一种滤除二氧化碳辐射波长的中波红外透射光学元件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种滤除二氧化碳辐射波长的中波红外透射光学元件及其制备方法，属于光学薄膜技术领域，在3μm‑5μm波段中去除二氧化碳辐射波长，该制备方法，使用棱镜转向和反射滤光的方法，通过设计固定棱镜45度的反射滤光薄膜，通过二次反射的方法实现对二氧化碳波长的滤波；该光学元件，主要由四个硅材料的直角棱镜组成；第一直角棱镜斜边表面或第四直角棱镜斜边表面制备反射滤光薄膜；第二直角棱镜直角边表面或第三直角棱镜的直角边表面制备减反射薄膜。本发明专利技术的内容能够实现其余波长的高效透过，设计的元件结构简单易于制作，可直接应用于二氧化碳波长陷波的红外光学成像系统中。

【技术实现步骤摘要】
一种滤除二氧化碳辐射波长的中波红外透射光学元件及其制备方法
本专利技术属于光学薄膜
，特别是有关红外光学薄膜元件的设计与制备技术，涉及一种滤除二氧化碳波长的中波红外透射元件。
技术介绍
红外导引头是一种接收3μm-5μm或8.0μm-14.0μm目标电磁辐射的自寻的装置。它探测的目标本身能辐射红外线，无需外部照射，多数的军事目标(飞机、探测、军舰等)都是良好的红外辐射源。由于红外导引头是被动检测系统，无论哪一类红外导引头，目标和背景都是它们的组成部分之一，它们的共同任务都是从背景噪声中提取红外目标信号。所不同的是：红外点源导引头是一种能量检测系统，它需要从空间、时间、光谱等特征方面，经过调制或滤波，抑制背景噪声，提取目标信号；而红外成像导引头则是一种对比度检测系统，目标和背景都是检测对象，它将相邻两个瞬时所检测到的信号差值作为有效信号值，其识别目标的基础是要找出目标和背景的特征差。在对地目标的红外成像导引装置研究中，目标所处的周围环境存在大量的自然辐射源，如太阳、大气、海绵、天空等等。由于大气中二氧化碳的辐射波长在4.2μm附近，往往会淹没目标的辐射信息，影响到红外成像的对比度。因此如何从3μm-5μm波段中去除二氧化碳的辐射波长，并且保持该波段内其余部分高透过率，是近年来红外成像系统的关键问题之一。采用光学负滤光薄膜的方式在设计上可以实现去除二氧化碳辐射波长，但是膜层厚度太厚无法在制备工艺上有效实现。采用超表面的方法也是一条技术途径，但是由于超表面的制造技术并不成熟，限制了该方法的应用。本专利技术提供了一种在3.5μm-4.9μm波段中去除二氧化碳辐射波长的方法，并且能够实现其余波长的高效透过，为解决上述的问题提供了新的方法。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是：在3μm-5μm波段中去除二氧化碳辐射波长的方法，并且能够实现其余波长的高效透过，设计的元件结构简单易于制作。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是，一种滤除二氧化碳辐射波长的中波红外透射光学元件，其特征在于，主要由四个硅材料的直角棱镜组成；第一直角棱镜斜边表面即A表面，或第四直角棱镜斜边表面即B表面，制备反射滤光薄膜；第二直角棱镜直角边表面即C表面，或第三直角棱镜的直角边表面即D表面，其制备减反射薄膜；第一直角棱镜斜边表面即A表面与第二直角棱镜斜边表面相邻；第三直角棱镜斜边表面与第四直角棱镜斜边表面即B表面相邻；第三直角棱镜斜边的直角边与第二直角棱镜的直角边相邻；1)C表面或D表面的减反射多层膜的膜系结构为：Sub/x1Mx2Hx3Lx4M/Air其中，Sub为基底，基底为硅，H、M和L分别代表高折射率、中折射率和低折射率材料，x1～x4分别代表每层膜的光学厚度系数，设置薄膜的中心波长为λ0，单位光学厚度为λ0/4；H为高折射率材料锗，M为中折射率材料硫化锌，L为低折射率材料氧化铝；2)上述的膜系结构中，设定λ0＝4.1μm，则x1-x4的系数如下：x1＝0.3302,x2＝0.2632,x3＝0.9854,x4＝0.02883)A表面或B表面的反射滤光薄膜膜系结构为：Sub/y1Ay2Hy3Ly4Hy5Ly6Hy7Ly8Hy9Ly10Hy11Ly12Hy13L/Air其中，Sub为基底，基底为硅，H和L分别代表高折射率和低折射率材料，A为金属薄膜材料；y1～y13分别代表每层膜的光学厚度系数，薄膜的中心波长为λ0，单位光学厚度为λ0/4；所述高折射率材料为锗，低折射率材料为氧化铝；4)上述的反射滤光膜系结构中，设定λ0＝4.1μm，则y1-y13的系数如下：y1＝0.0339,y2＝1.8586,y3＝0.1737,y4＝1.7836,y5＝1.2152,y6＝1.2910,y7＝0.2104,y8＝1.5364,y9＝1.2907,y10＝1.3498,y11＝0.2134,y12＝1.4645,y13＝0.6509。