專利名稱:用于氣體分析器的多層膜干涉濾波器的制作方法
本發(fā)明涉及用于氣體分析器，特別是氨(NH3)、乙烯(C2H2)等氣體分析器的多層膜干涉濾波器。
氨氣和乙烯有如圖1(a)和1(b)所示的光譜測定特性。它們二者都有2到3μm附近的吸收帶，但它們的這些吸收帶同水的吸收帶重疊，所以，通常用大約8到13μm的吸收帶測定氨氣和乙烯，相應(yīng)地，多層膜干涉濾波器必須是截取波長在8μm附近的長波可穿透濾波器?？墒?，8μm比較長，所以這樣的濾波器的膜層組的數(shù)目要比截取波長約為6μm或比6μm小的濾波器大，并且濾波器的厚度也隨之增加。濾波器厚度的增長可能導(dǎo)致物理強(qiáng)度和耐久力減小，從而引起缺陷。
在用真空蒸發(fā)的BaF2制成的基片上，用交替涂上做為高折射材料的Te(碲)和做為低折射材料的TlBr(溴化鉈)的方法，已經(jīng)制成了截取波長在8μm附近的濾波器。因?yàn)檫@個(gè)濾波器在其中使用了Te，具有3.4μm或更小波長的紅外線被Te吸收，所以有膜層組的數(shù)目隨之減小的優(yōu)點(diǎn)。另一方面，由于膜是一種軟涂層，所以出現(xiàn)了因老化而使濾波器變質(zhì)，或因與其它東西輕觸導(dǎo)致偏移而使濾波器損壞等缺陷。
本發(fā)明的一個(gè)目的是通過選取具有高折射率的適當(dāng)材料和具有低折射率的合適材料，提供多層膜干涉濾波器。這種濾波器沒有先有技術(shù)的缺點(diǎn)，并且在強(qiáng)度和耐久力上是優(yōu)越的。
為了達(dá)到上述目的，此項(xiàng)發(fā)明的特征在于截取在8μm波長附近的濾波器是由多層膜組成的，其中做為高折射率材料的鍺層和做為低折射率材料的硫化鋅層被用在由紅外線可穿透材料制成的基片上。
一般的濾波器維持不了一天，而依據(jù)此項(xiàng)發(fā)明的濾波器甚至在三個(gè)月之后也不產(chǎn)生脫落。這個(gè)令人滿意的結(jié)果是通過一種脫落實(shí)驗(yàn)得到的，在這種實(shí)驗(yàn)中，依據(jù)此項(xiàng)發(fā)明的濾波器和傳統(tǒng)的濾波器(具有在開頭描述的那樣的結(jié)構(gòu))被浸入鹽水溶液(7g/l)中。上述的原因在于依據(jù)此項(xiàng)發(fā)明的濾波器是由Ge和ZnS的多層膜組成的。這就是說，由于使用了Ge和ZnS，膜是硬涂層，所以強(qiáng)度和耐久性得到了改進(jìn)，從而在上述脫落實(shí)驗(yàn)中得到了這樣令人滿意的結(jié)果。因此，此項(xiàng)發(fā)明能夠提供適合在惡劣條件下使用的氣體分析器的濾波器。
圖1(a)顯示了NH3光譜測定特性。
圖1(b)顯示了C2H2光譜測定特性。
圖2顯示了一套依據(jù)此項(xiàng)發(fā)明的濾波器的一個(gè)實(shí)施方案;
圖3顯示了由FZ方法制成的Si基片和由CZ方法制成的Si基片的光譜測定特性。
圖4是顯示了依據(jù)此項(xiàng)發(fā)明的濾波器的一個(gè)實(shí)施方案的光譜測定特性圖。
參見圖2，所示的是此項(xiàng)發(fā)明的一種實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)。其中(1)表示由紅外線可穿透材料制成的基片，(2)表示在所述基片(1)上制成并由高折射率材料(H)和低折射材料(L)構(gòu)成的多層膜。在此項(xiàng)發(fā)明中，如上所述，用鍺(Ge)做為高折射率材料(H)而用硫化鋅(ZnS)做為低折射率材料(L)。
