本發(fā)明涉及一種紅外濾光片生產(chǎn)技術(shù)，具體涉及一種六氟化硫氣體檢測(cè)用紅外濾光片及其制備方法。

背景技術(shù)：

紅外氣體濃度探測(cè)原理是根據(jù)氣體紅外特征吸收峰測(cè)定氣體濃度，因此選擇特定波長(zhǎng)的紅外氣體分析濾光片是紅外氣體分析儀的關(guān)鍵部件。光源發(fā)出的光經(jīng)過濾光片后，得到一定帶寬的準(zhǔn)單色光(帶寬越窄單色度越好)，該光通過氣體樣品池被氣體吸收后，由檢測(cè)器檢測(cè)出射光強(qiáng)，從而推算出氣體的濃度。一些制冷業(yè)、電氣業(yè)、采礦業(yè)設(shè)備中的SF₆氣體泄漏，一方面會(huì)引起設(shè)備內(nèi)部絕緣性能的下降，給電力設(shè)備的安全運(yùn)行帶來安全隱患；另一方面SF₆作為一種強(qiáng)溫室效應(yīng)氣體會(huì)對(duì)大氣環(huán)境造成嚴(yán)重的污染且對(duì)人的身體有毒害作用。同時(shí)，由于SF₆氣體無色無味和設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很難快速準(zhǔn)確地定位漏氣部位。

光學(xué)成像法是近年來SF₆氣體泄漏檢測(cè)的一項(xiàng)新技術(shù)，比較成熟的方法有激光成像法和紅外成像法，兩者都是利用SF₆氣體的紅外吸收特性使泄漏氣體在視域內(nèi)清晰可見，能在設(shè)備帶電的情況下進(jìn)行檢測(cè)。相比之下，紅外成像法光學(xué)通量高，儀器輕便，更適合于現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)快速檢測(cè)。

但是，就目前用于測(cè)量SF₆氣體的10560nm帶通紅外濾光片，其通帶較寬，截止波段不夠?qū)挘逯低干渎瘦^低，所以測(cè)量準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性以及抗干擾的能力還有待提升，靈敏度差，不能滿足市場(chǎng)發(fā)展的需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種峰值透過率高，能極大的提高信噪比，有效檢測(cè)六氟化硫氣體的10560nm帶通紅外濾光片及其制作方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的一種六氟化硫氣體檢測(cè)用紅外濾光片，其特征是：

(1)采用單晶Si作基板；硅雙面拋光，厚度300±10μm，晶向<100>。

(2)鍍膜材料選擇硫化鋅ZnS和鍺Ge，在基板兩個(gè)表面上分別沉積主膜系面薄膜和干涉截止膜系面薄膜。

(3)主膜系面薄膜結(jié)構(gòu)采用Sub/(HL)6H(LH)L(HL)4H(LH)L(HL)6H(LH)L/Air。

(4)干涉截止膜系面薄膜采用：Sub/0.265(0.5HL0.5H)⁶ 0.378(0.5HL0.5H)⁶0.53(0.5HL0.5H)⁶ 0.738(0.5HL0.5H)⁶/Air。

膜系中符號(hào)含義分別為：Sub為基板，Air為空氣，H和L分別代表膜層Ge(高折射率材料層)和膜層ZnS(低折射率材料層)的一個(gè)1/4波長(zhǎng)光學(xué)厚度，中心波長(zhǎng)λ＝10560nm，1H＝(4n_H d)/λ；1L＝(4n_L d)/λ，結(jié)構(gòu)式中數(shù)字為膜層的厚度系數(shù)、結(jié)構(gòu)式中的指數(shù)是膜堆鍍膜的周期數(shù)。

上述的一種六氟化硫氣體檢測(cè)用紅外濾光片的制備方法，以單晶硅Si為基板，硫化鋅ZnS和鍺Ge為鍍膜材料，采用真空熱蒸發(fā)薄膜沉積的方法制備鍍膜層，Ge選用電子束蒸鍍，沉積速率為ZnS選用多孔鉬舟電熱蒸鍍，沉積速率為開始蒸鍍真空度為1.0×10^-3Pa，沉積溫度為130℃。

