專利名稱：5.25微米波長(zhǎng)的中波紅外窄帶濾光片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利涉及一種窄帶濾光片光學(xué)元件，具體涉及一種中心波長(zhǎng)為5. 25微米的窄 帶紅外濾光片，它專用于紅外氣體分析儀器。
背景技術(shù)：
一氧化氮紅外光學(xué)分析儀器應(yīng)用廣泛，檢測(cè)氣體含量具有實(shí)時(shí)、連續(xù)和可靠的特 點(diǎn)。但目標(biāo)氣體中通常一氧化氮含量低，紅外特征吸收峰較弱，測(cè)量困難。因此，目前國(guó)內(nèi) 外較多采用化學(xué)法和薄膜熱敏探測(cè)法，存在探測(cè)器壽命短或成本高等問題。作為一氧化氮 紅外分析儀器的核心部件，新型5. 25微米波長(zhǎng)窄帶紅外濾光片可增加濾光片對(duì)一氧化氮 的分辨能力，提高一氧化氮紅外光學(xué)分析儀器探測(cè)精度。本專利通過設(shè)計(jì)、試驗(yàn)，針對(duì)一氧化氮紅外吸收光譜，研制出一種中心波長(zhǎng)為 5. 250微米紅外窄帶濾光片，它以三氧化二鋁晶體為基底，硒化鋅及碲化鉛為膜層材料，采 用真空薄膜沉積方法制備。膜系結(jié)構(gòu)為多半波、高級(jí)次間隔層及高截止深度截次峰膜系，具 有良好的抑制其他氣體干擾性能(截止區(qū)域Tmax < 0. 05% )。產(chǎn)品光學(xué)性能及膜層的物理 強(qiáng)度滿足實(shí)際使用要求，適合于環(huán)保及化工等領(lǐng)域微量一氧化氮?dú)怏w分析儀器使用。理論設(shè)計(jì)濾光片波形系數(shù)為1.50，濾光片帶寬0. 14微米，透過率80%，中心波長(zhǎng) 定位5. 250微米。本專利5. 25微米波長(zhǎng)窄帶紅外濾光片除主峰通帶外，全光譜區(qū)域全截止， 能有效提高分析儀器對(duì)一氧化氮?dú)怏w的分辨率。

發(fā)明內(nèi)容
本專利的目的是提供一種中心波長(zhǎng)為5. 25微米波長(zhǎng)窄帶紅外濾光片。本專利通 過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)1、用直徑為12毫米、厚度為0. 5毫米三氧化二鋁晶體作基板2，其表面光圈N < 3， 局部光圈ΔΝ< 0.4，上下兩表面間不平行度θ < Γ，表面光潔度B = III ；2、鍍膜材料選擇硒化鋅和碲化鉛，在基板的正面及反面上分別蒸鍍多層干涉薄膜。3、正面膜系1采用Ns IH2L (2LHLHLH2L) 22LH (LHL)51 No ；反面膜系3:Ns I L
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6HL | No ；膜系中的符號(hào)含義分別為Ns表示基板2，No表示空氣，L表示厚度為λ 0/4硒化 鋅膜層，H表示厚度為λ 0/4碲化鉛膜層，中心波長(zhǎng)λ ^ = 5. 250微米，H、L前的0. 5以及膜 堆前的0. 412,0. 583數(shù)字為膜層的厚度系數(shù)，膜堆上的指數(shù)為膜堆鍍膜的周期數(shù)。本專利有如下有益的效果1.濾光片達(dá)到優(yōu)良的技術(shù)指標(biāo)，具有中心波長(zhǎng)為5. 250微米的窄帶透過光譜，透 射帶的上升沿和下降沿陡峭，波形矩形度好，截止區(qū)域內(nèi)截止深度小于0. 05%。采用這一特定的濾光片可以起到限制光譜范圍，抑制背景干擾，減少其它氣體干擾，提高目標(biāo)氣體的分辨率。2.本專利濾光片工藝簡(jiǎn)單，已形成批量生產(chǎn)，濾光片性能穩(wěn)定，滿足高精度一氧化 氮紅外氣體分析儀器的性能要求。3.針對(duì)一氧化氮特征吸收光譜微弱，通過測(cè)量采樣氣體對(duì)5. 250微米處一定寬度 紅外光譜的衰減數(shù)值。配合分析儀器，最低可測(cè)量6. 7mg/m3 一氧化碳?xì)怏w的含量，適用于 環(huán)保及化工等領(lǐng)域紅外氣體分析儀器使用。


