一種以藍寶石為基底的可見光近紅外波段狹縫保護片的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種以藍寶石為基底的可見光近紅外波段狹縫保護片，該保護片以Ta2O5和SiO2為高低折射率材料，入射面采用負濾光片加多層分光膜的膜系設計方法輔以等效匹配層，獲得滿足要求的設計結果；背面設計了寬光譜減反射膜，以消除因剩余反射而引起的鬼像。VNIR狹縫保護片在制備過程中采用了離子輔助沉積、合適的沉積溫度及沉積速率等特定工藝。該VNIR狹縫保護片能夠實現對480?700nm波段的中性分光，同時對400?440nm、800?1100nm的寬光譜波段實現高透射。本發明VNIR狹縫保護片性能穩定，適合于高光譜相機VNIR波段的光譜選擇與能量控制使用。
【專利說明】
-種從藍寶石為基底的可見光近紅外波段狹縫保護片
技術領域
[0001] 本發明設及光學薄膜技術，具體指一種W藍寶石晶體為基底的可見近紅外(VNIR) 狹縫保護片，通過在藍寶石基底入射面上制備光譜選擇與能量調控多層膜、基底背面制備 寬光譜減反射膜，實現對480-700nm波段的中性分光，同時對400-440nm、800-l IOOnm的寬光 譜波段實現高透。 技術背景
[0002] 可見短波紅外高光譜相機由于其較小的F數而采用了基于高效率凸面光柵改進型 的OFF肥R系統，突破了雙狹縫、大面視場和平場度光譜儀的關鍵技術。由于狹縫長度達到了 60mm，而狹縫寬度僅為30WH，在裝校過程中狹縫潔凈度的保護是一個難點，同時由于光柵衍 射效應而引起的光學效率不均衡也需要進行調整，因此通過設計一種VNIR狹縫保護片，使 之既能對狹縫進行潔凈度保護，又能進行光譜和能量的調控。考慮到狹縫保護片形變等對 光譜儀的影響，W及狹縫保護片本身的可靠性等方面，設計上采用藍寶石作為基底材料，膜 層材料選用在工作波段(尤其是400-440nm)吸收較小的化2〇5作為高折射率材料。該狹縫保 護片對于高光譜分辨率光譜儀具有重要意義，而該保護片的光譜與能量調控功能對于其他 航空遙感儀器中的類似應用具有重要的參考價值。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是提供一種W藍寶石晶體為基底的可見光近紅外波段(VNIR)狹縫 保護片，實現對480-700nm波段的中性分光，同時對400-440nm、800-l IOOnm的寬光譜波段實 現高透射，W滿足可見短波紅外高光譜相機OFFNER光柵分光系統中的狹縫清潔保護W及能 量和光譜調控需求。
[0004] 本發明的技術方案是:在藍寶石基底入射面上制備光譜選擇與能量調控多層膜、 基底背面制備寬光譜減反射膜。
[0005] 光譜選擇與能量調控多層膜在設計時既要考慮中間波段的中性分光，還要考慮兩 端的高透射要求，因此膜系采用負濾光片加多層分光膜的膜系設計方法輔W等效匹配層。 為了展寬帶寬，非對稱等效層理論及交替折射率膜系設計方法用來作為解決方案，最后通 過軟件優化獲得可用的膜系，同時通過局部優化控制極個別關鍵層的厚度，實現準確的光 譜選擇與能量調控。而背面的寬光譜減反射膜同樣遵循了運樣的設計原則。
[0006] 根據W上分析，該VNIR狹縫保護片的實現包括W下步驟：
[0007] 1.膜系的結構
[000引光譜選擇與能量調控多層膜(1)的膜系結構為：
[0009] 基底/3.069H1.805L.293H1.31化（.29：3L.993H.82化)2 2.874H 1.505L/空氣
[0010] 寬光譜減反射膜(3)的膜系結構為：
[0011] 基底/.489H.233L.984H.295L.497H 1.249L/空氣
[001^ 式中各符號的含義分別為：ns為基底;n日為空氣；L表示光學厚度為W4的Si02膜 層;H表示光學厚度為A0/4的化205膜層。Ao為中屯、波長;H、L前的數字為A0/4光學厚度比例系 數乘數;指數2表示膜堆周期數。
[0013] 2.膜層制備方法
[0014] 膜層制備是在具有擴散累系統的箱式真空鍛膜設備上進行的，H、L均采用電子束 蒸發沉積，全過程采用離子束輔助沉積，離子源為MarkII,具體參數為：陽極電壓200~ 230V，陰極電流12~16A。通過膜層材料試驗結果分析表明：基底溫度控制在250°C時，膜層 具有很好的牢固度;在該溫度下，電子束蒸發沉積所得的化2〇5膜層具有更加致密的結構，因 此在400-440nm光譜范圍的吸收也隨之減小。離子束輔助沉積對于增加膜層致密度，提高膜 層可靠性也具有積極的作用。本發明的有益效果如下：
