本發(fā)明涉及遠(yuǎn)紅外波段光學(xué)薄膜技術(shù)，具體指一種以CVD金剛石為基底的遠(yuǎn)紅外波段光學(xué)薄膜濾光片，通過在CVD金剛石上鍍制多層膜，實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)紅外波段透射和波長小于5微米波段的截止。

技術(shù)背景

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(jī)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(yàn)證氣候模式輸出，確定數(shù)值預(yù)報(bào)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0.2μm至100μm以上。主要分為0.2～5μm的短波通道和5～45μm的長波通道。針對短波通道的光學(xué)薄膜研究已經(jīng)很普及。而對于長波通道，目前主要集中在8～12μm的研究。而25～45μm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(yuǎn)紅外窗口方向的研究方向，國內(nèi)有的采用聚乙烯、塑料等有機(jī)物作為15-45μm波段的紅外探測器的窗口材料，這些材料具有耐機(jī)械沖擊能力，但是在15μm之前不能對光譜進(jìn)行響應(yīng)，并且塑料高分子成分在航天上的應(yīng)用也有其欠缺性。

對長波紅外光學(xué)薄膜窗口進(jìn)行研究，將波長小于5μm的光波截止，可提高長波通道的探測精度。該研究對于地球輻射探測遠(yuǎn)紅外目標(biāo)識別和深空探測等遠(yuǎn)紅外波段探測具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出設(shè)計(jì)了一種以CVD金剛石為基底的遠(yuǎn)紅外波段光學(xué)薄膜濾光片，該濾光片元件實(shí)現(xiàn)對波長小于5μm波段的截止，5-45μm波段透過。本發(fā)明遠(yuǎn)紅外波段光學(xué)薄膜(5-45μm)濾光片性能穩(wěn)定，通過了環(huán)境穩(wěn)定性測試，適合于地球輻射探測的長波窗口使用。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：在CVD金剛石基底兩面分別沉積帶通膜系和截止膜系。

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

正面帶通膜系1的膜系結(jié)構(gòu)為：

基底/0.27H 0.95L 0.57H 0.78L 0.69H 0.81L 0.58H 1.01L 0.33H 2.15L/空氣其中，H表示一個λ₀/4光學(xué)厚度的PbTe膜層，L表示一個λ₀/4光學(xué)厚度的ZnSe膜層，λ₀為中心波長，為5微米，H、L前的數(shù)字為λ₀/4光學(xué)厚度比例系數(shù)乘數(shù)；

反面截止膜系3的膜系結(jié)構(gòu)為：

基底/0.34H 1.19L 0.72H 0.98L 0.87H 1.01L 0.73H 1.27L 0.41H 2.69L/空氣

其中，H表示一個λ₀/4光學(xué)厚度的PbTe膜層，L表示一個λ₀/4光學(xué)厚度的ZnSe膜層，λ₀為中心波長，為4微米，H與L前的數(shù)字為膜層的厚度比例系數(shù)。

本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于：提出了一種以CVD金剛石為基底的遠(yuǎn)紅外波段光學(xué)薄膜濾光片，該濾光片元件可以實(shí)現(xiàn)對波長小于5μm波段的截止，平均透過率低于1％；在5-45μm波段透過。本發(fā)明遠(yuǎn)紅外波段光學(xué)薄膜濾光片性能穩(wěn)定，通過了環(huán)境穩(wěn)定性測試，可應(yīng)用于地球輻射探測遠(yuǎn)紅外目標(biāo)識別和深空探測等領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為一種以CVD金剛石為基底的遠(yuǎn)紅外波段光學(xué)薄膜濾光片正面帶通膜系及背面截止膜系排列的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖中(1)為正面帶通膜系，(2)為藍(lán)寶石基片，(3)為背面截止膜系。

圖2為一種以CVD金剛石為基底的遠(yuǎn)紅外波段光學(xué)薄膜濾光片的光譜透過率曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)一步詳細(xì)說明。

本發(fā)明一種以CVD金剛石為基底的遠(yuǎn)紅外波段光學(xué)薄膜濾光片，帶通區(qū)間為5-45μm，截止區(qū)為0～5μm，選用PbTe和ZnSe為高低折射率材料。

本發(fā)明一種以CVD金剛石為基底的遠(yuǎn)紅外波段光學(xué)薄膜濾光片正面帶通膜系和反面截止膜系均采用為多層膜非規(guī)整膜系結(jié)構(gòu)。膜系沉積采用石英晶體監(jiān)控和光學(xué)直接監(jiān)控互補(bǔ)的監(jiān)控方式，控制膜層厚度沉積誤差，得到接近設(shè)計(jì)的結(jié)果。

正面帶通膜系1選取中心波長λ₀為5μm，通過膜系設(shè)計(jì)軟件優(yōu)化，膜系結(jié)構(gòu)為：

基底/0.27H 0.95L 0.57H 0.78L 0.69H 0.81L 0.58H 1.01L 0.33H 2.15L/空氣

其中，H表示一個λ₀/4光學(xué)厚度的PbTe膜層，L表示一個λ₀/4光學(xué)厚度的ZnSe膜層，H、L前的數(shù)字為λ₀/4光學(xué)厚度比例系數(shù)乘數(shù)。

背面截止膜系3選取中心波長λ₀為4μm，通過膜系設(shè)計(jì)軟件優(yōu)化，膜系結(jié)構(gòu)為：

基底/0.34H 1.19L 0.72H 0.98L 0.87H 1.01L 0.73H 1.27L 0.41H 2.69L/空氣

其中，H表示一個λ₀/4光學(xué)厚度的PbTe膜層，L表示一個λ₀/4光學(xué)厚度的ZnSe膜層，H、L前的數(shù)字為λ₀/4光學(xué)厚度比例系數(shù)乘數(shù)。

為增強(qiáng)薄膜可靠性，薄膜沉積前采用離子源輔助轟擊清洗基片，選擇陽極電壓為190伏特，陰極電流為4安培，轟擊10分鐘。薄膜沉積真空為1-2×10^-3Pa，基片沉積溫度控制在200±2℃。PbTe薄膜沉積速率為1.2nm/s，ZnSe薄膜沉積速率為1.0nm/s。

一種以CVD金剛石為基底的遠(yuǎn)紅外波段光學(xué)薄膜濾光片在0-5微米波段范圍內(nèi)，平均透過率小于1％，在5-45微米范圍內(nèi)，平均透過率大于71％，透過率最高值為86.5％。