优选地，上述一种滤除二氧化碳辐射波长的中波红外透射光学元件，其特征在于，C表面和D表面同时制备减反射薄膜。优选地，上述一种滤除二氧化碳辐射波长的中波红外透射光学元件，其特征在于，四块棱镜通过胶合工艺胶合在一起，入射面为C表面，出射面为D表面。优选地，上述一种滤除二氧化碳辐射波长的中波红外透射光学元件，其特征在于，A表面和B表面同时制备反射滤光薄膜。优选地，上述一种滤除二氧化碳辐射波长的中波红外透射光学元件，其特征在于，金属材料为金薄膜。一种滤除二氧化碳辐射波长的中波红外透射光学元件的制备方法，其特征在于，该方法包括以下内容：1)第二直角棱镜直角边表面即C表面，或第三直角棱镜的直角边表面即D表面，其制备减反射薄膜；C表面或D表面的减反射多层膜的膜系结构为：Sub/x1Mx2Hx3Lx4M/Air其中，Sub为基底，基底为硅，H、M和L分别代表高折射率、中折射率和低折射率材料，x1～x4分别代表每层膜的光学厚度系数，薄膜设计的中心波长为λ0，单位光学厚度为λ0/4；2)上述的膜系结构中，设定λ0＝4.1μm，确定系数x1-x4，3)第一直角棱镜斜边表面即A表面，或第四直角棱镜斜边表面即B表面，制备反射滤光薄膜；A表面或B表面的反射滤光薄膜膜系结构为：Sub/y1Ay2Hy3Ly4Hy5Ly6Hy7Ly8Hy9Ly10Hy11Ly12Hy13L/Air其中，Sub为基底，基底为硅，H和L分别代表高折射率和低折射率材料，A为金属薄膜材料；y1～y13分别代表每层膜的光学厚度系数，薄膜设计的中心波长为λ0，单位光学厚度为λ0/4；4)上述的反射滤光膜系结构中，设定λ0＝4.1μm，确定系数y1-y13；5)四块棱镜通过胶合在一起，入射面为C表面，出射面为D表面；使第一直角棱镜斜边表面即A表面与第二直角棱镜斜边表面相邻，第三直角棱镜斜边表面与第四直角棱镜斜边表面即B表面相邻，第三直角棱镜斜边的直角边与第二直角棱镜的直角边相邻。优选地，上述一种滤除二氧化碳辐射波长的中波红外透射光学元件的制备方法，其特征在于，H为高折射率材料锗，M为中折射率材料硫化锌，L为低折射率材料氧化铝。优选地，上述一种滤除二氧化碳辐射波长的中波红外透射光学元件的制备方法，其特征在于，金属材料为金薄膜。优选地，上述一种滤除二氧化碳辐射波长的中波红外透射光学元件的制备方法，其特征在于，确定x1-x4的系数如下：x1＝0.3302,x2＝0.2632,x3＝0.9854,x4＝0.0288。优选地，上述一种滤除二氧化碳辐射波长的中波红外透射光学元件的制备方法，其特征在于，确定y1-y13的系数如下：y1＝0.0339,y2＝1.8586,y3＝0.1737,y4＝1.7836,y5＝1.2152,y6＝1.2910,y7＝0.2104,y8＝1.5364,y9＝1.2907,y10＝1.3498,y11＝0.2134,y12＝1.4645,y13＝0.6509。(三)有益效果上述技术方案所提供的光学元件具有易于制作和光学性能高的优点，使用四块棱镜组合，涉及减反射薄膜和反射滤光薄膜两类薄膜，为一种滤除二氧化碳辐射波长(4.085μm-4.419μm)的中波红外(3.5μm-4.7μm)减反射元件，可实现在3.5μm-4.