专利名称:用于气体分析器的多层膜干涉滤波器的制作方法
本发明涉及用于气体分析器，特别是氨(NH3)、乙烯(C2H2)等气体分析器的多层膜干涉滤波器。
氨气和乙烯有如图1(a)和1(b)所示的光谱测定特性。它们二者都有2到3μm附近的吸收带，但它们的这些吸收带同水的吸收带重叠，所以，通常用大约8到13μm的吸收带测定氨气和乙烯，相应地，多层膜干涉滤波器必须是截取波长在8μm附近的长波可穿透滤波器。可是，8μm比较长，所以这样的滤波器的膜层组的数目要比截取波长约为6μm或比6μm小的滤波器大，并且滤波器的厚度也随之增加。滤波器厚度的增长可能导致物理强度和耐久力减小，从而引起缺陷。
在用真空蒸发的BaF2制成的基片上，用交替涂上做为高折射材料的Te(碲)和做为低折射材料的TlBr(溴化铊)的方法，已经制成了截取波长在8μm附近的滤波器。因为这个滤波器在其中使用了Te，具有3.4μm或更小波长的红外线被Te吸收，所以有膜层组的数目随之减小的优点。另一方面，由于膜是一种软涂层，所以出现了因老化而使滤波器变质，或因与其它东西轻触导致偏移而使滤波器损坏等缺陷。
本发明的一个目的是通过选取具有高折射率的适当材料和具有低折射率的合适材料，提供多层膜干涉滤波器。这种滤波器没有先有技术的缺点，并且在强度和耐久力上是优越的。
为了达到上述目的，此项发明的特征在于截取在8μm波长附近的滤波器是由多层膜组成的，其中做为高折射率材料的锗层和做为低折射率材料的硫化锌层被用在由红外线可穿透材料制成的基片上。
一般的滤波器维持不了一天，而依据此项发明的滤波器甚至在三个月之后也不产生脱落。这个令人满意的结果是通过一种脱落实验得到的，在这种实验中，依据此项发明的滤波器和传统的滤波器(具有在开头描述的那样的结构)被浸入盐水溶液(7g/l)中。上述的原因在于依据此项发明的滤波器是由Ge和ZnS的多层膜组成的。这就是说，由于使用了Ge和ZnS，膜是硬涂层，所以强度和耐久性得到了改进，从而在上述脱落实验中得到了这样令人满意的结果。因此，此项发明能够提供适合在恶劣条件下使用的气体分析器的滤波器。
图1(a)显示了NH3光谱测定特性。
图1(b)显示了C2H2光谱测定特性。
图2显示了一套依据此项发明的滤波器的一个实施方案;
图3显示了由FZ方法制成的Si基片和由CZ方法制成的Si基片的光谱测定特性。
图4是显示了依据此项发明的滤波器的一个实施方案的光谱测定特性图。
参见图2，所示的是此项发明的一种实施方案的结构。其中(1)表示由红外线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)构成的多层膜。在此项发明中，如上所述，用锗(Ge)做为高折射率材料(H)而用硫化锌(ZnS)做为低折射率材料(L)。
最好用硅(Si)基片制做基片(1)，尤其希望采用具有高电阻率并用Fz(beoatinj zone)方法，也就是飘浮带法制成的Si-基片。上述理由在于Si-基片在价格和光谱测定特性上优于其它材料制成的基片。另外，所以特别需要用FZ方法制成的硅基片，其理由在于吸收带在9μm附近的Si-基片与用CZ方法(Czochralski方法)制成的Si-基片相差不大，如图3所示。
所述多层膜(2)有如下结构，以便在8μm附近的波长处截取。这就是说，在作为基片(1)的一个侧面的切割面上，制作出具有这种结构的多层膜，其中分别具有6.5μm和4.5μm中心波长的两膜层组互相叠置，并在作为基片(1)的另一个侧面的短切面(Short-cutplane)上，制作出具下这样结构的多层膜，在该多层膜中，中心波长为1.5μm，2.1μm，2.8μm，3.8μm的四膜层组互相叠置。
因为具有1.5μm波长或更短波长的射线，也就是说近红外线和可见光，被作为高折射率材料(H)的Ge吸收，所以这组层膜不用于那些射线。所述多层膜是具有这样的结构，在其中中心波长分别为6.5μm和4.5μm的两组层膜互相叠置，该多层膜包含41层膜层，而这41层膜是由从基片(1)开始以奇数顺序设置的低折射率材料(L)，和从基片(1)起以偶数顺序设置的高折射率(H)材料构成的。所述低折射率材料(L)和所述高折射率材料(H)被交替放置。
具有上述结构的多层膜干涉滤波器，是通过采用真空蒸发表涂覆，在基片的一边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边进行这样的制作而做成的。
在这些制作过程中要进行必要的观测，以使涂层的厚度达到由各组膜层的中心波长确定的指定值。
这样制成的多层膜干涉滤波器的光谱测定特性如图4所示。另外，按滤波器的制造工艺，如果给定了截取波长，就可以推断出膜层组的中心波长的无数种组合，和生产出具有这样特性的滤波器所需要的层数。相应地，上述实施方案中的膜层数目和中心波长只是为了说明的目的而选取的。
进一步地，按照滤波器的制造工艺，虽然载取波长被设定在8μm，但由于制作误差，截取波长分布在7μm到9μm之间，通常是7.5到8.5μm，相应地，此项发明包括截取波长在7到9μm范围内的滤波器。这就是在权利要求
中使用“在8μm附近”的表达方式的理由。
权利要求
1.用于气体分析器的截取波长在8μm附近的多层膜干涉滤波器，其特点在于，它由多层膜组成，其中作为高折射率材料的锗和作为低折射率材料的硫化锌被用在由红外线可穿透材料制作的基片上。
2.如权利要求
1所述的多层膜干涉滤波器，其特征在于由红外线可穿透材料制作的基片是硅基片。
3.如权利要求
2多层膜干涉滤波器，其特征在于所说的硅基片是用漂浮带法制成的。
专利摘要
本发明涉及用于氨气、乙烯等气体分析器的多层膜干涉滤波器，其目的是要在物理强度和耐久性上对之进行改进。在由红外线可穿透材料制作的基片上，制作出了一种多层膜。在这种多层膜中锗被用作高折射率材料，而硫化锌被用作低折射率材料。
文档编号G01N21/35GK85106181SQ85106181
公开日1987年3月4日 申请日期1985年8月16日
发明者石田正彦 申请人:株式会社堀场制作所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan