Интерференционный коротковолновый отрезающий фильтр для инфракрасной области спектра Советский патент 1985 года по МПК G02B5/28 

СП СП

со

4J

а 11 Ичобретпние относится к интерфере ционным фильтрам, 1тре днаэмаченным для работы 1 инфракрасной области спектра, и может быть использовано для разделения высших порядков спект pa п спектрометрах с дифракционными решетками, для предварительной моно хронатизации излучения в фурье-спек рометрах, в качестве основы при ком бинировании с другими типами фильтров для подавления фона коротковолнового излучения. Известен интерференционный отрезающий фильтр для инфракрасной обла ти спектра, состоящий из чередующих ся слоев с высоким и низким показателями преломления, оптическая толщ на которых равна четверти длины вол ны , являющейся серединой зоны по давления коротковолнового излучения В качестве материалов слоев с высок показателем преломления используютс CdTe или РЬТе, а материала с низким показателем преломления ZnS Л . Недостатками такого фильтра являются ограниченность области прозрачности .фильтра, большая величина фона коротковолнового излучения вследствие появления вторичных максимумов интерференции и низкая механическая прочность слоев. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является интерференционный коротковолновой отрезающий фильтр для инфракрасной области спектра, состоящий из чередующихся четвертьволновых по оптичес кой толщине слоев материалов с высоким Пд и низким п„ показателями преломления, причем слои с высоким показателем преломления .вьтолнены из полупроводникового материала 2. В качестве слоев с высоким показа телем преломления используют пластин ки, изготовленные, например, из германия, сульфида цинка или селенида цинка, а в качестве слоев с низким показателем преломления - слои жидкости, которые находятся в зазорах, образованных стопой пластинок высоко го показателя преломления. Границу отрезания фильтра можно смещать варьируя толщину пластинок и величину зазора меж;;у ними. Недостатками указанных фильтров являются невозможность изготовления их на спектральную область короче 300 мкм из-за трудности изготовления 62 пластин (.ич) исказат ля преломления малой 1еометрической толщины, невысокая контрастность из-за большои величины пропускания излучения в более высоких порядках интерференции, низкая механичпская прочность. Цель изобретения - расширение спектрального диапазона фильтрации, повышение контрастности, а также увеличение механической прочности. Поставленная цель достигается тем, что в интерференционном коротковолновом отрезающем фильтре для инфракрасной области спектра, состоящем из чередующихся четвертьволновых по оптической толщине слоев материалов с высоким hg и низким п к показателями преломления, причем слои с высоким показателем преломления выполнены из полупроводникового материала в виде частиц с поверхностной плотностью упаковки о(.0,6-0,7, среднего размера -----, где ц - геометрическая толщина слоя с низким показателем преломления. При этом в интерференционном коротковолновом отрезающем фильтре для инфракрасной области спектра слои с низким показателем преломления выполнены из полиэтилена. Интерференционные эффекты и рассеяние проявляются в разных спектральных областях и взаимно исключают друг друга на одной длине волны: интерференционные эффекты тем сильнее, чем меньше рассеяние, и наоборот, рассеяние преобладает всегда в более коротковолновой области по сравнению с интерференционными эффектами, что и позволяет создавать условия для их проявления и наблюдения . При увеличении числа слоев в интерференционной системе до 7-12 и расположении слоев на расстоянии уменьшение пропускания становится настолько сильным, что это позволяет создавать интерференционные отрезающие фильтры, используя в качестве слоя с высоким показателем преломления дискретный монослой с поверхностной плотностью упаковки частиц в слое 0,6-0,7, Под поверхностной плотностью упаковки понимается доля поверхности, которую занимают проекции частиц, 3 образующих монослор, на плоскость, проведенную через центры всех част в монослое, который расстределяется в основе фильтра. Плотности упаков равной единице, соответствует случай, когда частицы упакованы насто ко плотно, что между ними вообще нет свободного пространства. Плотности