一种中红外波段带通滤光片及其制备、检验方法与流程

本发明涉及一种带通滤光片及其制备、检测方法，尤其涉及一种中红外波段带通滤光片及其制备、检测方法。

背景技术：

1、先进光学系统中，常常需要在光学元器件表面镀制各种功能的薄膜，用来改善未镀膜光学元件光能损失大、工作波段透射率低等问题，以提高光学系统的成像质量、提升光学元件的探测精度。中波红外焦平面探测器则能够获取比长波红外焦平面探测器更加丰富的细节。工作在中波红外波段的带通滤光膜在这一类光学器件中有着重要作用，例如红外制导导弹、工业设备监控技术和红外夜视仪等，带通滤光膜实际上是探测器中可以起到分光作用的一部分，在红外探测器的研发中，一个很重要的因素就是对于吸收波段的合理运用。合适的带通滤光膜不仅能够滤去杂散光，而且能够起到保护器件，抵抗高能辐射，提高红外探测器探测性能的作用。这也是技术工作者对于所设计制备的带通滤光膜的期望。

2、带通滤光膜可被用来获取所需波段光能量，同时抑制其余波段光透射，是光学成像系统、光电探测系统的重要组成部分。由于带通滤光膜独特的光学特性，使其在自然灾害、资源普查、遥感系统、红外相机、多光谱成像仪器、光谱分析和航天器件以及多种军工产品中有着广泛应用。与此同时，随着激光技术朝着大功率、高能量方向的发展，带通滤光薄膜不仅要满足在工作波段内的较高透射率，还要满足高抗激光损伤阈值这一关键条件。为达到特定波长范围内的滤波要求，设计并制备出性能优越、符合要求的带通滤光膜对红外光学系统或高功率激光系统的重要性均已凸显。

3、以红外光学系统为例，可以进行夜视、导航、探测等各种应用。如被动式红外热成像仪就是利用目标和背景自身发射的红外辐射而实施对目标和场景的热分布成像，是夜间视觉不可或缺的一双“眼睛”。它不依赖于外来光源照射，具有隐蔽性好，不易被电磁干扰等特点，因而被广泛应用于车载、温度探测和空间遥感。

4、多数整机系统由光学镜头和探测器组成，为使探测器能够通过光学镜头实现对辐射源的探测,光学镜头必须通过防护性物方窗口、透镜、反射镜、光阑、滤光片、扫描系统等完成光学信号的时间和空间滤波，从而以给定比例和质量实现物方空间目标和背景的分离。为保证目标最大辐射通量传送到探测器,必须保证通过光学镜头的辐射能量损失达到最小。

5、为了提高工作谱段探测的信噪比，常常使用各种带通滤光膜，以提高探测器件识别目标的能力。在一些特殊的探测器设计中，为了简化整机光学系统结构、减轻整机载荷，需要用到一种特殊的滤光片，镀制光学薄膜涂层的带通滤光片就是其中一种。

6、值得注意的是，常规最多使用的带通滤光膜针对3.7-4.8μm的中红外波段，是衰减最小的大气窗口，但是随着新型红外热像仪和中红外激光器的迅速发展，不仅需要提高中波红外光电探测器的信噪比，而且对近红外2.95-3.65μm以及4.85-5.05um波段附近的能量响应也提出了能量滤波的要求。相对于中波3.7-4.8μm的带通滤光膜，中波2.95-5.05μm的滤光膜不仅通带波段更宽，而且存在着设计、双波段薄膜材料选择、定位控制、均匀性、抑制半波凹陷干扰和透过率提升以及制备工艺方面的多个技术难点，尤其通带透过率难以提升已经制约了光学系统性能的有效提升。