圖1為5. 25微米波長(zhǎng)窄帶紅外濾光片正面及反面膜層排列示意圖，其中1為正面 膜系，2為基板，3為反面膜系。圖2為本專利產(chǎn)品光譜透過率與波長(zhǎng)關(guān)系的實(shí)例曲線。
具體實(shí)施例方式由于本專利濾光片采用結(jié)構(gòu)為多半波、間隔層高級(jí)次膜系，提高了通帶矩形度，壓 窄通帶寬度以增加對(duì)一氧化氮?dú)怏w分辨率。選用高折射率窄禁帶碲化鉛材料，利用其本征 吸收特性截除小于4. 0微米的次峰，并增加截止深度。選用厚度為0. 5毫米，表面拋光的三 氧化二鋁晶體作基板，截除濾光片7. 7微米后次峰。正面膜層及反面層分別通過真空鍍膜實(shí)現(xiàn)，將硒化鋅和碲化鉛膜料交替蒸鍍?cè)诨?片的二個(gè)面上(附圖1)。為了有效獲取一氧化氮?dú)怏w濃度參數(shù)，濾光片中心波長(zhǎng)的定位精度要求小于 0. 2 %，采用反射率監(jiān)控精度高于0. 1 %的紅外自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行膜厚監(jiān)控。采用反射式奇級(jí)次間接直控光電法，層與層具有良好的補(bǔ)償效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)制備5. 250 微米波長(zhǎng)窄帶紅外濾光片。采用PrkinElmer Spectrum GX型傅立葉變換光譜儀測(cè)試，本濾光片最終性能結(jié)果 如下(曲線見圖2)1.中心波長(zhǎng)λ Q = 5. 250微米。2.半寬度 Δ λ Q 5 = 0. 14 微米。3.波形系數(shù) Δ λαι/Δ λα5 = 1.5。4.峰值透過率T = 82%。5.短波、長(zhǎng)波非工作波段區(qū)域次峰全部截止，Tc < 0. 05%。
權(quán)利要求
一種中心波長(zhǎng)為5.25微米的中波紅外窄帶濾光片，它由正面膜系(1)、基板(2)和反面膜系(3)組成，其特征在于所述的基板(2)采用厚度為0.5毫米三氧化二鋁晶體，其表面平面度為光圈N＜3，局部光圈ΔN＜0.4，表面光潔度B＝III，上下兩表面間不平行度θ＜1’；所述的正面膜系(1)為Ns|H2L(2LHLHLH2L)22LH(LHL)5|No所述的反面膜系(3)為Ns|L
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6HL|No；膜系中Ns表示基板(2)，No表示空氣，L表示厚度為λ0/4硒化鋅膜層，H表示厚度為λ0/4碲化鉛膜層，中心波長(zhǎng)λ0＝5.250微米，H、L前的0.5以及膜堆前的0.412和0.583數(shù)字為膜層的厚度系數(shù)，膜堆上的指數(shù)為膜堆鍍膜的周期數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種5.25微米中波紅外窄帶濾光片，它以三氧化二鋁晶體為基底，硒化鋅及碲化鉛為膜層材料，采用真空薄膜沉積方法制備。主膜系采用多半波、高級(jí)次間隔層膜系結(jié)構(gòu)，配合高截止深度截次峰膜系，具有良好的抑制其他氣體干擾效果。該濾光片是紅外一氧化氮紅外分析儀器的關(guān)鍵部件，適用于批量生產(chǎn)。產(chǎn)品光學(xué)性能及膜層的物理強(qiáng)度滿足實(shí)際使用要求，適合于環(huán)保及石化等領(lǐng)域微量一氧化氮?dú)怏w分析儀器使用。
文檔編號(hào)G02B5/28GK101986174SQ201010565019
公開日2011年3月16日 申請(qǐng)日期2010年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月26日
發(fā)明者倪榕, 張麟, 黃春 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所