最好用硅(Si)基片制做基片(1)，尤其希望采用具有高電阻率并用Fz(beoatinj zone)方法，也就是飄浮帶法制成的Si-基片。上述理由在于Si-基片在價(jià)格和光譜測定特性上優(yōu)于其它材料制成的基片。另外，所以特別需要用FZ方法制成的硅基片，其理由在于吸收帶在9μm附近的Si-基片與用CZ方法(Czochralski方法)制成的Si-基片相差不大，如圖3所示。
所述多層膜(2)有如下結(jié)構(gòu)，以便在8μm附近的波長處截取。這就是說，在作為基片(1)的一個(gè)側(cè)面的切割面上，制作出具有這種結(jié)構(gòu)的多層膜，其中分別具有6.5μm和4.5μm中心波長的兩膜層組互相疊置，并在作為基片(1)的另一個(gè)側(cè)面的短切面(Short-cutplane)上，制作出具下這樣結(jié)構(gòu)的多層膜，在該多層膜中，中心波長為1.5μm，2.1μm，2.8μm，3.8μm的四膜層組互相疊置。
因?yàn)榫哂?.5μm波長或更短波長的射線，也就是說近紅外線和可見光，被作為高折射率材料(H)的Ge吸收，所以這組層膜不用于那些射線。所述多層膜是具有這樣的結(jié)構(gòu)，在其中中心波長分別為6.5μm和4.5μm的兩組層膜互相疊置，該多層膜包含41層膜層，而這41層膜是由從基片(1)開始以奇數(shù)順序設(shè)置的低折射率材料(L)，和從基片(1)起以偶數(shù)順序設(shè)置的高折射率(H)材料構(gòu)成的。所述低折射率材料(L)和所述高折射率材料(H)被交替放置。
具有上述結(jié)構(gòu)的多層膜干涉濾波器，是通過采用真空蒸發(fā)表涂覆，在基片的一邊交替制作出高折射率材料(H)和低折射率材料(L)，然后再在基片的另一邊進(jìn)行這樣的制作而做成的。
在這些制作過程中要進(jìn)行必要的觀測，以使涂層的厚度達(dá)到由各組膜層的中心波長確定的指定值。
這樣制成的多層膜干涉濾波器的光譜測定特性如圖4所示。另外，按濾波器的制造工藝，如果給定了截取波長，就可以推斷出膜層組的中心波長的無數(shù)種組合，和生產(chǎn)出具有這樣特性的濾波器所需要的層數(shù)。相應(yīng)地，上述實(shí)施方案中的膜層數(shù)目和中心波長只是為了說明的目的而選取的。
進(jìn)一步地，按照濾波器的制造工藝，雖然載取波長被設(shè)定在8μm，但由于制作誤差，截取波長分布在7μm到9μm之間，通常是7.5到8.5μm，相應(yīng)地，此項(xiàng)發(fā)明包括截取波長在7到9μm范圍內(nèi)的濾波器。這就是在權(quán)利要求
中使用“在8μm附近”的表達(dá)方式的理由。
權(quán)利要求
1.用于氣體分析器的截取波長在8μm附近的多層膜干涉濾波器，其特點(diǎn)在于，它由多層膜組成，其中作為高折射率材料的鍺和作為低折射率材料的硫化鋅被用在由紅外線可穿透材料制作的基片上。
2.如權(quán)利要求
1所述的多層膜干涉濾波器，其特征在于由紅外線可穿透材料制作的基片是硅基片。
3.如權(quán)利要求
2多層膜干涉濾波器，其特征在于所說的硅基片是用漂浮帶法制成的。
專利摘要
本發(fā)明涉及用于氨氣、乙烯等氣體分析器的多層膜干涉濾波器，其目的是要在物理強(qiáng)度和耐久性上對之進(jìn)行改進(jìn)。在由紅外線可穿透材料制作的基片上，制作出了一種多層膜。在這種多層膜中鍺被用作高折射率材料，而硫化鋅被用作低折射率材料。
文檔編號G01N21/35GK85106181SQ85106181
公開日1987年3月4日 申請日期1985年8月16日
發(fā)明者石田正彥 申請人:株式會社堀場制作所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan