НЕОТРАЖАЮЩИЙ НЕЙТРАЛЬНЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР Российский патент 2010 года по МПК G02B5/22 

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к элементам оптико-электронных систем, которые могут быть использованы для равномерного ослабления падающего излучения при высокой разнице спектрального отражения со стороны подложки и со стороны покрытия. Это необходимо для изготовления несимметричного зеркала, у которого величина коэффициента отражения со стороны подложки и со стороны покрытия различна. Таким образом достигается эффект непрозрачности неотражающего нейтрального оптического фильтра, когда коэффициент отражения превышает коэффициент пропускания в одном направлении, и прозрачности - в обратном.

Известен неотражающий нейтральный оптический фильтр с величиной коэффициента пропускания около 10%, состоящий из стеклянного экрана, с одной стороны которого нанесен слой из титана толщиной, равной 50 Å, и диэлектрический слой поверх него из оксида алюминия с показателем преломления, равным 1,62, и оптической толщиной, равной четверти длины волны от 0,45 мкм, на другую сторону которого нанесен слой титана толщиной, равной 30 Ǻ, см, П.П.Яковлев. Антибликовые покрытия для защитных экранов дисплеев. Оптический журнал, т.65, № 3, 1998, с.83-84.

Основными недостатками предложенного неотражающего нейтрального оптического фильтра являются:

- невысокий коэффициент отражения и со стороны подложки и со стороны покрытия,

- невысокий коэффициент пропускания, равный 10%,

- необходимость нанесения трех слоев,

- нанесение оптических слоев на две поверхности, что удлиняет технологический процесс изготовления неотражающего нейтрального оптического фильтра.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности является неотражающий нейтральный оптический фильтр, состоящий из подложки, прозрачной в спектральном диапазоне 0,4-0,7 мкм, расположенного на подложке частично пропускающего свет слое титана и антиотражающего свет слое поверх него. Причем антиотражающий слой выполнен из оксида титана TiO_x, при 1<x<2, где x - степень окисления оксида титана, а геометрические толщины слоев титана и оксида титана составляют 0,028-0,03 и 0,04-0,045 мкм соответственно, показатель поглощения слоя оксида титана при этом равен 0,17-0,2, см. RU Патент № 2200337, МПК 7 G02В 5/22, 2003.

Основным недостатком предложенного неотражающего нейтрального оптического фильтра является недостаточно высокий коэффициент пропускания, равный 10%.

Технической задачей изобретения является увеличение спектрального коэффициента пропускания неотражающего нейтрального оптического фильтра.

Поставленная задача решается разработкой неотражающего нейтрального оптического фильтра, включающего прозрачную в спектральном диапазоне 0,4-0,7 мкм подложку и расположенные на подложке последовательно частично пропускающий свет слой титана и антиотражающий свет слой оксида титана геометрической толщины 0,04-0,045 мкм, в котором антиотражающий свет слой выполнен из диоксида титана ТiO₂, а геометрическая толщина слоя титана составляет 0,014 - 0,018 мкм.

Решение технической задачи позволяет увеличить коэффициент пропускания с 10% до 28-31%.

Фиг.1 схематически представляет в разрезе неотражающий нейтральный оптический фильтр. Неотражающий нейтральный оптический фильтр состоит из прозрачной в спектральном диапазоне 0,4-0,7 мкм подложки 1, частично пропускающего свет слоя титана 2 геометрической толщины 0,014-0,018 мкм, расположенного на подложке 1, и антиотражающего свет слоя 3 поверх него из оксида титана TiO₂ геометрической толщины 0,04-0,045 мкм.

Фиг.2 показывает спектральные коэффициенты отражения со стороны покрытия и подложки предлагаемого неотражающего нейтрального оптического фильтра (кривые 4 и 5 соответственно).

Заявляемый неотражающий нейтральный оптический фильтр имеет коэффициент отражения со стороны покрытия 2,5%, а со стороны подложки - 45% при коэффициенте пропускания равным 28-31%.

