一種以藍(lán)寶石為基底的可見(jiàn)光近紅外波段狹縫保護(hù)片的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種以藍(lán)寶石為基底的可見(jiàn)光近紅外波段狹縫保護(hù)片，該保護(hù)片以Ta2O5和SiO2為高低折射率材料，入射面采用負(fù)濾光片加多層分光膜的膜系設(shè)計(jì)方法輔以等效匹配層，獲得滿(mǎn)足要求的設(shè)計(jì)結(jié)果；背面設(shè)計(jì)了寬光譜減反射膜，以消除因剩余反射而引起的鬼像。VNIR狹縫保護(hù)片在制備過(guò)程中采用了離子輔助沉積、合適的沉積溫度及沉積速率等特定工藝。該VNIR狹縫保護(hù)片能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)480?700nm波段的中性分光，同時(shí)對(duì)400?440nm、800?1100nm的寬光譜波段實(shí)現(xiàn)高透射。本發(fā)明VNIR狹縫保護(hù)片性能穩(wěn)定，適合于高光譜相機(jī)VNIR波段的光譜選擇與能量控制使用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
-種從藍(lán)寶石為基底的可見(jiàn)光近紅外波段狹縫保護(hù)片
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及光學(xué)薄膜技術(shù)，具體指一種W藍(lán)寶石晶體為基底的可見(jiàn)近紅外(VNIR) 狹縫保護(hù)片，通過(guò)在藍(lán)寶石基底入射面上制備光譜選擇與能量調(diào)控多層膜、基底背面制備 寬光譜減反射膜，實(shí)現(xiàn)對(duì)480-700nm波段的中性分光，同時(shí)對(duì)400-440nm、800-l IOOnm的寬光 譜波段實(shí)現(xiàn)高透。 技術(shù)背景
[0002] 可見(jiàn)短波紅外高光譜相機(jī)由于其較小的F數(shù)而采用了基于高效率凸面光柵改進(jìn)型 的OFF肥R系統(tǒng)，突破了雙狹縫、大面視場(chǎng)和平場(chǎng)度光譜儀的關(guān)鍵技術(shù)。由于狹縫長(zhǎng)度達(dá)到了 60mm，而狹縫寬度僅為30WH，在裝校過(guò)程中狹縫潔凈度的保護(hù)是一個(gè)難點(diǎn)，同時(shí)由于光柵衍 射效應(yīng)而引起的光學(xué)效率不均衡也需要進(jìn)行調(diào)整，因此通過(guò)設(shè)計(jì)一種VNIR狹縫保護(hù)片，使 之既能對(duì)狹縫進(jìn)行潔凈度保護(hù)，又能進(jìn)行光譜和能量的調(diào)控?？紤]到狹縫保護(hù)片形變等對(duì) 光譜儀的影響，W及狹縫保護(hù)片本身的可靠性等方面，設(shè)計(jì)上采用藍(lán)寶石作為基底材料，膜 層材料選用在工作波段(尤其是400-440nm)吸收較小的化2〇5作為高折射率材料。該狹縫保 護(hù)片對(duì)于高光譜分辨率光譜儀具有重要意義，而該保護(hù)片的光譜與能量調(diào)控功能對(duì)于其他 航空遙感儀器中的類(lèi)似應(yīng)用具有重要的參考價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種W藍(lán)寶石晶體為基底的可見(jiàn)光近紅外波段(VNIR)狹縫 保護(hù)片，實(shí)現(xiàn)對(duì)480-700nm波段的中性分光，同時(shí)對(duì)400-440nm、800-l IOOnm的寬光譜波段實(shí) 現(xiàn)高透射，W滿(mǎn)足可見(jiàn)短波紅外高光譜相機(jī)OFFNER光柵分光系統(tǒng)中的狹縫清潔保護(hù)W及能 量和光譜調(diào)控需求。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是:在藍(lán)寶石基底入射面上制備光譜選擇與能量調(diào)控多層膜、 基底背面制備寬光譜減反射膜。