技术实现思路

1、为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种中红外波段带通滤光片及其制备、检测方法。

2、一种中红外波段带通滤光片，它包括基底层及分别形成在基底层两侧表面上的短波通滤光膜、长波通滤光膜；

3、短波通滤光膜的膜系结构为sub/(0.5l h 0.5l)^n/air，n为周期数；

4、长波通滤光膜的膜系结构为sub/(0.5h l 0.5h)^n/air，n为周期数；

5、其中，sub为基底，l为sio膜层，h为ge膜层。

6、进一步地，滤光片基底为ge基底，ge即锗。

7、进一步地，短波通滤光膜的膜系结构为sub/(0.5l h 0.5l)^17/air，其参考波长为λ1，λ1为6300nm。

8、进一步地，长波通滤光膜的膜系结构为sub/(0.5h l 0.5h)^21/air，其参考波长为λ2，λ2为2300nm。

9、进一步地，短波通滤光膜中，与基底相邻的膜层为第1层，最外层为第17层，其膜系结构为：

10、g/0.0732l 1.3447h 1.1073l 1.0448h 0.9888l 1.0079h 0.9919l0.9890h0.9969l 0.9850h 0.9989l 0.9980h 0.9988l 1.0273h 1.0311l1.0427h 0.5218l/air。

11、进一步地，长波通滤光膜中，与基底相邻的膜层为第1层，最外层为第21层，其膜系结构为：

12、g/0.5082l 0.8802h 1.1087l 0.9400h 0.8922l 1.0485h 1.0931l0.9105h1.0123l 1.0363h 1.0843l 0.9069h 1.0121l 1.0645h 1.0237l0.9329h 0.9366l0.9796h 1.0531l 0.1361h 1.0271l/air。

13、一种中红外波段带通滤光片的制备方法，该方法包括以下步骤：

14、(1)在基底层上单面镀制短波通滤光膜

15、a.清洁基底层，并用离子源轰击；

16、b.将基底层放入真空室内，抽真空至3×10-3pa，加热基底至200℃；

17、c.镀制第1层膜层，对sio膜料进行5min预熔，用预熔后的sio膜料对基底进行离子轰击，真空度为3.9×10-3pa，离子轰击电压220v负高压；

18、用sio膜料进行蒸镀，蒸镀时真空室压强为3.9×10-3pa，蒸发速率为1.8nm/s，使sio膜料离子沉积在基底层上，采用石英晶体监控的方法确定第1层膜层的厚度；

19、d.镀制第2层膜层，对ge膜料进行5min预熔，用预熔后的ge膜料对基底进行离子轰击，真空度为3.9×10-3pa，离子轰击电压220v负高压；

20、用ge膜料进行蒸镀，蒸镀时真空室压强为3.9×10-3pa，蒸发速率为0.6nm/s，使ge膜料离子沉积在基底上，采用石英晶体监控的方法确定第2层膜层的厚度；

21、e.依次重复步骤c和步骤d，镀制第3～17层膜层；

22、f.将镀制完成17层膜层的滤光片放置在200℃的真空室内，然后逐步冷却至室温后取出单面镀制好短波通滤光膜的光学零件；

23、(2)在基底层的另一面镀制长波通滤光膜

24、首先重复上述步骤a-d，然后依次重复上述步骤c和步骤d，镀制第3～21层膜层，最后进行步骤f，得到双面均镀制好的光学零件。

25、进一步地，使用石英晶体监控的方法监控薄膜沉积速率，调节功率使ge和sio的沉积速率分别为和

26、一种中红外波段带通滤光片的检测方法，用于对制备后的光学零件进行检测，检测包括初步表面验证、薄膜光谱特性检测、薄膜力学特性检测。

27、进一步地，薄膜力学特性检测，

28、首先，将光学零件放入低温试验箱中，使光学零件由室温降至-45±2℃，且控制温度变化速率不超过2℃/min，保持4小时；

29、其次，将光学零件取出至室温，然后放入湿热箱中，使光学零件由室温升至60±2℃，且控制湿度在95％～98％，保持12小时；

30、最后，取出光学零件，用脱脂布蘸无水乙醇，将膜层表面擦拭干净后在显微镜下观察薄膜表面是否起皮、完整、破裂、致密。

31、本发明公开了一种中红外波段带通滤光片及其制备、检测方法，制备的成品针对2.95-5.05μm工作波长，具备可变角入射(0°-8°)、膜层均匀性好(制备基片直径φ16mm,波长公差±0.05μm)、波段高峰值透过率(2.95-5.05μm平均大于92％)、高带外抑制比(0.3μm-2.6μm&5.5-10μm小于1％)、中心波长稳定性好(无漂移)、膜层损耗及应力小、牢固度高、环境适应性强。