[發(fā)明專利]一種具有中波紅外截止功能的遠紅外光學薄膜窗口

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710563610.6
• 申請日: 2017-07-12
• 公開（公告）號: CN107153231B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發(fā)明（設計）人: 羅海瀚;劉定權;高艷卿;蔡清元;孔園園
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G02B5/20
• 分類號: G02B5/20
• 代理公司: 上海滬慧律師事務所 31311
• 代理人: 李秀蘭

本發(fā)明公開了一種具有中波紅外截止功能的遠紅外光學薄膜窗口，該光學薄膜窗口以碲化鉛(PbTe)和碘化銫(CsI)為高低折射率薄膜材料，在1?2×10^?3Pa真空環(huán)境、180±2℃沉積溫度下，采用阻蒸熱蒸發(fā)沉積方法在CVD金剛石基底兩側分別沉積多層膜而成；該遠紅外光學薄膜窗口能夠實現(xiàn)對中波紅外5微米前的光波截止，截止后其平均透過率低于0.5％，對5?50微米波段的光增透，平均透過率大于76.8％。本發(fā)明專利的遠紅外波段光學薄膜窗口可應用于深空探測、遠紅外目標識別和地球輻射探測等領域。

技術領域

本發(fā)明涉及遠紅外波段光學薄膜技術，具體指一種具有中波紅外截止功能的遠紅外光學薄膜窗口，通過在CVD金剛石上鍍制多層膜，實現(xiàn)對遠紅外波段5-50微米透射和中波紅外5微米前波段的截止。

技術背景

紅外光學薄膜濾光片作為紅外遙感技術的基礎關鍵元器件之一，對紅外遙感的性能有著直接的影響。紅外光學薄膜濾光片的發(fā)展，直接影響著紅外技術在軍事和民用領域應用的發(fā)展。現(xiàn)在主流的紅外光學薄膜濾光片主要集中在25微米之前的波段進行研究；對于25微米之后的紅外波段，由于光學薄膜材料的限制，相關光學薄膜方向的研究甚少。隨著紅外光學的發(fā)展，在地球輻射收支等應用領域對波長至遠紅外50微米的探測提出了新的要求。

地球輻射收支是指地球大氣系統(tǒng)從太陽接收紫外、可見和近紅外電磁輻射和地球大氣系統(tǒng)向外層空間放射紅外輻射的輻射交換過程，地球輻射收支(ERB)的探測是空間遙感探測的有機組成部分，作為全球氣候觀測系統(tǒng)中一個重要的氣候變量，地球輻射收支測量可以用于驗證氣候模式輸出，確定數(shù)值預報模式中的云參數(shù)化方案，以及分析痕量氣體、氣溶膠和云對于氣候變化的影響。

地球輻射收支光譜范圍從0.2微米至100微米以上。主要分為0.2-5微米的短波通道和5-50微米的長波通道。針對短波通道的光學薄膜研究已經(jīng)很普及。而對于長波通道，目前主要集中在8-12微米的研究。而25-50微米波段區(qū)間的探測，并無專門研究，只在全波段探測中涉及。這對于長波通道的研究和分析都帶來極大的困難。

在遠紅外窗口方向的研究方向，國內有的采用聚乙烯、塑料等有機物作為15-50μm波段的紅外探測器的窗口材料，這些材料具有耐機械沖擊能力，但是在15μm之前不能對光譜進行響應，并且塑料高分子成分在航天上的應用也有其欠缺性。

對長波紅外光學薄膜窗口進行研究，通過寬光譜的紅外高精度觀測，去除5微米之前的太陽輻射的影響，可提高長波通道的探測精度。該研究對于地球輻射探測、深空探測等遠紅外探測具有重要意義。

發(fā)明內容

本發(fā)明提出設計了一種具有中波紅外截止功能的遠紅外光學薄膜窗口，該光學薄膜窗口元件實現(xiàn)對中波波長5μm波段前的截止，5-50μm波段增透。本發(fā)明具有中波紅外截止功能的遠紅外光學薄膜窗口性能穩(wěn)定，適合于地球輻射探測的長波窗口、深空探測等領域的應用。

本發(fā)明的技術方案是：在CVD金剛石基底兩面分別沉積正面截止膜系和背面截止膜系。

本發(fā)明的濾光片由正面截止膜系1、基片2和背面截止膜系3組成，在基底的一面沉積正面截止膜系1，在基底的另一面沉積背面截止膜系3。

正面截止膜系1的膜系結構為：

基底/0.22H 0.78L 0.43H 0.99L 0.47H 1.10L 0.47H 1.20L 0.45H 1.25L0.35H 1.57L 0.15H 5.13L/空氣

其中，H表示一個λ₀/4光學厚度的PbTe膜層，L表示一個λ₀/4光學厚度的CsI膜層，λ₀為中心波長，為4微米，H、L前的數(shù)字為λ₀/4光學厚度比例系數(shù)乘數(shù)；

背面截止膜系3的膜系結構為：