为50～100V，使得阳极电流为0.5A；采用电阻蒸发法分别在基底的一侧逐层交替沉积长波通膜系中的硫化锌膜层和碲化铅膜层，在基底的另一侧逐层交替沉积短波通膜系中的硫化锌膜层和碲化铅膜层，直至完成所述膜系的沉积；其中，硫化锌膜层的沉积速率为2.0～3.0nm/s，碲化铅膜层的沉积速率为0.8～1.0nm/s；膜层厚度采用光比例法监控，监控波长和次数如表3和表4所示；
（4）基底自然冷却至室温，得到本实施例所述的10.3～11.3μm透过长波红外滤光片。
对所述滤光片进行如下性能测试：
采用PE公司system 2000红外傅里叶光谱仪测试，得到透射光谱如图1所示，用UVWINLAB软件对图1中的谱线进行计算，可知所述滤光片在10.3～11.3μm谱段的平均透过率为84.61%，在0.9～10.15μm谱段的平均透过率为0.43%和，1.45～20μm谱段的平均透过率为0.01%。
本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种10.3～11.3μm透过长波红外滤光片，其特征在于：所述滤光片包括锗基底、基底一侧的长波通膜系和基底另一侧的短波通膜系；
长波通膜系包括交替叠加的硫化锌和碲化铅膜层，结构为：(0.5hl0.5h)^9(0.574l1.148h0.574l)^5(0.36h0.72l0.36h)^5，中心波长为7300nm；h为碲化铅膜层，0.5h表示碲化铅膜层厚度为0.5个基本厚度，1.148h表示碲化铅膜层厚度为1.148个基本厚度，0.36h表示碲化铅膜层厚度为0.36个基本厚度，l为硫化锌膜层，表示硫化锌膜层厚度为1个基本厚度，0.574l表示硫化锌膜层厚度为0.574个基本厚度，0.72l表示硫化锌膜层厚度为0.72个基本厚度，基本膜堆(0.5hl0.5h)的周期数为9，基本膜堆(0.574l1.148h0.574l)和(0.36h0.72l0.36h)的周期数均为5；
短波通膜系包括交替叠加的硫化锌和碲化铅膜层，结构为：(lh)^8，中心波长为14600nm；l为硫化锌膜层，表示硫化锌膜层厚度为1个基本厚度，h为碲化铅膜层，表示碲化铅膜层厚度为1个基本厚度，基本膜堆(lh)的周期数为8；
所述基本厚度为长波通膜系或短波通膜系光学厚度中心波长的四分之一。
2.根据权利要求1所述的一种10.3～11.3μm透过长波红外滤光片，其特征在于：基底长29.5mm，宽1.36mm，厚1.2mm；表面光洁度为40/20。
3.根据权利要求1或2所述的一种10.3～11.3μm透过长波红外滤光片，其特征在于：长波通膜系如表1所示，层数为1的膜层为长波通膜系的最外层，层数为39的膜层沉积在基底上，为长波通膜系的最内层；
表1 长波通膜系
4.根据权利要求1或2所述的一种10.3～11.3μm透过长波红外滤光片，其特征在于：短波通膜系如表2所示，层数为1的膜层为短波通膜系的最外层，层数为16的膜层沉积在基底上，为短波通膜系的最内层；
表2 短波通膜系
5.根据权利要求4所述的一种10.3～11.3μm透过长波红外滤光片，其特征在于：长波通膜系如表1所示，层数为1的膜层为长波通膜系的最外层，层数为39的膜层沉积在基底上，为长波通膜系的最内层；
表1 长波通膜系
6.一种如权利要求1或2所述的10.3～11.3μm透过长波红外滤光片的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
(1)将干净的基底装入清洁的真空室中，抽真空至3.0×10-3Pa；
(2)将基底加热到150℃，并保持30min；
(3)打开霍尔轻型离子源通氩气，气流量为30sccm，开启阴极电压为100～200V，阳极电压为50～100V，使得阳极电流为0.5A；采用电阻蒸发法分别在基底两侧沉积长波通膜系和短波通膜系；硫化锌膜层的沉积速率为2.0～3.0nm/s，碲化铅膜层的沉积速率为0.8～1.0nm/s；膜层厚度采用光比例法监控；
(4)基底自然冷却至室温，得到10.3～11.3μm透过长波红外滤光片。
7.根据权利要求6所述的一种10.3～11.3μm透过长波红外滤光片的制备方法，其特征在于：长波通膜系及膜层厚度监控如表3所示，层数为1的膜层为长波通膜系的最外层，层数为39的膜层沉积在基底上，为长波通膜系的最内层；
表3 长波通膜系及膜层厚度监控
8.根据权利要求6所述的一种10.3～11.3μm透过长波红外滤光片的制备方法，其特征在于：短波通膜系及膜层厚度监控如表4所示，层数为1的膜层为短波通膜系的最外层，层数为16的膜层沉积在基底上，为短波通膜系的最内层；
表4 短波通膜系及膜层厚度监控
9.根据权利要求8所述的一种10.3～11.3μm透过长波红外滤光片的制备方法，其特征在于：长波通膜系及膜层厚度监控如表3所示，层数为1的膜层为长波通膜系的最外层，层数为39的膜层沉积在基底上，为长波通膜系的最内层；
表3 长波通膜系及膜层厚度监控
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