[0015] 1.本發明提供了一種W藍寶石晶體為基底的可見近紅外(VNIR)狹縫保護片，是采 用凸面光柵分光的可見短波高光譜相機光學系統中必不可少的光學元件，對裝校時的雙狹 縫清潔保護W及光譜選擇和能量調控具有重要意義。
[0016] 2.本發明采用了特定工藝，提高了膜層的致密度，減小了材料的吸收W及光譜漂 移，保證了光譜的準確定位和能量的精確調控，W及空間可靠性。
[0017] 3.本發明的技術方案合理可行，產品性能穩定，可廣泛應用于采用光柵分光的高 光譜相機系統中。
【附圖說明】
[0018] 圖1是VNIR狹縫保護片的膜層結構示意圖，圖中：
[0019] 1-光譜選擇與能量調控多層膜；
[0020] 2-藍寶石基底；
[0021 ] 3-寬光譜減反射膜
[0022] 圖2 VNIR狹縫保護片光譜實測透射率曲線。
【具體實施方式】
[0023] 下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0024] 本發明實施例的具體技術指標要求為：
[0025]
[0026] 基底材料為藍寶石，備注內容為必須達到的要求。
[0027] 根據技術要求，采用在藍寶石基底入射面上制備光譜選擇與能量調控多層膜、基 底背面制備寬光譜減反射膜的技術方案。光譜選擇與能量調控多層膜在設計時既要考慮中 間波段的中性分光，還要考慮兩端的高透射要求，因此膜系采用負濾光片加多層分光膜的 膜系設計方法輔W等效匹配層。為了展寬帶寬，非對稱等效層理論及交替折射率膜系設計 方法用來作為解決方案，最后通過軟件優化獲得可用的膜系，同時通過局部優化控制極個 別關鍵層的厚度，實現準確的光譜選擇與能量調控。而背面的寬光譜減反射膜同樣遵循了 運樣的設計原則。最終膜系為：
[0028] n〇/1.249L.497H.29^.984H.233L.489H/ns/3.069H 1.805L.293H1.316L (.293L.993H.824L)'2 2.874H 1.505L/n〇
[0029] H、L分別為化2〇日和Si〇2，ns為基底，n日為空氣。
[0030] 在本實施例中，狹縫保護片的膜系研制是在250°C的沉積溫度下，采用電子束蒸發 沉積兩種鍛膜材料，全過程采用離子束輔助沉積。
[0031] 從圖2可W看出，狹縫保護片的光學性能達到了可見近紅外高分相機的指標要求， 能夠滿足凸面光柵分光系統的光譜選擇與能量調控的使用要求，同時對雙狹縫系統的清潔 起到很好的防護作用。
【主權項】
1. 一種以藍寶石為基底的可見光近紅外波段狹縫保護片，所述的保護片對480-700nm 波段的中性分光，同時對400-440nm、800-l lOOnm的寬光譜波段實現高透，它的結構為:在藍 寶石基底(2)的入射面上有光譜選擇與能量調控多層膜（1)、在藍寶石基底(2)的背面有寬 光譜減反射膜(3)，其特征在于： 所述的光譜選擇與能量調控多層膜(1)的膜系結構為： 基底/3 · 069H1 · 805L. 293H1 · 316L( · 293L· 993H. 824L)22 · 874H 1 · 505L/空氣所述的寬光 譜減反射膜(3)的膜系結構為： 基底 / · 489H · 233L · 984H · 295L · 497H 1 · 249L/空氣 式中：L表不光學厚度為λ〇/4的Si〇2膜層;Η表不光學厚度為λ〇/4的Ta2〇5膜層;λ〇為中心 波長;H、L前的數字為λ〇/4光學厚度的比例系數乘數;指數2表示膜堆周期數。2. 根據權利要求1所述的一種以藍寶石為基底的可見光近紅外波段狹縫保護片，其特 征在于:所述的Ta2〇 5膜層和Si02膜層采用離子輔助電子束蒸發沉積;膜層制備過程中沉積 溫度控制在250 °C。
【文檔編號】G02B1/115GK106019426SQ201610538955
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月11日
【發明人】于天燕, 成效春, 蔣林, 劉定權
【申請人】中國科學院上海技術物理研究所