[0005] 光譜選擇與能量調(diào)控多層膜在設(shè)計(jì)時(shí)既要考慮中間波段的中性分光，還要考慮兩 端的高透射要求，因此膜系采用負(fù)濾光片加多層分光膜的膜系設(shè)計(jì)方法輔W等效匹配層。 為了展寬帶寬，非對(duì)稱(chēng)等效層理論及交替折射率膜系設(shè)計(jì)方法用來(lái)作為解決方案，最后通 過(guò)軟件優(yōu)化獲得可用的膜系，同時(shí)通過(guò)局部?jī)?yōu)化控制極個(gè)別關(guān)鍵層的厚度，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的光 譜選擇與能量調(diào)控。而背面的寬光譜減反射膜同樣遵循了運(yùn)樣的設(shè)計(jì)原則。
[0006] 根據(jù)W上分析，該VNIR狹縫保護(hù)片的實(shí)現(xiàn)包括W下步驟：
[0007] 1.膜系的結(jié)構(gòu)
[000引光譜選擇與能量調(diào)控多層膜(1)的膜系結(jié)構(gòu)為：
[0009] 基底/3.069H1.805L.293H1.31化（.29：3L.993H.82化)2 2.874H 1.505L/空氣
[0010] 寬光譜減反射膜(3)的膜系結(jié)構(gòu)為：
[0011] 基底/.489H.233L.984H.295L.497H 1.249L/空氣
[001^ 式中各符號(hào)的含義分別為：ns為基底;n日為空氣；L表示光學(xué)厚度為W4的Si02膜 層;H表示光學(xué)厚度為A0/4的化205膜層。Ao為中屯、波長(zhǎng);H、L前的數(shù)字為A0/4光學(xué)厚度比例系 數(shù)乘數(shù);指數(shù)2表示膜堆周期數(shù)。
[0013] 2.膜層制備方法
[0014] 膜層制備是在具有擴(kuò)散累系統(tǒng)的箱式真空鍛膜設(shè)備上進(jìn)行的，H、L均采用電子束 蒸發(fā)沉積，全過(guò)程采用離子束輔助沉積，離子源為MarkII,具體參數(shù)為：陽(yáng)極電壓200~ 230V，陰極電流12~16A。通過(guò)膜層材料試驗(yàn)結(jié)果分析表明：基底溫度控制在250°C時(shí)，膜層 具有很好的牢固度;在該溫度下，電子束蒸發(fā)沉積所得的化2〇5膜層具有更加致密的結(jié)構(gòu)，因 此在400-440nm光譜范圍的吸收也隨之減小。離子束輔助沉積對(duì)于增加膜層致密度，提高膜 層可靠性也具有積極的作用。本發(fā)明的有益效果如下：
[0015] 1.本發(fā)明提供了一種W藍(lán)寶石晶體為基底的可見(jiàn)近紅外(VNIR)狹縫保護(hù)片，是采 用凸面光柵分光的可見(jiàn)短波高光譜相機(jī)光學(xué)系統(tǒng)中必不可少的光學(xué)元件，對(duì)裝校時(shí)的雙狹 縫清潔保護(hù)W及光譜選擇和能量調(diào)控具有重要意義。
[0016] 2.本發(fā)明采用了特定工藝，提高了膜層的致密度，減小了材料的吸收W及光譜漂 移，保證了光譜的準(zhǔn)確定位和能量的精確調(diào)控，W及空間可靠性。
[0017] 3.本發(fā)明的技術(shù)方案合理可行，產(chǎn)品性能穩(wěn)定，可廣泛應(yīng)用于采用光柵分光的高 光譜相機(jī)系統(tǒng)中。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1是VNIR狹縫保護(hù)片的膜層結(jié)構(gòu)示意圖，圖中：
[0019] 1-光譜選擇與能量調(diào)控多層膜；
[0020] 2-藍(lán)寶石基底；
[0021 ] 3-寬光譜減反射膜
[0022] 圖2 VNIR狹縫保護(hù)片光譜實(shí)測(cè)透射率曲線(xiàn)。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 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(shuō)明。
[0024] 本發(fā)明實(shí)施例的具體技術(shù)指標(biāo)要求為：
