Узкополосный интерференционный фильтр Советский патент 1979 года по МПК G02B5/28 

(54) УЗКОПОЛОСНЫЙ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ ФИЛЬТР

I

Изобретение относится к технике спектроскопии и может быть использовано в астрономических измерениях, фотоэлектрических приборах различных промышленного и научного назначений.

Известны узкополосные интерференционные фильтры повышенного порядка интерференции, напыленные на прозрачную подложку, состоящие из зеркал, между которыми заключен разделительный слой из материала вешества одного из четвертьволновых слоев зеркала 1.

Фильтры с напыленным разделительным слоем технологически выполнимым только для порядков интерференции /С 10, поскольку при больших порядках интерференции, когда толщина разделительного слоя возрастает, фильтры разрушаются из-за напряжений в пленках. Кроме того, толстому напыленному разделительному слою присуще увеличенное рассеяние света, что ухудшает характеристики фильтра.

Известны слюдяные узкополосные интерференционные фильтры высокого порядка интерференции, в которых разделительным слоем служит прозрачная и механически

прочная пластина слюды, на которую с обеих сторон напылены зеркала 2.

Пластины слюды получают отщипыванием от больших кусков минерала, и минимальные по толщине, пластины, пригодные для использования, получаются с толшиной мкм.

Наиболее существенным недостатком слюдяных фильтров является их слишком высокий порядок интерференции, имеющий в видимой области значение . Вследствие этого в видимой области спектральный интервал между соседними полосами пропускания фильтра на пластине слюды толщиной, например, t 20 мкм, составляет 40 А, что затрудняет фильтрацию света.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является сверхузкополосный интерференционный фильтр 3 (эталон Фабри-Перо), содержащий две подложки в виде пластин, поверхности которых обращены друг к другу, строго параллельно соединены на оптическом контакте тремя тонкими, отполированными стеклянными пластинами, расположенными под углом 120° по окружности и покрыты однородными, равнотолщинньши отражающими слоями.

Такое исполнение фильтра имеет несколько существенных недостатков. Во-первых, толщина трех разделительных пластин практически не может быть выполнена одинаковой и без клиновидности. Во-вторых, разделительные пластины из стекла или кварца технологически с большим трудом отполировываются до толщины 100 мкм. Спектральный интервал между полосами пропускания получается весьма малым, то есть порядок интерференции - очень больщим. В-третьих, усложняется эксплуатация фильтра: появляется необходимость в контроле за клиновидностью расстояния между подложками с зеркалами с помощью сложной оптикоэлектронной схемы.

Целью изобретения является получение интерференции порядка 1 -120 в видимой области спектра.

Это достигается тем, что в предлагаемом фильтре на поверхностях подложек выполнены углубления, а отражающие слои нанесены на плоские основания этих углублений, параллельные исходным поверхностям подложек.

На чертеже показан описываемый фильтр, содержащий (прозрачные) подложки 1, 2 с углублениями 3, 4, на основаниях которых напылены зеркала 5, 6. Поверхности подложек отполированы с высокой точностью и соединены на оптическом контакте по кольцевой зоне 7. Основания углублений 3, 4 плоскопараллельны исходным поверхностям 7. Зеркала 5, 6 могут быть диэлектрическими многослойными, полупрозрачными металлическими или просто в виде границы между материалом подложки, и средой (в частности воздухом) внутри объема 8 углублений.

Интерференционные явления в фильтре имеют место вследствие плоскопараллельности оснований углублений 3, 4 в прозрачных подложках 1, 2. Плоскопараллельность обеспечивается, во-первых, механической полировкой поверхности 7 подложек 1, 2; во вторых, получением углублений в подложках ионной полировкой; в третьих, соединением подложек на оптическом контакте Диаметр углублений, получаемых ионной полировкой составляет 150 мм, а их глубина - от произвольно минимальной до 20 мкм.

Порядок интерференции фильтра высокого порядка интерференции определяется из основной формулы эталона Фабри-Перо:

(1)

где л- показатель преломления вещества разделительного слоя фильтра; л - длина волны;

t - геометрическая толщина разделительного слоя.

При вычислении по формуле (1) в данном случае необходимо учитывать, что толщина t разделительного слоя меньще расстояния между основанием углублений 3, 4 на толщину зеркал.

Изготовление фильтра с полосой пропускания на заданную длину волны обеспечивается как контролем в процессе ионного полирования углублений, так и (в случае необходимости) по.дпыления на основания углублений вещества с показателем преломления, совпадающим с материалом подложки.

Межпорядковое расстояние ДА в фильтре высокого порядка интерференции равно, как известно:

ДА

(2)

(формула изобретения

Узкополосный интерференционный фильтр, содержащий две подложки в виде плоских пластин, поверхности которых с нанесенными однородными, равнотолщинными, отражающими слоями обращены друг к другу и параллельно соединены на оптическом контакте, отличающийся тем, что, с целью получения интерференции порядка в видимой области спектра, на внутренних поверхностях подложек выполнены углубления, а отражающие слои нанесены на плоские основания этих углублений, параллельные исходным поверхностям подложек.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

3.Journal Sciay Instruments, 43, № 7, 1966, p. 476 (прототип).