專利名稱：：一種可見/紅外寬光譜分色片的膜系結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及光學(xué)薄膜技術(shù)，具體是指一種可見/紅外寬光譜分色片的膜系結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
：可見/紅外寬光譜分色片是一種能夠把可見近紅外和中遠(yuǎn)紅外光譜能量分開的光學(xué)器件，它在多光譜和寬光譜儀器中有著重要應(yīng)用。目前，可見/紅外寬光譜分色片采用由JohnC.C.Fan所提出的介質(zhì)/金屬/介質(zhì)三層薄膜結(jié)構(gòu)。在0.4pm2iam的可見近紅外波段，根據(jù)誘導(dǎo)透射原理，利用介質(zhì)層降低金屬層的反射，增加入射光波的透射率；在2jim15iiim的中遠(yuǎn)紅外波段，利用金屬高反射的性質(zhì)反射入射光波，從而在寬光譜范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)可見近紅外與中遠(yuǎn)紅外光譜的分離。所有的金屬材料中，Ag的消光系數(shù)與折射率的比值最大，在可見光區(qū)的吸收最小，且偏振效應(yīng)最小。所以，通常選擇Ag膜作為寬光譜分色片中的金屬層。寬光譜分色片的使用波段覆蓋了從0.4pm到15pm的波長范圍，因此要求在使用波段內(nèi)材料有低的吸收。ZnS薄膜從可見到紅外都有低的吸收，并且性能穩(wěn)定，致密度較高，是寬光譜分色片中常用的介質(zhì)材料。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，多光譜儀器的空間分辨率和光譜分辨率越來越高。例如在超高光譜儀器中，0.414pm的光譜范圍內(nèi)，光譜通道數(shù)多達(dá)100010000個(gè)。這些新的發(fā)展對(duì)可見/紅外寬光譜分色片的通帶寬度提出了更高的要求。目前，對(duì)于介質(zhì)/金屬/介質(zhì)三層薄膜結(jié)構(gòu)的可見/紅外寬光譜分色片的通帶寬度，通常根據(jù)誘導(dǎo)透射理論，采用減小Ag層的厚度的方法展寬寬光譜分色片的帶寬。但是，隨著Ag層厚度的減小，紅外波段的反射率降低，并且可見近紅外波段的吸收增大，導(dǎo)致分色片的性能下降。因此，這種方法具有一定的局限性。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種可見/紅外寬光譜分色片的膜系結(jié)構(gòu)來解決在保證紅外反射率不變前提下展寬通帶寬度的技術(shù)問題。本發(fā)明可見/紅外寬光譜分色片的膜系結(jié)構(gòu)如圖1所示，它由4層膜層組成，分色片的襯底1通常選擇JGS—1石英玻璃或K9玻璃，厚度根據(jù)要求確定，一般要在lmm10mm之間；第一層膜2和第三層膜4為高折射率介質(zhì)層，要求在0.4^im15pm內(nèi)有低吸收，通常選擇ZnS材料；第二層膜3為金屬層，要求在使用波段范圍內(nèi)消光系數(shù)與折射率的比值盡可能大，通常選擇金屬Ag材料；第四層膜5為低折射率層，要求在0.4pm15^im內(nèi)有低吸收和低折射率，材料通常選擇氟化物，例如YF"Na3AlF6，YbFs等。在確定膜系結(jié)構(gòu)的具體參數(shù)時(shí)，首先要考慮滿足中遠(yuǎn)紅外反射率的要求。因?yàn)?pm15(^m的中遠(yuǎn)紅外波段的反射率只有依靠Ag膜反射這一個(gè)方法，沒有其它手段對(duì)反射率進(jìn)行調(diào)節(jié)。Ag膜在中遠(yuǎn)紅外反射率會(huì)隨其厚度降低而減小。所以設(shè)計(jì)寬光譜分色片時(shí)必須先確定Ag膜的最小厚度，以保證中遠(yuǎn)紅外有足夠高的反射來滿足指標(biāo)要求。對(duì)于通帶的寬度，由于Ag層的厚度已經(jīng)確定，所以不可能通過減薄Ag層的方法加以展寬。根據(jù)誘導(dǎo)透射原理，膜系的實(shí)際透射率和前置膜堆有關(guān)。合理的設(shè)計(jì)前置膜堆可以減小膜系的反射率，增加膜系的透射率。因此，可以利用配置前置膜堆的方法增加通帶的寬度。但是，前置膜堆的總厚度不宜過厚，否則材料的吸收會(huì)降低膜系在紅外波段的反射率。經(jīng)過計(jì)算，利用一層低折射率材料作為最外層就可以增大通帶兩側(cè)的透射率，從而增加了通帶寬度。根據(jù)以上分析，總結(jié)出膜系結(jié)構(gòu)的一般設(shè)計(jì)方法1.根據(jù)分色片技術(shù)指標(biāo)中的中遠(yuǎn)紅外的反射率確定第二層膜3所需Ag層厚度。2.根據(jù)分色片技術(shù)指標(biāo)所要求的通帶位置確定第一層膜2和第二層膜4的ZnS層的厚度。3.如果帶寬過窄，不滿足要求，可以調(diào)節(jié)氟化物低折射率層的厚度增加通帶的寬度。