упаковки, равной нулю, соответствует случай, когда частицы вообще отсутствукя-. Плотность упаковки частиц в мон слое выбирается из соотражений опт мального приближе)1ия к условию квазиоднородности. Чем больше плотность упаковки, тем однороднее слой Верхний предел плотности упаковк равный 0,7 выбирается исходя из технологических соображений, поскольку из частиц осколочной фо мы очень ТРУДНО получить монослои хорошего качества с больщой плотностью упаковки,. так как увеличение плотности упаковки частиц есть следствие увеличения массы частиц в монослое. Добавление большего количества частиц ведет к их наслоению друг на друга и в итоге - к искажению.спектральной характеристики фильтра, так как нарушается условие равнотолщинности слоев высокого показателя преломления. того, такие слои частиц плохо пропрессовываются в основе фильтра и наблюдается отслаивание слоев в системе.. Когда плотность упаковки меньще 0,6, степень проявления Интерференционных эффектов уменьшается настолько, что приходит ся увеличивать число слоев в системе на 3-4, чтобы получить необходимую по величине глубину интерференционного провала. Однако смещение границы отрезания за счет рассеяния в длинноволновую область спекта при добавлении этих 3-4 слоев искажает спектральну характеристику всего фильтра, что выражается в уменьшении как крутизны границы отрезания, так и пропускания в рабочей области фильтра, т.е. рассеяние будет более сильным и на его фоне ис.чезает интерференция, фильтр становится только рассе ваквдим. В качестве слоев с высоким показателем преломления могут быть использованы различные полупровод976никовые материалы, прозрачные в инфракрасной области спектра, например) кремний, германий. При этом слои мелких частиц Si и Ge имеют пропускание до 9и% и прозрачны до саьлгх длинных радиоволн. Поэтому граница прозрачности предлагаемого фильтра также неограничена в длинноволновую область спектра и определяется целесообразностью использования фильтров данного типа. В качестве слоя с низким показателем преломления используется полиэтилен, который служит не только четвертьволновым слоем, но и одновременно основой фильтра, в которой расположены слои высокого показателя преломления. Изменяя размер частиц в слое и соответственно ему толщину полиэтиленовой прослойки, можно расширить диапазон фильтрации. На чертеже представлены спектральные характеристики фильтров на область от 30 до 400 мкм. Максимальное пропускание фильтров достигает 80%, крутизна границы отрезания 0,75-0,8, контрастность 10-10 . Кривая 1 соответствует фильтру, состоящему из 12 слоев частиц Si осколочной форьаи среднего размера dr. 4±2 СП-t-i мкм с плотностью упаковки равной 0,6. Толщина полиэтиленовой пленки составляет 5 мкм и число таких слоев в фильтре 13. Кривая 2 соответствует фильтру, состоящему из 14 слоев частиц Ge осколочной формы с мкм - 5 мкм с плотностью упаковки 0,7. Толщина полиэтиленовой пленки 56 мкм, а число слоев с низким показателем преломления 15. Использование предлагаемого фильтра позволяет расширить спектральный диапазон фильтрации, уменьшить величину фона коротковолнового излучения за счет рассеяния, нриводящего к устранению вторичных максимумов пропускания и повысить стабильность спектральных и механических характеристик за счет независимости характеристик составляющих его дискретных монослоев частиц и полимерной сновы от температуры, влажности, ремени, вибраций, радиационных воздействий и механимескйх деформаий.

1. ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ КОРОТКОВОЛНОВСЙ ОТРЕЗАЮЩИЙ «WiJlbTP ДЛЯ ИНФРАКРАСНОЙ ОБЛАСТИ СПЕКТРА, состоящий из чередующихся четвертьволновых по оптической толщине слоев материалов с высоким/п и низким п показателями преломления, причем слои с высоким показателем преломления выполнены из полупроводникового материала, отличающийся тем, что, с целью расширения спектрального диапазона фильтрации и повышения контрастности, а также увеличения механической прбчности, слои из полупроводникового материала выполнены в виде частиц с поверхностной плотностью упаковки Л 0,6-0,7, . среднего размера где (, - геометрическая толщина слоя с низким показателем преломления.. 2. Фильтр по п. 1, отлича юш щ и и с я тем, что слои с низким показателем преломления выполнены из полиэтилена.