Изготовление неотражающего нейтрального оптического фильтра проводят при помощи магнетронного напыления, см. Минайчев В.Е., Одиноков В.В., Тюфаева Г.П Магнетронные распылительные системы (магратроны) // М., ЦНИИ "Электроника", 1979, 57 с, следующим образом: подложку предварительно обезжиривают и помещают в вакуумную камеру, которую откачивают до давления Р_ост=6,6·10^-3 Па. Затем осуществляется напуск аргона до давления Р=0,26 Па. Подложку закрывают заслонкой и зажигают разряд на магнетроне с титановой мишенью. Происходит удаление оксидной пленки с поверхности мишени в течение 5 минут горения разряда. Заслонку убирают и происходит напыление отражающего покрытия из титана до геометрической толщины 0,04-0,045 мкм. При нанесении антиотражающего свет слоя из оксида титана подложку предварительно нагревают до Т=200-250°С для улучшения эксплуатационных характеристик, повышения плотности покрытий, уменьшения их пористости и увеличения механической прочности. Напыление слоя проводят в атмосфере смеси газов Аr и O₂ при давлении Р=0,26 Па. На транспортном участке и на поверхности подложек происходит окисление атомов материала мишеней и на подложке формируется покрытие из оксида титана. Контроль толщины напыляемых пленок ведут системой фотометрического контроля, состоящей из источника света со стабилизированным источником питания, модулятора (f=400 Гц), узкополосного светофильтра λ=500 нм, кремниевого фотоприемника, резонансного усилителя и регистрирующего прибора (Щ-1413). Оптические толщины наносимых слоев контролируют по контрольному образцу, расположенному в плоскости рабочих изделий по изменению отражения. В точках экстремума нанесение каждого слоя прекращают.

Данное изобретение иллюстрируется следующими примерами конкретного исполнения:

Пример 1. Неотражающий нейтральный оптический фильтр, включающий прозрачную в спектральном диапазоне 0,4-0,7 мкм подложку и расположенные на подложке последовательно частично пропускающий свет слой титана геометрической толщиной 0,014 мкм и антиотражающий свет слой диоксида титана TiO₂ геометрической толщиной 0,04 мкм, имеет коэффициент отражения со стороны покрытия 3%, а со стороны подложки - 43% при коэффициенте пропускания равном 31%.

Пример 2. Неотражающий нейтральный оптический фильтр, включающий прозрачную в спектральном диапазоне 0,4-0,7 мкм подложку и расположенные на подложке последовательно частично пропускающий свет слой титана геометрической толщиной 0,016 мкм и антиотражающий свет слой диоксида титана ТiO₂ геометрической толщиной 0,043 мкм, имеет коэффициент отражения со стороны покрытия 2,5%, а со стороны подложки - 45% при коэффициенте пропускания равном 30%.

Пример 3. Неотражающий нейтральный оптический фильтр, включающий прозрачную в спектральном диапазоне 0,4-0,7 мкм подложку и расположенные на подложке последовательно частично пропускающий свет слой титана геометрической толщиной 0,018 мкм и антиотражающий свет слой диоксида титана ТiO₂ геометрической толщиной 0,045 мкм, имеет коэффициент отражения со стороны покрытия 3,5%, а со стороны подложки - 45% при коэффициенте пропускания равным 28%.

Таким образом, как видно из примеров, интегральный коэффициент отражения полученного неотражающего нейтрального оптического фильтра со стороны подложки имеет величину 45%, а со стороны покрытий - 3% при коэффициенте пропускания около 30%. Таким образом достигается эффект непрозрачности неотражающего нейтрального оптического фильтра в одном направлении, когда коэффициент отражения превышает коэффициент пропускания, и прозрачности - в обратном.

Неотражающий нейтральный оптический фильтр, включающий прозрачную в спектральном диапазоне 0,4-0,7 мкм подложку и расположенные на подложке последовательно частично пропускающий свет слой титана и антиотражающий слой диоксида титана. Геометрическая толщина слоя диоксида титана 0,04-0,045 мкм, а геометрическая толщина слоя титана составляет 0,014-0,018 мкм. Технический результат - увеличение спектрального коэффициента пропускания неотражающего нейтрального оптического фильтра.2 ил.

Неотражающий нейтральный оптический фильтр, включающий прозрачную в спектральном диапазоне 0,4-0,7 мкм подложку и расположенные на подложке последовательно частично пропускающий свет слой титана и антиотражающий свет слой оксида титана геометрической толщины 0,04-0,045 мкм, отличающийся тем, что антиотражающий свет слой выполнен из диоксида титана TiO₂, а геометрическая толщина слоя титана составляет 0,014-0,018 мкм.