本發(fā)明涉及一種紅外濾光片生產(chǎn)技術(shù)，具體涉及一種co2氣體檢測(cè)用2.78μm窄帶濾光片及其制備方法。

背景技術(shù)：

在冶金、航空航天、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、環(huán)保等方面都需要對(duì)co2的濃度進(jìn)行定量檢測(cè)與控制，且許多情況下應(yīng)用環(huán)境十分惡劣，如易燃易爆、高溫、高壓、有磁場(chǎng)等場(chǎng)合。因此，開發(fā)出穩(wěn)定性好、選擇性好、靈敏度高、小型化便攜式的co2氣體傳感器，具有很高的實(shí)用價(jià)值。

紅外分析儀是利用氣體紅外特征吸收峰測(cè)定氣體含量的儀器，選擇特定波長(zhǎng)的紅外氣體分析濾光片是紅外氣體分析儀的關(guān)鍵部件。光源發(fā)出的光，通過(guò)氣室被氣體吸收，然后經(jīng)過(guò)濾光片，去除含有其他氣體特征吸收峰的干擾波段，得到僅存在待檢測(cè)氣體特征吸收峰的窄帶透射光(帶寬越窄，其他氣體的干擾越小)，最后由檢測(cè)器檢測(cè)出射光強(qiáng)，通過(guò)參比通道的對(duì)比，而得出氣室中氣體濃度。由于co2氣體在2780nm和4260nm波長(zhǎng)處均具有較強(qiáng)特征吸收光譜，而現(xiàn)有的針對(duì)檢測(cè)co2氣體的紅外濾光片，大多數(shù)均為4260nm窄帶濾光片。

根據(jù)資料檢索，如中國(guó)專利zl95244862.9“4.26微米窄帶濾光片”以白寶石為基板，znse和znti為高低折射率材料，設(shè)計(jì)出中心波長(zhǎng)λ0＝4.26±0.01μm，半高寬λ0.50＝0.14±0.02μm，波形系數(shù)η＝δλ0.10/δλ0.00≤1.4，峰值透射率tmax≥70％的4260nm窄帶濾光片。

但是，就目前用于測(cè)量二氧化碳的4260nm帶通紅外濾光片，其通帶較寬，截止波段不夠?qū)挘逯低干渎瘦^低，所以測(cè)量準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性以及抗干擾的能力還有待提升，靈敏度差，不能滿足市場(chǎng)發(fā)展的需要。并且，co2氣體在2780nm和4260nm波長(zhǎng)處均具有較強(qiáng)特征吸收光譜，且若用2780nm窄帶濾光片，能夠較大的減少膜層厚度，降低濾光片成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種峰值透過(guò)率高，能極大的提高信噪比，有效檢測(cè)co2氣體的2780nm窄帶濾光片及其制作方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的一種co2氣體檢測(cè)用2780nm窄帶濾光片，其特征是：

(1)采用單晶si作基板；雙面拋光，厚度300±10μm，晶向<100>；

(2)鍍膜材料選擇sio和單晶ge，在基板兩個(gè)表面上分別沉積主膜系和干涉截止膜系；

(3)在基板其中一個(gè)表面上沉積主膜系，其結(jié)構(gòu)為air/1.576h1.7l4hlhlhl4hlhlhl4hl0.386h1.682l/sub；

(4)在基板另外一個(gè)表面上沉積干涉截止膜系，其結(jié)構(gòu)為sub/1.86h1.56l0.82h0.71l0.21h0.72l1.79h0.45l1.86h0.82l1.79h1.17l1.71h2.30l1.81h2.14l2.11h1.76l2.40h2.25l3.17h2.36l2.41h2.64l2.12h2.14l2.31h2.22l/air；

膜系中符號(hào)含義分別為：sub為基板，air為空氣，h和l分別代表膜層(ge)(高折射率材料層)和膜層(sio)(低折射率材料層)的一個(gè)1/4波長(zhǎng)光學(xué)厚度，中心波長(zhǎng)λ＝2780nm，1h＝(4nhd)/λ；1l＝(4nld)/λ。

上述的一種co2氣體檢測(cè)用2780nm窄帶濾光片的制備方法，以晶硅si為基板，一氧化硅sio和鍺ge為鍍膜材料，采用真空熱蒸發(fā)薄膜沉積的方法制備鍍膜層，ge選用電子束蒸鍍，沉積速率為sio選用多孔鉬舟電熱蒸鍍，沉積速率為開始蒸鍍真空度為1.0×10^-3pa，沉積溫度為200℃。

上述的一種co2氣體檢測(cè)用2780nm窄帶濾光片的制備方法，采用光學(xué)監(jiān)控法控制膜層厚度，并輔以石英晶控控制沉積速率。

上述的一種co2氣體檢測(cè)用2780nm窄帶濾光片，主膜系采用多腔窄帶膜系結(jié)構(gòu)，配合高截止深度的干涉截止膜系，中心波長(zhǎng)為2780nm，2745nm～2815nm波段平均透過(guò)率為91.69％，半高寬為80nm。除中心波長(zhǎng)2780nm帶寬80nm的通帶外，從1500～10000nm范圍內(nèi)的其余光譜全部截止，1500nm～2700nm平均透射率為0.114％，2900nm～8000nm平均透射率為0.053％，能極大的提高信噪比，可以很好的抑制其他氣體的干擾，產(chǎn)品光學(xué)性能和物理強(qiáng)度能很好的滿足實(shí)際使用要求，廣泛應(yīng)用于co2氣體紅外探測(cè)儀器，提高儀器探測(cè)精度和效能，可以做到更快速、更精確的確認(rèn)泄漏點(diǎn)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明co2氣體檢測(cè)用2780nm窄帶濾光片與傳統(tǒng)的co2氣體檢測(cè)用4260nm窄帶濾光片相比，4260nm窄帶濾光片中心波長(zhǎng)較大，膜層較厚，且材料采用ge，ge材料價(jià)格昂貴，導(dǎo)致成本較高。而2780nm窄帶濾光片僅具有46層膜層，且膜層總厚度僅有19.6μm，能夠有效的降低檢測(cè)co2氣體用濾光片的制備成本。同時(shí)，具有較好的檢測(cè)效果。