[0025]
[0026] 基底材料為藍(lán)寶石，備注內(nèi)容為必須達(dá)到的要求。
[0027] 根據(jù)技術(shù)要求，采用在藍(lán)寶石基底入射面上制備光譜選擇與能量調(diào)控多層膜、基 底背面制備寬光譜減反射膜的技術(shù)方案。光譜選擇與能量調(diào)控多層膜在設(shè)計(jì)時(shí)既要考慮中 間波段的中性分光，還要考慮兩端的高透射要求，因此膜系采用負(fù)濾光片加多層分光膜的 膜系設(shè)計(jì)方法輔W等效匹配層。為了展寬帶寬，非對(duì)稱(chēng)等效層理論及交替折射率膜系設(shè)計(jì) 方法用來(lái)作為解決方案，最后通過(guò)軟件優(yōu)化獲得可用的膜系，同時(shí)通過(guò)局部?jī)?yōu)化控制極個(gè) 別關(guān)鍵層的厚度，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的光譜選擇與能量調(diào)控。而背面的寬光譜減反射膜同樣遵循了 運(yùn)樣的設(shè)計(jì)原則。最終膜系為：
[0028] n〇/1.249L.497H.29^.984H.233L.489H/ns/3.069H 1.805L.293H1.316L (.293L.993H.824L)'2 2.874H 1.505L/n〇
[0029] H、L分別為化2〇日和Si〇2，ns為基底，n日為空氣。
[0030] 在本實(shí)施例中，狹縫保護(hù)片的膜系研制是在250°C的沉積溫度下，采用電子束蒸發(fā) 沉積兩種鍛膜材料，全過(guò)程采用離子束輔助沉積。
[0031] 從圖2可W看出，狹縫保護(hù)片的光學(xué)性能達(dá)到了可見(jiàn)近紅外高分相機(jī)的指標(biāo)要求， 能夠滿(mǎn)足凸面光柵分光系統(tǒng)的光譜選擇與能量調(diào)控的使用要求，同時(shí)對(duì)雙狹縫系統(tǒng)的清潔 起到很好的防護(hù)作用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種以藍(lán)寶石為基底的可見(jiàn)光近紅外波段狹縫保護(hù)片，所述的保護(hù)片對(duì)480-700nm 波段的中性分光，同時(shí)對(duì)400-440nm、800-l lOOnm的寬光譜波段實(shí)現(xiàn)高透，它的結(jié)構(gòu)為:在藍(lán) 寶石基底(2)的入射面上有光譜選擇與能量調(diào)控多層膜（1)、在藍(lán)寶石基底(2)的背面有寬 光譜減反射膜(3)，其特征在于： 所述的光譜選擇與能量調(diào)控多層膜(1)的膜系結(jié)構(gòu)為： 基底/3 · 069H1 · 805L. 293H1 · 316L( · 293L· 993H. 824L)22 · 874H 1 · 505L/空氣所述的寬光 譜減反射膜(3)的膜系結(jié)構(gòu)為： 基底 / · 489H · 233L · 984H · 295L · 497H 1 · 249L/空氣 式中：L表不光學(xué)厚度為λ〇/4的Si〇2膜層;Η表不光學(xué)厚度為λ〇/4的Ta2〇5膜層;λ〇為中心 波長(zhǎng);H、L前的數(shù)字為λ〇/4光學(xué)厚度的比例系數(shù)乘數(shù);指數(shù)2表示膜堆周期數(shù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以藍(lán)寶石為基底的可見(jiàn)光近紅外波段狹縫保護(hù)片，其特 征在于:所述的Ta2〇 5膜層和Si02膜層采用離子輔助電子束蒸發(fā)沉積;膜層制備過(guò)程中沉積 溫度控制在250 °C。
【文檔編號(hào)】G02B1/115GK106019426SQ201610538955
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月11日
【發(fā)明人】于天燕, 成效春, 蔣林, 劉定權(quán)
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所