[发明专利]一种可见光与长波红外全介质薄膜分色元件及设计方法

摘要

本发明属于光学薄膜技术领域，特别是有关光学分光的薄膜技术，具体涉及一种可见光波段(0.4～0.7μm)反射和长波红外波段(7～10μm)透射的全介质薄膜分色元件及设计方法。与传统的介质‑金属‑介质膜系结构不同，本发明提出的分色元件，在ZnS或ZnSe基底上采用全介质薄膜材料设计，按照可见光反射红外透射的方式进行分光，可见光平均分光效率达到80％以上，长波红外平均分光效率达到96％以上。

主权项

1.一种可见光与长波红外全介质薄膜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0.55μm，单位光学厚度为λ₀/4；选择基底Sub为ZnS或ZnSe；甚高折射率材料A为Ge，高折射率材料H为ZnS，低折射率材料L为YF₃；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可见光反射和长波红外透射的光学多层膜，其初始膜系结构为：Sub|6A 6H 17A 5L 1A 2H 0.8A 2H 0.8A 1L 0.9H 1L 0.9H|Air设定所述第一表面的膜系结构在λ₀±0.15μm的波段范围内反射率为最大值，7～10μm波段的透射率为最大值；对所述第一表面的膜系结构进行优化，优化后的膜系结构为：Sub|x₁A x₂H x₃A x₄L x₅A x₆H x₇A x₈H x₉A x₁₀L x₁₁H x₁₂L x₁₃H|Air其中，x₁～x₁₃分别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透射的减反射薄膜，其初始膜系结构为：Sub|5.9A 1.1L 25.6A 6.1H 4.2L 5.5H|Air设定所述第二表面的膜系结构在7～10μm的透过率为最大值，对所述第二表面的膜系结构进行优化，优化后的膜系结构为：Sub|y₁A y₂L y₃A y₄H y₅L y₆H|Air其中，y₁～y₆分别为每层薄膜的光学厚度系数；最终的中波红外与长波红外分色元件的结构为：Air|x₁₃H x₁₂L x₁₁H x₁₀L x₉A x₈H x₇A x₆H x₅A x₄L x₃A x₂H x₁A|Sub|y₁A y₂L y₃A y₄H y₅L y₆H|Air所述分色元件的工作角度为45°。