Интерференционный коротковолновый отрезающий фильтр для инфракрасной области спектра

Интерференционный коротковолновый отрезающий фильтр для инфракрасной области спектра

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ КОРОТКОВОЛНОВСЙ ОТРЕЗАЮЩИЙ «WiJlbTP ДЛЯ ИНФРАКРАСНОЙ ОБЛАСТИ СПЕКТРА, состоящий из чередующихся четвертьволновых по оптической толщине слоев материалов с высоким/п и низким п показателями преломления, причем слои с высоким показателем преломления выполнены из полупроводникового материала, отличающийся тем, что, с целью расширения спектрального диапазона фильтрации и повышения контрастности, а также увеличения механической прбчности, слои из полупроводникового материала выполнены в виде частиц с поверхностной плотностью упаковки Л 0,6-0,7, . среднего размера где (, - геометрическая толщина слоя с низким показателем преломления .. 2. Фильтр по п. 1, отлича юш щ и и с я тем, что слои с низким показателем преломления выполнены из полиэтилена.

97 A

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (l 9) 0 1) 4(51) С 02 В 5 28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ГО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3602935/24-10 (22) 06.06.83 (46) 15.05.85. Бюл. Р 18 (72) В.Г.Верещагин и В.В.Морозов (71) Ордена Трудового Красного

Знамени институт физики АН Белорусской ССР (53) 535.854(088.8) (56) 1. Seeley J.S.at. а1. Infrared

Phys. 1979, v. l9,9 3-4, р. 429-435.

2. Заявка Великобритании В 1523331, кл. G 02 В 5/28, 31.08.78 (прототип) . (54)(57) 1. ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ KOP0T-.. коволновой ОТРезлщий ФильтР для

ИНФРАКРАСНОЙ ОБЛАСТИ СПЕКТРА, состоящий из чередующихся четвертьволновых по оптической толщине слоев материалов с высоким ю н низким и„ показателями преломления, причем слои с высоким показателем преломления выполнены из полунроводникового материала, отличающийся тем, что, с целью расширения спектрального диапазона фильтрации и повышения контрастности, а такие увеличения механической прбчности, слои из полупроводникового материала выполнены в виде частиц с поверхностной плотностью упаковки 66 =0,6-0,7, «4- ц» среднего размера d ср n„ где ц — геометрическая толщина. слоя с низким показателем преломпения.

2. Фильтр по и. 1 о т л и ч а ю-. шийся тем, что слои с низким показателем преломления выполнены из полиэтилена.

1!559 7Ь

11зобретение Относится к интерференционным фильтрам, предназначенным для работы в инфракрасной области спектра, и может быть использовано д11я раздел1(н11я Высших пОрядкОВ спектра В спектрометрах с дифракционными решетками, для предварительной монохроматизации излучения В фурье-сиектрометрах, в качестве основы при комбинировании с другими типами фильт- 1р ров для подавления фона коротковолНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ.

Известен интерференционный отрезающий фильтр для инфракрасной области спектра, состоящий из чередующих- 15 ся слоев с высоким и низким показателями преломления, оптическая толщина которых равна четверти длины волны о, являющейся серединой зоны подавления коротковолнового излучения. о

В качестве материалов слоев с высоким показателем преломления используются

CdTe или PbTe, а материала с низким показателем преломления ZnS (1) .

Недостатками такого фильтра явля- 25 ются ограниченность области прозрачности фильтра, большая величина фона коротковолнового излучения вследствие появления вторичных максимумов интерференции и низкая механическая прочность слоев.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является интерференционный коротковолновой отрезающий фильтр для инфракрасной области спектра, состоящий из чередующихся четвертьволновых по оптической толщине слоев материалов с высоким п и низким и„ показателями преломления, причем слои с высоким показателем преломления .выполнены из полупроводникового материала (2j.

В качестве слоев с высоким показа-: телем преломления используют пластинки, изготовленные, например, из гер- <5 мания, сульфида цинка или селенида цинка, а в качестве слоев с низким показателем преломления — слои жидкости, которые находятся в зазорах, образованных стопой пластинок высоко-SO

ro показателя преломления. Границу отрезания фильтра можно смещать варьируя толщину пластинок и величину зазора между ними.

Недостатками указанных фильтров И являются невозможность изготовления их на спектральную область короче

ЗОО мкм из-за трудности изготовления пластин Выс 1к го 111 казателя преломления малой геометрической толщины, невысокая контрастность из-за большой величины пропускания излучения в более вьн:оких порядках интерференции низкая механическая прочнОсть, Цель изобретения — расширение спектрального диапазона фильтрации, повышение контрастности, а также увеличение механической прочности.

Поставленная цель достигается тем, что в интерференционном короткоВолновом отрезающем фильтре для инфракрасной области спектра, состоящем из чередующихся четвертьволновых по оптической толщине слоев материалов с Высоким 118 и низким и „ показателями преломления, причем слои с высоким показателем преломления выполнены из полупроводникового материала в виде частиц с поверхностной плотностью упаковки о =0,6-!) 7, среднего размера И 1- н где 1И вЂ” геометричесеС кая толщина слоя с низким показателем преломления. При этом в интерференционном коротковолновом отрезающем фильтре для инфракрасной области спектра слои с низким показателем преломления выполнены из полиэтилена.