上述的一種六氟化硫氣體檢測(cè)用紅外濾光片的制備方法，采用光學(xué)監(jiān)控法控制膜層厚度，并輔以石英晶控控制沉積速率。

上述制備得到的10560nm帶通紅外濾光片，主膜系采用多腔窄帶膜系結(jié)構(gòu)，配合高截止深度的干涉截止膜系，中心波長(zhǎng)為10560nm，10420nm～10700nm波段平均透過率為91.86％，半高寬為370nm；除中心波長(zhǎng)10560nm帶寬370nm的通帶外，從1000～13000nm范圍內(nèi)的其余光譜全部截止，1000～10250nm平均透射率為0.27％，10870～13000平均透射率為0.4％，能極大的提高信噪比，可以很好的抑制其他氣體的干擾，產(chǎn)品光學(xué)性能和物理強(qiáng)度能很好的滿足實(shí)際使用要求，廣泛應(yīng)用于六氟化硫氣體紅外探測(cè)儀器，提高儀器探測(cè)精度和效能，可以做到更快速、更精確的確認(rèn)泄漏點(diǎn)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、濾光片與傳統(tǒng)技術(shù)方法相比，具有中心波長(zhǎng)為10560nm的窄帶透過光譜，透射帶的上升沿和下降沿陡峭，波形矩形度好，峰值透過率>90％、截止區(qū)域內(nèi)截止深度<0.4％，因此10560nm的有效工作波段可以盡可能大的透過，而其余無效波段的背景干擾信號(hào)則極大的減小，因而可取得優(yōu)異的信噪比，提高儀器的測(cè)試靈敏度和精度。

2、本發(fā)明制備的濾光片工藝簡(jiǎn)單，已能形成批量生產(chǎn)，性能穩(wěn)定，滿足高精度六氟化硫氣體紅外探測(cè)儀器的性能要求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述六氟化硫氣體檢測(cè)用紅外濾光片的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：基底1為單晶Si，膜層材料2為Ge，膜層材料3為ZnS。

圖2是濾光片最終性能實(shí)測(cè)曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1：

如圖1所示，本實(shí)施例提供的一種六氟化硫氣體檢測(cè)用紅外濾光片是：

(1)采用尺寸為Φ50.8×0.3mm的單晶Si作基板；硅雙面拋光，厚度300±10μm，晶向<100>。

(2)鍍膜材料選擇硫化鋅ZnS和單晶鍺Ge，在基板兩個(gè)表面上分別沉積主膜系面薄膜A和干涉截止膜系面薄膜B。

(3)主膜A系面薄膜采用：Sub/(HL)6H(LH)L(HL)4H(LH)L(HL)6H(LH)L/Air。

(4)干射膜系B面薄膜采用：Sub/0.265(0.5HL0.5H)⁶ 0.378(0.5HL0.5H)⁶ 0.53(0.5HL0.5H)⁶ 0.738(0.5HL0.5H)⁶/Air。

膜系中符號(hào)含義分別為：Sub為基板，Air為空氣，H和L分別代表膜層2(Ge)(高折射率材料層)和膜層3(ZnS)(低折射率材料層)的一個(gè)1/4波長(zhǎng)光學(xué)厚度，中心波長(zhǎng)λ＝10560nm，1H＝(4n_H d)/λ；1L＝(4n_L d)/λ，結(jié)構(gòu)式中數(shù)字為膜層的厚度系數(shù)、結(jié)構(gòu)式中的指數(shù)是膜堆鍍膜的周期數(shù)。

本實(shí)施例提供的一種六氟化硫氣體檢測(cè)用紅外濾光片的制備方法，以單晶硅Si為基板，硫化鋅ZnS和鍺Ge為鍍膜材料，采用真空熱蒸發(fā)薄膜沉積的方法制備鍍膜層，Ge選用電子束蒸鍍，沉積速率為ZnS選用多孔鉬舟電熱蒸鍍，沉積速率為開始蒸鍍真空度為1.0×10^-3Pa，沉積溫度為130℃。

由于具體如何蒸發(fā)采用電子槍蒸發(fā)和采用阻蒸熱蒸發(fā)鍍膜是本領(lǐng)域技術(shù)人員所掌握的常規(guī)技術(shù)，在此不作詳細(xì)描述。

本實(shí)施例提供的一種本專利濾光片采用一面鍍多腔窄帶膜系，提高有效工作波段的透過率和波形矩形度，一次改善有效信號(hào)強(qiáng)度；另一面鍍高截止深度的干涉截止膜系，到達(dá)1000～13000nm的范圍內(nèi)除通帶外的所有無效次峰。

本實(shí)施例提供的六氟化硫氣體檢測(cè)用紅外濾光片，其中心波長(zhǎng)定位精度在1％以內(nèi)，對(duì)膜系采用光學(xué)監(jiān)控法控制膜層厚度，并輔以石英晶控控制沉積速率。

采用德國(guó)Bruker公司VERTEX 70型傅里葉紅外光譜儀對(duì)所制備的濾光片進(jìn)行測(cè)試。本濾光片最終性能結(jié)構(gòu)如圖2的濾光片最終性能實(shí)測(cè)曲線圖：

1.中心波長(zhǎng)λ＝10560nm；

2.帶寬Δλ＝370nm；

3.波形系數(shù)Δλ10％/Δλ50％＝1.397；

4.峰值透過率Tp＝91.86％；

除通帶外1000～13000nm T_avg≤0.4％。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變換，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。