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种滤除二氧化碳辐射波长的中波红外透射光学元件，其特征在于，主要由四个硅材料的直角棱镜组成；第一直角棱镜斜边表面即A表面，或第四直角棱镜斜边表面即B表面，制备反射滤光薄膜；第二直角棱镜直角边表面即C表面，或第三直角棱镜的直角边表面即D表面，其制备减反射薄膜；第一直角棱镜斜边表面即A表面与第二直角棱镜斜边表面相邻；第三直角棱镜斜边表面与第四直角棱镜斜边表面即B表面相邻；第三直角棱镜斜边的直角边与第二直角棱镜的直角边相邻；1)C表面或D表面的减反射多层膜的膜系结构为：Sub/x1M x2H x3L x4M/Air其中，Sub为基底，基底为硅，H、M和L分别代表高折射率、中折射率和低折射率材料，x1～x4分别代表每层膜的光学厚度系数，设置薄膜的中心波长为λ0，单位光学厚度为λ0/4；H为高折射率材料锗，M为中折射率材料硫化锌，L为低折射率材料氧化铝；2)上述的膜系结构中，设定λ0＝4.1μm，则x1‐x4的系数如下：x1＝0.3302,x2＝0.2632,x3＝0.9854,x4＝0.02883)A表面或B表面的反射滤光薄膜膜系结构为：Sub/y1A y2H y3L y4H y5L y6H y7L y8H y9L y10H y11L y12H y13L/Air其中，Sub为基底，基底为硅，H和L分别代表高折射率和低折射率材料，A为金属薄膜材料；y1～y13分别代表每层膜的光学厚度系数，薄膜的中心波长为λ0，单位光学厚度为λ0/4；所述高折射率材料为锗，低折射率材料为氧化铝；4)上述的反射滤光膜系结构中，设定λ0＝4.1μm，则y1‐y13的系数如下：y1＝0.0339,y2＝1.8586,y3＝0.1737,y4＝1.7836,y5＝1.2152,y6＝1.2910,y7＝0.2104,y8＝1.5364,y9＝1.2907,y10＝1.3498,y11＝0.2134,y12＝1.4645,y13＝0.6509。...

【技术特征摘要】
1.一种滤除二氧化碳辐射波长的中波红外透射光学元件，其特征在于，主要由四个硅材料的直角棱镜组成；第一直角棱镜斜边表面即A表面，或第四直角棱镜斜边表面即B表面，制备反射滤光薄膜；第二直角棱镜直角边表面即C表面，或第三直角棱镜的直角边表面即D表面，其制备减反射薄膜；第一直角棱镜斜边表面即A表面与第二直角棱镜斜边表面相邻；第三直角棱镜斜边表面与第四直角棱镜斜边表面即B表面相邻；第三直角棱镜斜边的直角边与第二直角棱镜的直角边相邻；1)C表面或D表面的减反射多层膜的膜系结构为：Sub/x1Mx2Hx3Lx4M/Air其中，Sub为基底，基底为硅，H、M和L分别代表高折射率、中折射率和低折射率材料，x1～x4分别代表每层膜的光学厚度系数，设置薄膜的中心波长为λ0，单位光学厚度为λ0/4；H为高折射率材料锗，M为中折射率材料硫化锌，L为低折射率材料氧化铝；2)上述的膜系结构中，设定λ0＝4.1μm，则x1‐x4的系数如下：x1＝0.3302,x2＝0.2632,x3＝0.9854,x4＝0.02883)A表面或B表面的反射滤光薄膜膜系结构为：Sub/y1Ay2Hy3Ly4Hy5Ly6Hy7Ly8Hy9Ly10Hy11Ly12Hy13L/Air其中，Sub为基底，基底为硅，H和L分别代表高折射率和低折射率材料，A为金属薄膜材料；y1～y13分别代表每层膜的光学厚度系数，薄膜的中心波长为λ0，单位光学厚度为λ0/4；所述高折射率材料为锗，低折射率材料为氧化铝；4)上述的反射滤光膜系结构中，设定λ0＝4.1μm，则y1‐y13的系数如下：y1＝0.0339,y2＝1.8586,y3＝0.1737,y4＝1.7836,y5＝1.2152,y6＝1.2910,y7＝0.2104,y8＝1.5364,y9＝1.2907,y10＝1.3498,y11＝0.2134,y12＝1.4645,y13＝0.6509。2.根据权利要求1所述的一种滤除二氧化碳辐射波长的中波红外透射光学元件，其特征在于，C表面和D表面同时制备减反射薄膜。3.根据权利要求1所述的一种滤除二氧化碳辐射波长的中波红外透射光学元件，其特征在于，四块棱镜通过胶合工艺胶合在一起，入射面为C表面，出射面为D表面。4.根据权利要求1所述的一种滤除二氧化碳辐射波长的中波红外透射光学元件，其特征在于，A表面和B表面同时制备反射滤光薄膜。5.根据权利要求1所述的一种滤除二氧化碳辐射波长的中波红外透射光学元件，其特征在于，金属材...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘华松，杨霄，李士达，孙鹏，姜承慧，季一勤，
申请(专利权)人：天津津航技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：天津,12