Интерференционные эффекты и рассеяние проявляются в разных спектральных областях и взаимно исключают друг друга на одной длине волны: интерференционные эффекты тем сильнее, чем меньше рассеяние, и наоборот, рассеяние преобладает всегда в более коротковолновой области по сравнению с интерференционными эффектами, что и позволяет создавать условия для их проявления и наблюдения.

При увеличении числа слоев в интерференционной системе до 7-12 и расположении слоев на расстоянии S /4 уменьшение пропускания становится настолько сильным, что это позволяет создавать интерференционные отрезающие фильтры, используя в качестве слоя с высоким показателем преломления дискретный монослой с поверхностной плотностью упаковки частиц в слое О,б-0,7.

Под поверхностной плотностью упаковки понимается доля поверхности, которую занимают проекции частиц, 1155976

35 образующих монослой, на плоскость, проведенную через центры всех частиц в монослое, который распределяется в основе фильтра. Плотности упаковки, равной единице, соответствует случай, когда частицы упакованы настолько плотно, что между ними вообще нет свободного пространства. Плотности упаковки, равной нулю, соответствует случай, когда частицы вообще отсутствук>г.

Плотность упаковки частиц в манослое выбирается из соотражений оптимального приближенйя к условию квазиоднородности. Чем больше плотность упаковки, тем однороднее слои.

Верхний предел плотности упаковки равный 0,7 выбирается исходя из технологических соображений, поскольку из частиц осколочной фор мы очень трудно получить монослои хорошего качества с большой плотностью упаковки, так как увеличение плотности упаковки частиц есть следствие увеличения 25 массы частиц в монослое. Добавление большего количества частиц ведет к их наслоению друг на друга и в итоге — к искажению спектральной характеристики фильтра, так как нарушается условие равнотолщинности слоев высокого показателя преломления. Кроме того, такие слои частиц плохо пропрессовываются в основе фильтра и наблюдается отслаивание слоев в системе. Когда плотность упаковки меньше 0,6, степень проявления интерференционных эффектов уменьшается настолько, что приходится увеличивать число слоев в систе40 ме на 3-4, чтобы получить необходимую по величине глубину интерференционного провала.

Однако смещение границы отрезания за счет рассеяния в длинновол45 новую область спекта при добавлении этих 3-4 слоев искажает спектральную характеристику всего фильтра, что выражается в уменьшении как крутизны границы отрезания, так и пропус50 кания в рабочей области фильтра., т.е. рассеяние будет более сильным и на его фоне исчезает интерференция, фильтр становится только рассеивающим. В. качестве слоев с высоким показателем преломления могут быть

55 использованы различные полупровод4

1 никовые материалы, прозрачные в инфракрасной области спектра, например1 кремний, германий. При этом слои мелких частиц Si u Ge имеют пропускание до 90Х и прозрачны до самых длинных радиоволн. Поэтому граница прозрачности предлагаемого фильтра также неограничена в длинноволновую область спектра и определяется целесообразностью использования фильтров данного типа.

В качестве слоя с низким показателем преломления используется полиэтилен, который служит не только четвертьволновым слоем, но и одновременно основой фильтра, в которой расположены слои высокого показателя преломления.

Изменяя размер частиц в слое и соответственно ему толщину полиэтиленовой прослойки, можно расширить диапазон фильтрации.

На чертеже представлены спектральные характеристики фильтров на область от 30 до 400 мкм. Максимальное пропускание фильтров достигает 807, крутизна границы отрезания 0,75-0,8, контрастность 10 -10

6 7

Кривая 1 соответствует фильтру, состоящему из 12 слоев частиц Si осколочной формы среднего размера ссср =4 2 мкм с плотностью упаковки равной 0,6. Толщина полиэтиленовой пленки составляет 5 мкм и число таких слоев в фильтре 13. Кривая 2 соответствует фильтру, состоящему из 14 слоев частиц Ge осколочной формы с d =30 мкм — 5 мкм с плотср ностью упаковки 0,7. Толщина полиэтиленовой пленки 56 мкм, а число слоев с низким показателем преломления 15.

Использование предлагаемого фильтра позволяет расширить спектральный диапазон фильтрации, уменьшить величину фона коротковолнового излучения за счет рассеяния, приводящего к устранению вторичных максимумов пропускания и повысить стабильность спектральных и механических характеристик за счет независимости характеристик составляющих его дискретных монослоев частиц и полимерной основы от температуры, влажности, времени, вибраций, радиационных воздействий и механическйх деформаций.—

1155976

Составитель П.Яковлев

Редактор К.Волощук Техред М.Пароцай Корректор M.Ñàìáîðñêåÿ

Закаэ 3136/41 Тираж 52б Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-Э5, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4