[实用新型]可见光近红外透射中长波红外反射的宽光谱分色片

说明书

技术领域

本专利涉及光学薄膜技术。具体指一种透射可见光近红外波段，反射中长波红外波段的宽光谱分色片。

技术背景

宽光谱分色片是一种能够把可见光近红外和中远红外光谱能量分开的光学器件，它在航空航天遥感领域有着重要应用。为了得到丰富的遥感信息，许多空间光学遥感仪器都采用了多光谱通道的方式，光谱通道分布在从可见光到长波红外(0.4～15μm)的宽光谱范围，并且有着向光谱范围更宽，光谱通道更多，光谱更加密集的方向发展之趋势。为了将不同的光谱分配到不同的光路和探测焦面上，需要研制(超)宽光谱分色片，要求分色片的光谱覆盖所有光谱通道，反射或透射的光学能量高，反射区和透射区之间的光谱过渡迅速。因此，如何得到高光学效率的宽光谱分色片，同时实现透射区到反射区的迅速过渡，充分利用光谱信道资源，对于整个仪器非常重要，有时甚至是决定仪器成功与否的决定性因素。

目前在光学遥感仪器宽光谱分色片的研制中，要实现可见-红外宽光谱分色，分色膜中需要有金属膜层参与，以便在可见区域诱导透射，在红外区域依靠金属膜层的金属特性实现反射。这类分色片的优势是光谱覆盖范围宽，反射区可以展开到长波红外，甚至更远的地方。但这种单一的诱导透射结构分色片也存在一些不足，主要表现在：①当透射区的光谱较宽时，金属膜层需要非常薄，金属性表现不充分，导致可见光近红外波段透过率以及红外波段反射率降低，分色片的性能下降；②光谱过渡比较缓慢，过渡区的光谱资源不能得到充分利用；③金属膜层非常薄，膜层的光学厚度难以控制，工艺重复性差。

发明内容

本专利的目的是提供一种宽光谱分色片，透射可见光近红外波段，反射中长波红外波段，解决了空间遥感用宽光谱分色片可见近红外通带宽，中长波红外反射率高，光谱过渡区陡度大等指标要求不能同时实现的技术难题。

本专利的技术方案是：一种可见光近红外透射中长波红外反射的宽光谱分色片结构如附图1所示，在光学基片1的一侧依次制备匹配膜层2和诱导透射膜层3。

宽光谱分色片的膜系结构为：

基片1/匹配膜层2/诱导透射膜层3/空气

所述的匹配膜层2为高、低折射率材料交叠的多层介质膜层，其膜系结构为：

当匹配膜层2的膜层数为奇数时，膜系为：

a₁H a₂L a₃H … a_n-1L a_nH；

当匹配膜层2的膜层数为偶数时，膜系为：

a₁H a₂L a₃H … a_n-1H a_nL

其中：H代表光学厚度为λ₀/4的高折射率材料膜层，所述的高折射率材料为Ta₂O₅、Nb₂O₅或TiO₂；L代表光学厚度为λ₀/4的低折射率材料膜层，所述的低折射率材料为SiO₂；λ₀为中心波长；a₁，a₂，a₃，…，a_n-1，a_n代表匹配膜层2各膜层的光学厚度的系数，其值均为大于零的正数；n代表匹配膜层2的总层数，其值为6～12之间的整数；

所述的诱导透射膜层3采用两层相同的介质膜之间加金属膜的组合结构，即在匹配膜层2上依次镀制介质层4、金属层5与介质层4；介质层4)硫化锌(ZnS)膜层，厚度为45～80nm；金属层5为银膜层，厚度为5～9nm。

本专利的宽光谱分色片具有以下几个方面的优点：

1)本专利所述的分色片采用优化后的全介质匹配膜层+诱导透射膜层结构设计，展宽了可见光近红外波段通带，中长波红外波段保持了较高反射率，并且缩短了透射区与反射区之间的过渡带。

2)本专利所述的分色片结构简单，工艺重复性好，便于制备。

附图说明

图1为可见光近红外透射中长波红外反射的宽光谱分色片的结构示意图。

图2为实施实例1给出的宽光谱分色片在0.45～2.5μm增加匹配膜层前后透过率设计曲线。其中，曲线a为增加匹配膜层前透过率曲线，曲线b为增加匹配膜层后透过率曲线。