[发明专利]一种中波红外与长波红外波段分色元件及设计方法

摘要

本发明属于光学薄膜技术领域，具体涉及一种中波和红外波段的高效分光、在中波波段同步滤除二氧化碳红外辐射波长的分色元件及设计方法。该分色元件基于ZnS或ZnSe材料作为基底，可以将中波红外波段(3～5μm)以反射的方式分离，3.5～4.1μm反射率达到96％以上，4.4～4.7μm反射率达到90％以上，二氧化碳波长的反射率为10％以下；透射方向含有二氧化碳波长和长波红外波段(7.5～9.7μm)，7.5～9.7μm波段的透过率为97％以上。

主权项

1.一种中波红外与长波红外波段分色元件的设计方法，其特征在于，所述设计方法包括如下步骤：选定参考波长λ₀为4.2μm；选择基底材料Sub为ZnS或ZnSe，高折射率材料H为Ge，低折射率材料L为ZnS，甚低折射率材料A为YF₃；单位光学厚度为λ₀/4；所述基底为平行平板结构，具有相对的第一表面和第二表面；在所述第一表面设计反射中波红外、透射长波红外和二氧化碳红外辐射波长的光学多层膜，其初始膜系结构为：Sub|0.5H 1.2L 1.8H 0.3L 2.3H 1L 1.2H 1.2L 1H 2L 0.1H 2.5L 1H 1L 1.1H 1.2L 2.3H 0.2L 1.6H 0.8L 1.1A 0.2H|Air设定所述第一表面的膜系结构在λ₀±0.2μm波段的透过率为最大值，3～5μm其余波段的反射率为最大值，7.5～9.7μm波段的透过率为最大值；对所述第一表面的初始膜系结构进行优化，优化后的膜系结构为：Sub|x₁H x₂L x₃H x₄L……x₁₉H x₂₀L x₂₁A x₂₂H|Air其中，x₁～x₂₂为每层薄膜的光学厚度系数；在所述第二表面设计长波红外和二氧化碳红外辐射波长的减反射薄膜，其初始膜系结构为：Sub|0.8H 0.6L 0.6H 0.2L 1.6H 1.8L 0.4H 1.8L 1.6H 0.4L 0.2H 1.8L|Air设定所述第二表面的膜系结构在λ₀±0.2μm波段的透过率为最大值，7.5～9.7μm波段的透过率为最大值，对所述第二表面的初始膜系结构进行优化，优化后的膜系结构为：Sub|y₁H y₂L y₃H y₄L y₅H y₆L y₇H y₈L y₉H y₁₀L y₁₁H y₁₂L|Air其中，y₁～y₁₂为每层薄膜的光学厚度系数；最终的中波红外与长波红外波段分色元件的结构为：Air|x₂₂H x₂₁A x₂₀H x₁₉L……x₄H x₃L x₂H x₁L|Sub|y₁H y₂L y₃H y₄L y₅H y₆L y₇H y₈L y₉H y₁₀L y₁₁H y₁₂L|Air所述分色元件的工作角度为45°。