[发明专利]一种以锗为基底45度角倾斜使用的红外宽光谱分色片

说明书

本发明公开了一种以锗为基底45度角倾斜使用的红外宽光谱分色片，该分色片入射面采用长波通滤光片的膜系结构形式，实现短波红外反射，中长波红外透射的光谱分光功能，膜系采用锗和硫化锌作为高低折射率材料。通过使用双反射堆来实现多通道宽带反射，反射堆两端加匹配层，匹配层中使用氟化镱，优化匹配层压缩透射通道波纹；出射面设计了宽光谱减反射膜，以获得透射通道高透射率。分色片在制备过程中采用合适的沉积速率、沉积温度与离子辅助沉积等工艺。该分色片能实现在1.29μm～1.38μm、1.58μm～1.83μm、1.95μm～2.32μm三个通道内高反射，3.70μm～12.50μm内多个通道高透射。本发明的分色片可靠性好、光学及物理性能稳定。

技术领域

本发明涉及光学薄膜技术，具体指一种以锗为基底45度角倾斜使用的红外宽光谱分色片，通过在锗基底入射面上制备具有光谱分光功能的分色膜、在基底出射面上制备宽光谱减反射膜，从而实现光谱分光。

技术背景

红外光谱成像仪是对地观测卫星上的主要探测载荷之一，应用于大气成分的监测，在气象分析、生态环境保护等方面发挥重要作用。在红外多通道遥感成像光谱仪中，通常采用分色片进行光谱分光以实现光信号的变向传递，使得不同波段范围内的光信号被合适的探测器接收后分别成像。通过设计一种红外多通道宽光谱分色片，将宽光谱的红外光按照系统要求分到两个不同的光路中，1.29μm～1.38μm、1.58μm～1.83μm、1.95μm～2.32μm短波红外通道内的光经过分色片后进入反射光路，而3.70μm～12.50μm范围内的中波红外通道与长波红外通道内的光经分色片后进入透射光路。

分色片以锗晶体作为基底材料，设计上膜层材料选用透明波段宽且环境稳定性良好的锗、硫化锌与氟化镱材料。该分色片对于风云三号D星中分辨率光谱成像系统具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种以锗为基底45度角倾斜使用的红外宽光谱分色片，对1.29μm～12.50μm红外宽光谱进行分光，以满足风云三号D星中分辨率光谱成像仪中的光谱分光需求。

本发明的技术方案是：在锗基底入射面上制备分色膜，在基底出射面上制备宽光谱减反射膜。

该分色片的入射面上设计分色膜，其主膜系中采用长波通滤光片结构形式，以锗和硫化锌分别作为高折射率材料和低折射率材料。因分色片是在大角度(45°角)入射下使用，三个短波反射通道分布在1.29μm～2.32μm的宽带内，单个反射堆无法满足带宽要求，为此膜系结构中使用双反射堆，在双反射堆的两端加匹配层，匹配层中使用更低折射率的氟化镱材料。在分色片的出射面上设计宽光谱减反射膜，以锗、硫化锌和氟化镱分别作为高折射率材料、中等折射率材料和低折射率材料，通过优化膜层获得中波与长波通道高透射率。

根据以上分析，该分色片的实现包括以下步骤：

1.膜系的结构

分色膜的膜系结构为：

基底/M₁(0.58N1.16H0.58N)⁷(0.46N0.92H0.46N)^a M₂/空气其中：M₁为前匹配层，M₂为后匹配层，M₁结构为k₁Nk₂Hk₃Nk₄H，M₂结构为g₁Hg₂Ng₃Hg₄Ng₅Hg₆Ng₇Hg₈Ng₉Hg₁₀Ng₁₁Lg₁₂Ng₁₃Hg₁₄Ng₁₅Lg₁₆N，指数a是第二个反射堆周期数。