2、濾光片與傳統(tǒng)技術(shù)方法相比，具有中心波長(zhǎng)為2780nm的窄帶透過(guò)光譜，透射帶的上升沿和下降沿陡峭，波形矩形度好，峰值透過(guò)率>90％、截止區(qū)域內(nèi)截止深度<0.12％，因此2780nm的有效工作波段可以盡可能大的透過(guò)，而其余無(wú)效波段的背景干擾信號(hào)則極大的減小，因而可取得優(yōu)異的信噪比，提高儀器的測(cè)試靈敏度和精度。

3、本發(fā)明制備的濾光片工藝簡(jiǎn)單，已能形成批量生產(chǎn)，性能穩(wěn)定，滿足高精度co2氣體紅外探測(cè)儀器的性能要求。

4、對(duì)ge和sio均采用高溫蒸鍍?nèi)〈x子輔助沉積。通過(guò)驗(yàn)證，采取適當(dāng)?shù)恼舭l(fā)速率和沉積溫度，所制備的濾光片，膜層致密，長(zhǎng)時(shí)間放置，中心波長(zhǎng)沒(méi)有發(fā)生漂移，降低了制備成本。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明所述co2氣體檢測(cè)用2780nm窄帶濾光片的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：基底1為單晶si，膜層材料2為ge，膜層材料3為sio。

圖2是2780nm窄帶濾光片最終性能實(shí)測(cè)曲線圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例1：

如圖1所示，本實(shí)施例提供的一種co2氣體檢測(cè)用2780nm窄帶濾光片：

(1)采用單晶si作基板；雙面拋光，厚度300±10μm，晶向<100>；

(2)鍍膜材料選擇sio和單晶ge，在基板兩個(gè)表面上分別沉積主膜系和干涉截止膜系；

(3)在基板其中一個(gè)表面上沉積主膜系，其結(jié)構(gòu)為air/1.576h1.7l4hlhlhl4hlhlhl4hl0.386h1.682l/sub；

(4)在基板另外一個(gè)表面上沉積干涉截止膜系，其結(jié)構(gòu)為sub/1.86h1.56l0.82h0.71l0.21h0.72l1.79h0.45l1.86h0.82l1.79h1.17l1.71h2.30l1.81h2.14l2.11h1.76l2.40h2.25l3.17h2.36l2.41h2.64l2.12h2.14l2.31h2.22l/air膜系；

膜系中符號(hào)含義分別為：sub為基板，air為空氣，h和l分別代表膜層2(ge)(高折射率材料層)和膜層3(sio)(低折射率材料層)的一個(gè)1/4波長(zhǎng)光學(xué)厚度，中波長(zhǎng)λ＝2780nm，1h＝(4nhd)/λ；1l＝(4nld)/λ，結(jié)構(gòu)式中數(shù)字為膜層的厚度系數(shù)、結(jié)構(gòu)式中的指數(shù)是膜堆鍍膜的周期數(shù)。

本實(shí)施例提供的一種co2氣體檢測(cè)用2780nm窄帶濾光片的制備方法，以單晶硅si為基板，一氧化硅sio和鍺ge為鍍膜材料，采用真空熱蒸發(fā)薄膜沉積的方法制備鍍膜層，ge選用電子束蒸鍍，沉積速率為sio選用多孔鉬舟電熱蒸鍍，沉積速率為開始蒸鍍真空度為1.0×10^-3pa，沉積溫度為200℃。

由于具體如何蒸發(fā)采用電子槍蒸發(fā)和采用阻蒸熱蒸發(fā)鍍膜是本領(lǐng)域技術(shù)人員所掌握的常規(guī)技術(shù)，在此不作詳細(xì)描述。

本實(shí)施例提供的一種濾光片采用一面鍍多腔窄帶膜系，提高有效工作波段的透過(guò)率和波形矩形度，一次改善有效信號(hào)強(qiáng)度；另一面鍍高截止深度的干涉截止膜系，到達(dá)1500～8000nm的范圍內(nèi)除通帶外的所有無(wú)效次峰。

本實(shí)施例提供的co2氣體檢測(cè)用2780nm窄帶濾光片，其中心波長(zhǎng)定位精度在0.35％以內(nèi)，對(duì)膜系采用光學(xué)監(jiān)控法控制膜層厚度，并輔以石英晶控控制沉積速率。

采用德國(guó)bruker公司vertex70型傅里葉紅外光譜儀對(duì)所制備的濾光片進(jìn)行測(cè)試。本濾光片最終性能結(jié)構(gòu)如圖2的濾光片最終性能實(shí)測(cè)曲線圖：

1.中心波長(zhǎng)λ＝2780nm；

2.帶寬δλ＝80nm；

3.波形系數(shù)δλ10％/δλ50％＝1.388；

4.峰值透過(guò)率tp＝91.83％；

除通帶外1500～8000nmtavg≤0.09％。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變換，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。