Оптический интерференционныйОТРЕзАющий фильТР Советский патент 1981 года по МПК G02B5/28 

Изобретение относится к инфракрас ной оптической технике, а именно к средствам выделения заданного спектрального диапазона, и может быть использовано в спектральных приборах, радиометрах, пирометрах и другой .аппаратуре . Известны оптические интерференционные фильтры, содержащие интерферен ционную систему из чередующихся слоев с высоким и низким показателями преломления и оптической толщиной Xo/4/ в четверть длины волны излучения fl . В общем случае основные оптически характеристики отрезающих фильтров (спектральная ширина области фильтра ции излучения, контрастность, опреде ляемая отношением прозрачности в рабочем диапазоне и прозрачности в области фильтрации) зависят от отношения показателей преломления Пд/П. (Пд и Пц -высокий и низкий соответственно показатели преломления слоев) и тем лучше, чем больше это отношение. Использование покрытий с большим значением отношения Пв/Пц особенно эффективно при создании фил тров для рабочего диапазона более 5 мкм, поскольку при малом значении этого отношения фильтры должны включать в себя более 30 слоев, что приводит к уменьшению прозрачности за счет присущего слоям поглощения и рассеяния, ухудшает эксплуатационные характеристики (механическую прочность, термо- и влагоустойчивость) и усложняет технологический процесс изготовления фильтров. Однако при использовании покрытий с большим значением отношения отрезающая система обладает в рабо- . чем диапазоне глубокими флуктуациями кривой пропускания, что уменьшает среднее значение коэффициента про- пускания, а в ряде случаев использования фильтров еще и усложняет интерпретацию полученных при измерениях данных. Особенно глубокие флуктуации наб.людаются при использовании подложек с показателем преломления П более 2,0. Практически все прозрачные в диапазоне более 5,0 мкм материалы с низким показателем преломления (например, хлористый натрий, бромистый калий, йодистый цезий и др.) гигроскопичны и не могут использоваться в качестве подложки для интерференционных фильтров.

Для устранения этих флуктуации предлагают конструкцию отрезающих фильтров рассчитывать с использованием полиномов Чебышева, что приводи к тому, что оптические толщины отдельных слоев, формирующих интерференционную систему,, берутся неравными , между собой и некратны: друг другур

Однако точное выполнение расчетных значений толщины слоев чрезвычайно затруд нительно,- ошибки, возникающие при контроле оптической толщины слоев в процессе изготовления фильтров, приводят к значительному искажению фор1«ы кривой пропускания, что практически уменьшает прозрачность в рабочем диапазоне спектра и ухудшает крутизну границы пропускания.

Наиболее близкими к предлагаемому по технической сущности являются отрезающие фильтры, в которых сглаживание кривой пропускания достигается нанесением между подложкой и системой, а также между системой и воздухом корректирующих слоев, показатели преломления и оптические толщины которых рассчитываются по известным формулам и зависят от конкретны значений показателей преломления используемых чередующихся слоев и подложки. Так, например, для отрезающей системы из слоев с Пд 5,0 и Пц 1,3 на подложке с П- 4,0 показатели преломления корректирующих слоев должны быть равны 3,25 и 1,50 3.

Недостатком этого метода является то, что, во-первых, не все полученные расчетным путем значения показателей преломления могут быть практически реализованы (в приведенном случае 3,25) , и, во-вторых, то, что применение имеющихся на практике но отличных от веществ, образующих исходную фильтрующую систему, мате.риалов зачастую значительно ухудшает эксплуатайхионные параметры всего фильтра (в приведенном случае слой с П 1,5 в инфракрасной области спектра может быть реализован на основе чрезвычайно гигроскопических материалов, таких, как бромистый калий, хлористый натрий и т.п.).

Цель изобретения - увеличение пропускания оптических интерференционных отрезающих фильтров на основе слоев с высоким (Пв 5,0-5,4) и низким (П 1,35-2,3) показателями преломления на подложках с высоким (Пр 3,4-4,1) показателем преломления.

Поставленная цель достигается тем что в оптическом интерференционном отрезающем фильтре, оптические толщины двух крайних по отношению .к воздуху слоев равны К -Д„/4 и К Яо/4, где К 0,40-0,45 и К 1,25-1,3, а оптические толщины двух крайних по отношению к подложке слоев равны К Ло/4 и КД.АО/, где К- 0,65-0,70 5 и К. 0,60-0,65.

Использование такой интерференционной системы позволяет практически ликвидировать первый и второй (отно.сительно границы пропускания фильтра)

j HHMyNKd кривой прозрачности и yaejmчить тем caNHdM коэффициент пропускания в рабочем диапазоне спектра,

На чертеже изображены экспериментальные характеристики пропускания

5 9-слойной системы из слоев теллурида свинца (П 5,0) и фтористого бария (Пц 1,4) на Подложке из германия (Пр 4,1) и традиционной четвертьволновой системе из этих же материалов,

Таким образом, технико-экономическая эффективность использования предлагаемой конструкции фильтра состоит в том, что на 10-15% повышается

5 коэффициент прозрачности в рабочем диапазоне спектра, что, в свою .очередь, повышает чувствительность аппаратуры, в которой используются фильтры,

Формула изобретения

Оптический интерференционный отрезающий фильтр, содержащий интерференционную систему из чередующихся

слоев с высоким (5,0-5,4) и низким (1,35-2,3) показателями преломления и оптической толщиной в четверть длины волны излучения А-о/4, расположенную на подложке с высоким (3,4-4,1) показателем преломления, о.т личающийся тем, что, с целью увеличения коэффициента пропускания фильтра, оптические толщины

двух крайних по отношению к воздуху слоев равны К и К Ко/ Д К 0,40-0,45 и Kj 1,25-1,3, а оптические толщины двух крайних по отношению к подложке слоев равны

КаЯо/4 иКдА-о/ г где К 0,650;70 и Кд 0,60-0,65,

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Борисевич И.А, и др. Инфракрасные фильтры. Минск, Наука и техника, 1971.

2.Смит С. и др. Инфракрасные методы и космических исследованиях, М. Мир, 1977.

3.Фурман Ш.А. Оптические тонкослойные покрытия. Л., Машиностроение, 1977 (прототип)х.

fUiUHu, SojtHVj мкн IS If f7 tS.HKif

п