其厚度可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇一個(gè)初始值，一般可以在30nm130nm范圍內(nèi)選擇。4.將設(shè)計(jì)好的初始膜系輸入計(jì)算機(jī),利用光學(xué)薄膜軟件(例如FilmWizard)優(yōu)化設(shè)計(jì)。圖1為分色片的膜系結(jié)構(gòu)；圖中1——分色片襯底；2——第一層膜；3——第二層膜；4——第三層膜；5——第四層膜。圖2為增加低折射率層前后的4002500nm透射率曲線；圖中1——增加低折射率層前的透射率曲線；2——增加低折射率層后的透射率曲線。圖3為增加低折射率層前后416pm反射率曲線；圖中3——增加低折射率層前反射率曲線；4——增加低折射率層后反射率曲線。圖4為寬光譜分色片透射率實(shí)測曲線。圖5為寬光譜分色片反射率實(shí)測曲線。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說明本實(shí)施例寬光譜分色片的技術(shù)指標(biāo)為分色片的襯底1的材料為JGS—1石英玻璃，厚度為10mm，45°放置。分色片的光譜指標(biāo)為<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>根據(jù)技術(shù)指標(biāo)，先確定膜系的結(jié)構(gòu)為Glass/30膽ZnS/10nmAg/30nmZnS/Air其計(jì)算的透射率曲線如圖2中曲線1所示，反射率曲線如圖3中曲線3所示。由圖2中曲線1看到，透射率〉70Q/^的波段范圍為430nm900nm，帶寬寬度低于技術(shù)指標(biāo)要求。為了增加分色片通帶的寬度，滿足通帶透射率的要求，在最外層增加一層YF3層作為減反射層，設(shè)定初始厚度為70nm。將初始膜系輸入光學(xué)薄膜軟件FilmWizard進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)算，得到膜系結(jié)構(gòu)為Glass/42nmZnS/10nmAg/42nmZnS/83nmYF3/Air圖2中的曲線2是其計(jì)算的透射率曲線，從曲線2看到，增加了低折射率層以后，透射率〉70X的波段范圍為400nm1050nm，帶寬寬度明顯增大，滿足技術(shù)指標(biāo)要求。圖3中曲線4是計(jì)算的反射率曲線，由圖3中的曲線4看到，反射帶內(nèi)的反射率沒有降低，同樣滿足指標(biāo)要求。通過比較可以看出，增加了低折射率層后，在保證中遠(yuǎn)紅外反射率不變的條件下，增大了通帶帶寬。由圖4和圖5的實(shí)測曲線看出，按照新方法制備的寬光譜分色片滿足技術(shù)指標(biāo)要求。權(quán)利要求1.一種可見/紅外寬光譜分色片的膜系結(jié)構(gòu)，它由介質(zhì)膜和金屬膜組合而成，其特征在于本發(fā)明的膜系結(jié)構(gòu)在介質(zhì)-金屬-介質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上還有一層低折射率膜層即第四膜層(5)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可見/紅外寬光譜分色片的膜系結(jié)構(gòu)，其特征在于所說的第四膜層(5)材料采用YF3、NasAlF6或YbF3氟化物，其膜厚初始值可以在30nm至130nm范圍內(nèi)選擇。全文摘要本發(fā)明公開了一種可見/紅外寬光譜分色片的膜系結(jié)構(gòu)。該膜系結(jié)構(gòu)以介質(zhì)-金屬-介質(zhì)(DMD)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，通過在外側(cè)增加匹配層的方法增加通帶的寬度。首先根據(jù)中遠(yuǎn)紅外的反射率要求選擇Ag層的厚度。再根據(jù)通帶中心的位置選擇兩側(cè)相鄰介質(zhì)層厚度。然后在最外層增加一層低折射率膜層以增加通帶的寬度。最后將初始膜系結(jié)構(gòu)輸入計(jì)算機(jī)，利用膜系設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，找到最為合適的膜系結(jié)構(gòu)。本膜系結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于不用減小Ag層的厚度即可展寬分色片的通帶寬度。文檔編號(hào)G02B1/10GK101226244SQ20081003343公開日2008年7月23日申請(qǐng)日期2008年2月1日優(yōu)先權(quán)日2008年2月1日發(fā)明者劉定權(quán),張鳳山,仍王,培趙申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所