[发明专利]一种可见光、激光与中红外波段分色元件及设计方法

说明书

本发明属于光学薄膜技术领域，具体涉及一种可见光波段(0.6～0.9μm)和激光波段(1.06μm)反射、中红外波段(3.0～5.0μm)透射的分色元件及设计方法。本发明采用两块工作角度为45°的平行平板光学元件，通过对平板光学元件两侧光学薄膜的合理选择，依次按照红外波段透射、可见光反射和激光透射的方法进行分色，中红外波段的平均分光系数达到96％以上，可见光平均分光系数达到98％以上，1.06μm波段的分光系数达到98％以上。

技术领域

本发明属于光学薄膜技术领域，特别是有关三个波段的分光薄膜技术，具体涉及一种可见光波段(0.6～0.9μm)和激光波段(1.06μm)反射、中红外波段(3.0～5.0μm)透射的分色元件及设计方法。

背景技术

现代光电跟踪瞄准吊舱具有捕获、跟踪、瞄准一体化的功能，是现代空军的关键大型光电设备之一，一般采取红外成像、电视跟踪及激光测距/指示等方法，是空中作战飞机的重要系统组成部分。集红外成像、电视跟踪及激光测距功能于一体的光电吊舱，其光学系统基本采用共口径合光和分光系统。目前，国外先进吊舱均采用了电视、激光和红外等“三光”共用前端光学系统的方案，然后分别对每个光路进行信息处理。因此，分光元件是光电吊舱光学系统中后续分谱段成像与信息处理的核心元件之一。

目前，宽光谱的光谱分离只能采取光学薄膜技术，利用了光学薄膜的干涉原理实现对光能量的调制进而对光谱进行分离。由于可见光波段到中波红外涵盖了较宽的光谱范围，光谱分离时首先考虑基底的透光性，然后才能使用光学多层膜。在可见光波段和红外波段的分光一般采用可见光波段透射、红外波段反射的方式，这种方式使用可见光透明基底表面设计介质～金属～介质薄膜的方式，利用了金属的反射特性和诱导透射的特性。华北光电技术研究所研制成功了0.4～1.1μm高透、中远红外3～25μm高反的宽光谱带分色片，西安应用光学研究所研制成功0.45～1.6μm透射、8～12μm反射的宽光谱分色滤光片。这类分光的方式主要适用于分光谱段宽，但是其缺点是光谱过渡比较缓慢，过渡区的光谱资源不能得到充分利用，并且当透射区的光谱较宽时金属膜层薄，不易于制备。采用全介质薄膜的分光方法，虽然对于分离较宽的光谱没有优势，但是易于制备并且稳定性好，能够解决电视、激光和红外“三光”共光路系统的分光问题。

为了实现可见光波段、激光波段和中波红外波段的分离，本发明提出了一种可见光波段、激光波段和中红外波段的一种分色元件及设计方法，使用硅和熔融石英基底两块平行平板光学元件，通过表面设计光学多层膜可以实现三个波段的分光。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提出一种可见光、激光与中红外波段分色元件及设计方法，以解决如何在可见光、激光和中波红外共光路传输的情况下，将可见光波段(0.6～0.9μm)、激光波段(1.06μm)和中波红外波段(3.0～5.0μm)分离到三个光路上，并且尽可能提高每个谱段的分光效率的技术问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提出一种可见光、激光与中红外波段分色元件，该分色元件包括两块工作角度为45°的平行平板光学元件，第一平板光学元件的第一表面与第二平板光学元件的第一表面相对；可见光波段为0.6-0.9μm，激光波段为1.06μm，中红外波段为3.0-5.0μm；

第一平板光学元件使用硅基底，在硅基底的第一表面具有可见光波段和激光波段反射、中红外波段透射的光学多层分色膜；在硅基底的与第一表面相对的第二表面具有中红外波段减反射光学多层膜；

第二平板光学元件使用熔融石英或玻璃基底，在熔融石英或玻璃基底的第一表面具有可见光波段反射、激光波段透射的光学多层分色膜；在熔融石英或玻璃基底的与第一表面相对的第二表面具有激光波段的减反射光学多层膜；其中，

第一平板光学元件的具体结构为：