Оптический интерференционныйотрезающий фильтр

 

Союз Советских

Социалистических

1вес ублнк

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлеио17. 07. 79 (21) 2797195/18-10

<111847243 (51 1М. К„.з с присоединением заявки ¹â€”

G 02 В 5/28

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет— (53) УДК 535,345,67 (088.8) Опубликовано 150781. Бюллетень № 26

Дата опубликования описания 15.0781 (72) Авторы изобретения

М.Х. Ахмадеев, М.A.Ãèñèí, А.В.Лихолет и А.Г. Учайкин (71) Заявитель (54) ОПТИЧЕСКИЙ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ

ОТРЕЗАЮЩИЙ ФИЛЬТР

Изобретение относится к инфракрасной 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 интерференционную систему иэ чередующихся слоев с высоким и низким показателями преломления и оптической толщиной

)(,в/4, в четверть длины волны излучения (1).

В общем случае основные оптические 15 характеристики отрезающих фильтров (спектральная ширина области фильтрации излучения, контрастность, определяемая отношением прозрачности в рабочем диапазоне и прозрачности в области фильтрации) зависят от отношения показателей преломления ПВ/ПН. (ПВ и ПН вЂ высокий и низкий соответственно показатели преломления слоев) и тем лучше, чем больше это отношение..Использование покрытий с большим значением отношения ПВ/Пн особенно эффективно при создании фильтров для рабочего диапазона более

5 мкм, поскольку при малом значении ЗО этого отношения фильтры должны включать в себя более 30 слоев, что приводит к уменьшению прозрачности эа 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 П /ПИ отрезающая система обладает в рабочем диапазоне глубокими флуктуациями кривой пропускания, что уменьшает среднее значение коэффициента пропускания, а в ряде случаев использования фильтров еще и усложняет интерпретацию полученных при измерениях данных. Особенно глубокие флуктуации наблюдаются при использовании подложек с показателем преломления II> 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.

847243

2О

4О

56

И

ЖО.Цля устранения этих Флуктуаций предлагают конструкцию отрезающих

Фильтров рассчитывать с использованием полиномов Чебышева, что приводит. к тому, что оптические толщины отдельных слоев, формирующих интерференционную систему, берутся неравными между собой H некратны:ж друг другу(2(Однако точное выполнение расчетных значений толщины слоев черезвычайно затруднительно, ошибки, возникающие при контроле оптической толщины слоев в процессе изготовления фильтров, приводят к значительному искажению

Формы 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 конкретных значений показателей преломления используемых чередующихся слоев и подложки. Так, например, для отрезающей системы из слоев с ПН = 5,0 и

П = 1,3 на подложке с П„ = 4,0 показатели преломления корректирующих слоев должны быть равны 3,25 и

1,50 (3 j.

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 эксплуатационные параметры всего фильтра (в приведенном случае слой с П = 1,5 в инфракрасной области спектра может быть реализован на основе черезвычайно гигроскопических материалов, таких, как бромистый калий, хлористый натрий и т.п.).

Цель изобретения — увеличение пропускания оптических интерференционных отрезающих фильтров на основе слоев с высоким (П З = 5,0-5,4) и низким (цн = 1,35-2,3) показателями преломления на подложках с высоким (Пп — — 3,4-4,1) показателем преломле- . ния.

Поставленная цель достигается тем, что в оптическом интерференционном отрезающем фильтре, оптические толщины двух крайних по отношению к воздуху слоев Равны К .Я /4 и К gy4, где К(= 0,40-0,45 и К вЂ” — 1,25-1,3, а оптические толщины двух крайних по отношению к подложке слоев равны

К Ао/4 и Кд о/4 r e К 3 0,65 0 7 и К4 = 0,60-0,65.

Использование такой интерференционной системы позволяет практически ликвидировать первый и второй (относительно границы пропускания фильтра) минимумы кривой прозрачности и увелучить тем самым коэффициент пропускания в рабочем диапазоне спектра.

На чертеже изображены экспериментальные характеристики пропускания

9-слойной системы из слоев теллурида свинца (П = 5,0) и фтористого бария (Пн = 1,4Г на подложке из германия (Нп = 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 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 jL+4, расположенную на подложке с высоким (3,4-4,1) показателем преломления, о.т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения коэффициента пропускания фильтра, оптические толщины двух крайних по отношению к воздуху слоев равны К WP4 и К . /4, где

К = 0,40-0,45 и К2 = 1,25-1,3, а ойтические толщины двух крайних по отношению к подложке слоев равны

К9 А с/4 и К,4 1о/4, где K> — -0,650,70 и К, = 0,60-0 65.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

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

2. Смит С. и др. Инфракрасные методы в космических исследованиях.

М.; "Мир", 1977.

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

847243

Дбиба Юолн«, мкн

6ояна5ое жио, си

Составитель З.Лычкова

Редактор О.Персиянцева Техред T. Маточка Корректор Л.Иван

Подписное

Заказ 5482/72 Тираж 539

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий.

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП ."Патент", г.уЖгород, ул.Проектная,4