[发明专利]5.25微米波长的中波红外窄带滤光片

说明书

技术领域

本专利涉及一种窄带滤光片光学元件，具体涉及一种中心波长为5.25微米的窄带红外滤光片，它专用于红外气体分析仪器。

背景技术

一氧化氮红外光学分析仪器应用广泛，检测气体含量具有实时、连续和可靠的特点。但目标气体中通常一氧化氮含量低，红外特征吸收峰较弱，测量困难。因此，目前国内外较多采用化学法和薄膜热敏探测法，存在探测器寿命短或成本高等问题。作为一氧化氮红外分析仪器的核心部件，新型5.25微米波长窄带红外滤光片可增加滤光片对一氧化氮的分辨能力，提高一氧化氮红外光学分析仪器探测精度。

本专利通过设计、试验，针对一氧化氮红外吸收光谱，研制出一种中心波长为5.250微米红外窄带滤光片，它以三氧化二铝晶体为基底，硒化锌及碲化铅为膜层材料，采用真空薄膜沉积方法制备。膜系结构为多半波、高级次间隔层及高截止深度截次峰膜系，具有良好的抑制其他气体干扰性能(截止区域T_MAX＜0.05％)。产品光学性能及膜层的物理强度满足实际使用要求，适合于环保及化工等领域微量一氧化氮气体分析仪器使用。

理论设计滤光片波形系数为1.50，滤光片带宽0.14微米，透过率80％，中心波长定位5.250微米。本专利5.25微米波长窄带红外滤光片除主峰通带外，全光谱区域全截止，能有效提高分析仪器对一氧化氮气体的分辨率。

发明内容

本专利的目的是提供一种中心波长为5.25微米波长窄带红外滤光片。本专利通过以下技术方案实现：

1、用直径为12毫米、厚度为0.5毫米三氧化二铝晶体作基板2，其表面光圈N＜3，局部光圈ΔN＜0.4，上下两表面间不平行度θ＜1’，表面光洁度B＝III；

2、镀膜材料选择硒化锌和碲化铅，在基板的正面及反面上分别蒸镀多层干涉薄膜。

3、正面膜系1采用：

Ns|H2L(2LHLHLH2L)²2LH(LHL)⁵|No；

反面膜系3：

Ns|L[0.412(0.5LH0.5L)]⁶[0.583(0.5LH0.5L)]⁶HL|No；

膜系中的符号含义分别为：Ns表示基板2，No表示空气，L表示厚度为λ₀/4硒化锌膜层，H表示厚度为λ₀/4碲化铅膜层，中心波长λ₀＝5.250微米，H、L前的0.5以及膜堆前的0.412、0.583数字为膜层的厚度系数，膜堆上的指数为膜堆镀膜的周期数。

本专利有如下有益的效果：

1.滤光片达到优良的技术指标，具有中心波长为5.250微米的窄带透过光谱，透射带的上升沿和下降沿陡峭，波形矩形度好，截止区域内截止深度小于0.05％。采用这一特定的滤光片可以起到限制光谱范围，抑制背景干扰，减少其它气体干扰，提高目标气体的分辨率。

2.本专利滤光片工艺简单，已形成批量生产，滤光片性能稳定，满足高精度一氧化氮红外气体分析仪器的性能要求。

3.针对一氧化氮特征吸收光谱微弱，通过测量采样气体对5.250微米处一定宽度红外光谱的衰减数值。配合分析仪器，最低可测量6.7mg/m³一氧化碳气体的含量，适用于环保及化工等领域红外气体分析仪器使用。

附图说明

图1为5.25微米波长窄带红外滤光片正面及反面膜层排列示意图，其中1为正面膜系，2为基板，3为反面膜系。

图2为本专利产品光谱透过率与波长关系的实例曲线。

具体实施方式

由于本专利滤光片采用结构为多半波、间隔层高级次膜系，提高了通带矩形度，压窄通带宽度以增加对一氧化氮气体分辨率。选用高折射率窄禁带碲化铅材料，利用其本征吸收特性截除小于4.0微米的次峰，并增加截止深度。选用厚度为0.5毫米，表面抛光的三氧化二铝晶体作基板，截除滤光片7.7微米后次峰。

正面膜层及反面层分别通过真空镀膜实现，将硒化锌和碲化铅膜料交替蒸镀在基片的二个面上(附图1)。

为了有效获取一氧化氮气体浓度参数，滤光片中心波长的定位精度要求小于0.2％，采用反射率监控精度高于0.1％的红外自动监控系统进行膜厚监控。

采用反射式奇级次间接直控光电法，层与层具有良好的补偿效应，实现制备5.250微米波长窄带红外滤光片。

采用PrkinElmer Spectrum GX型傅立叶变换光谱仪测试，本滤光片最终性能结果如下(曲线见图2)：