[发明专利]0.4-10.0微米超宽光谱分色镜

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学薄膜分色镜，涉及一种0.4-10.0微米超宽光谱分色镜，属于光学系统领域。

背景技术

普通的分色镜由于反射区和透射区的光谱宽度很窄，在一些要求具有更宽反射区和透射区的情况下，普通的分色镜就很难达到分色的要求。

另外随着光学薄膜器件使用条件变得更为苛刻，传统的分色镜在恶劣的环境下具有性能不稳定，易受环境影响的缺点，这也限制了普通分色镜的使用范围。

研制一种既具有在反射区反射率高和在透射区透射率高的特点，而且还具有优良光谱性能和环境稳定性的超宽光谱分色镜是当务之急。

发明内容

本发明的目的是提供一种既具有在反射区反射率高和在透射区透射率高，而且还具有优良的光谱性能和环境稳定性的超宽光谱分色镜。

超宽光谱分色镜的工作光谱范围为0.4～10.0μm，为了减少基底和镀膜材料对光波的吸收，应尽量选择在工作光谱范围内消光系数小的基底和镀膜材料。所以，该超宽光谱分色镜以氟化钡作为镀膜基底，二氧化钛和冰晶石为镀膜材料，通过重叠多个不同中心波长的长波通膜系展宽了反射带。

普通的分色镜由于反射区的光谱宽度很窄，展宽反射带的方法为在一个长波通(0.5HL0.5H)⁵的多层膜系上，叠加两个中心波长不同的长波通膜堆1.2(0.5HL0.5H)⁵、0.8(0.5HL0.5H)⁵，同时为了降低透射带的波纹，再加一层半波长厚的低折射率膜层2L。超宽光谱分色镜的最后设计膜系为：

BaF₂/1.2(0.5HL0.5H)⁵(0.5HL0.5H)⁵0.8(0.5HL0.5H)⁵2L/Air

再通过光学软件Macleod对设计膜系进行计算，其中的参数为H、L分别为高低折射率材料的1/4波长光学厚度，中心波长550nm；从而得出该超宽光谱分色镜在0.4～0.748μm波段，平均反射率为98.93％；在1.5～10.0μm波段，平均透射率86.64％。符合反射区反射率高和透射区透射率高的特点，而且光谱性能优良，是一种超宽光谱分色镜。

本发明制备超宽光谱分色镜的方法如下：

(1)清洁真空室：用吸尘器清除真空室内脱落的膜层，然后用脱脂纱布蘸无水乙醇擦拭干净真空室内壁。

(2)超声波清洗基底：将基片放入玻璃器皿，用分析纯丙酮将基片超声波清洗10min，再用分析纯无水乙醇超声波清洗10min，最后用分析纯无水乙醇冲洗干净，用专用无屑擦拭纸擦拭至表面无划痕、擦痕和液滴残留痕迹。

(3)加热基底：当本底真空度为5.0×10^-3Pa时，加热基底到沉积温度323～353K，并保温30Min～60Min。

(4)离子束清洗基底：基底加温完成后，用能量为80eV～130eV的离子束轰击清洗基底5Min～25Min，工作气体为氧气，气体流量20～30sccm。

(5)离子束辅助多层薄膜沉积：离子束轰击清洗完基底后，立即采用离子束辅助技术交替沉积二氧化钛和冰晶石薄膜至镀完整个膜系。工作气体为纯度99.99％的氧气，气体流量20～30sccm。

(6)基底降温：薄膜沉积完成后，让基底自然冷却至室温。

本发明的技术解决方案之一为：采用离子束辅助制备工艺，其特征在于：采用此种工艺制备的薄膜具有优良的光谱和力学稳定性。

上述方案的原理是：离子束辅助沉积是将离子轰击与镀膜结合在一起，即在镀膜的同时，使具有一定能量的轰击离子不断地射到膜与基材的界面，借助于级联碰撞导致界面原子混合，在初始界面附近形成原子混合区，再在离子束参与下继续生长出所要求厚度和特性的薄膜。离子束辅助沉积技术可以增加薄膜的附着力，提高薄膜的堆积密度和在外界环境下的稳定性。

本发明与现有技术相比的优点在于：通过重叠多个不同中心波长的长波通膜系展宽了反射带。超宽光谱分色镜在0.4～0.748μm波段，平均反射率为98.93％；在1.5～10.0μm波段，平均透射率86.64％。超宽光谱分色镜在反射区反射率高，反射区光谱范围宽，从反射区到透射区变化快，透射区透射率高，具有优良的光谱和力学稳定性。

附图说明

图1为本发明所设计的超宽光谱分色镜的透射光谱。

图2为本发明中超宽光谱分色镜的实测透射光谱。

具体实施方式

本发明设计超宽光谱分色镜的方法如下：