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紅外鍍膜

用作IR鍍膜的四分之一波長(zhǎng)膜比可見(jiàn)光區(qū)域厚10-20倍。因此，應(yīng)力和吸收的水平雖然在可見(jiàn)光區(qū)域可忽略不計(jì)，但在IR鍍膜設(shè)計(jì)中成為限制因素。大多數(shù)氧化物在紅外光譜范圍內(nèi)吸收率太高，MgF2會(huì)產(chǎn)生超過(guò)物理應(yīng)力水平的薄膜。此外，紅外基底通常具有高折射率。因此，需要高性能的成膜材料來(lái)產(chǎn)生有效的干涉結(jié)構(gòu)。 可見(jiàn) 材料不能作為形成光學(xué)紅外鍍膜的主要材料。

紅外波段的主要成膜材料是氟化物，硫化合物和半導(dǎo)體。這些材料的機(jī)械和氣候穩(wěn)定性參數(shù)往往比氧化物和MgF2要差很多，而且對(duì)離子輔助的耐受性差。為了提高鍍膜的性能，在許多情況下，需要引入額外的功能層和夾層，并在強(qiáng)度、效率和損傷之間尋求折衷。

1.簡(jiǎn)單的紅外鍍膜

2.寬帶紅外鍍膜

3.超寬帶紅外鍍膜

4.紅外鏡

5.分束器

6.傅里葉分光鏡鍍膜

1.簡(jiǎn)單的紅外鍍膜

1.1。單層四分之一波長(zhǎng)AR鍍膜

四分之一波長(zhǎng)的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)在于，即使在啟蒙區(qū)之外，它們也不會(huì)降低該部分的透射。當(dāng)漂白材料和沉積的薄膜的折射率正確匹配時(shí)，實(shí)現(xiàn)最大漂白。經(jīng)典的氟化鎂薄膜，即使它可以應(yīng)用于所需的紅外厚度，也不能對(duì)IR基板提供有效的抗反射效應(yīng)，因?yàn)樗恼凵渎侍汀５?，一些單層的?lèi)似物可以用于紅外范圍。例如，鍺上的硫化鋅單層膜是足夠有效的抗反射鍍膜，劣質(zhì)僅次于類(lèi)金剛石鍍膜。

圖1.1.А. 與來(lái)自裸露表面的反射相比，用ZnS薄膜處理的硅和鍺表面的反射。

圖1.1.В. 硅和鍺表面上的ZnS薄膜。 最大的抗反射效率區(qū)域。

人們可以看到，該膜的折射率對(duì)于鍺來(lái)說(shuō)幾乎是完美的，但是對(duì)于硅而言則是太高了。當(dāng)用作硅上的單層抗反射鍍膜時(shí)，氟化鉛具有高的光譜效率。

圖1.1.С. 硒化鋅，硅和鍺表面反射，涂有氟化鉛膜。

該膜具有近乎完美的硅折射率。 最低限度的反射不超過(guò)0.5％。 硒化鋅還具有良好的抗反射性能。 鍺的折射率太低。

1.2。 鹽的防水涂層

單層紅外鍍膜的變體可以被認(rèn)為是溴化鉀和其他鹽晶體（NaCl，KCl等）上的保護(hù)鍍膜。鹽的低折射率和其寬范圍的透明度使得實(shí)際上不可能通過(guò)膜沉積來(lái)改善其光學(xué)性質(zhì)。為了保護(hù)光學(xué)部件免受鹽晶體的影響，將無(wú)機(jī)膜施加在其表面上。這部分足夠薄，可以使所有的干擾效應(yīng)保持在短波不工作的區(qū)域。

圖1.2。 KBr窗口傳輸裸露和保護(hù)。 透光率稍低，不引入 有機(jī) 吸收帶。

1.3。 用于單波長(zhǎng)的V型增透膜

與可見(jiàn)光譜范圍的同類(lèi)產(chǎn)品一樣，V型抗反射涂層基于具有高折射率和低折射率的兩種膜的設(shè)計(jì)。 至于可見(jiàn)結(jié)構(gòu)，改變層的厚度和折射率，可以優(yōu)化給定基底的設(shè)計(jì)，波長(zhǎng)和光的入射角。 正如在 可見(jiàn) 情況下，在狹窄的工作范圍之外的這種結(jié)構(gòu)的反射將比沒(méi)有覆蓋的表面高。 這些結(jié)構(gòu)通常用于激光波長(zhǎng)或氣體分析儀工作波長(zhǎng)的澄清。

圖1.3。 在10.6 m的硒化鋅上的AR涂層（與CO2激光器一起使用）。

1.4。 Er：YAG @ 2.94 m的AR涂層

Er：YAG激光器的涂層厚度為2.94 m時(shí)，涂覆V型防反射涂層的一個(gè)特殊情況。 這個(gè)波長(zhǎng)與水的吸收峰值一致，這幾乎總是存在于氧化物結(jié)構(gòu)的孔隙中。 通過(guò)使用疏水性IR材料，可以在相同波長(zhǎng)下產(chǎn)生比V型氧化物涂層具有更低吸收的結(jié)構(gòu)。

圖1.4。 在鍺，硅和氟化鈣上2.94微米的AR涂層。

2.寬帶紅外涂層

2.1。 寬范圍增透膜3-5 m范圍

其中最廣泛使用的光譜范圍之一是所謂的 第一大氣窗口 在3和5微米之間。 有時(shí)縮小到3.7-4.8微米。 在這些波長(zhǎng)處使用許多光學(xué)材料，例如硅，硒化鋅，鍺，螢石，藍(lán)寶石和紅外石英。 對(duì)于所有這些材料，Tydex提供高性能寬帶涂層，在非極端條件下具有足夠的抗室外工作的能力。 使用多層結(jié)構(gòu)，包含不少于三種具有不同折射率的材料。

圖2.1.А. 第一個(gè)大氣窗口的寬帶增透膜應(yīng)用于關(guān)鍵的紅外材料。

在硅和鍺上，這種涂層可以與產(chǎn)品前表面上的DLC結(jié)合使用。 有關(guān)更多詳情，請(qǐng)參閱有關(guān)DLC（類(lèi)金剛石涂層）的文章。

圖2.1.В. 硅窗的透射。 正面有金剛石般的涂層，背面有寬帶AR涂層。

2.2。 寬度為7-14微米的增透膜

在第二個(gè)大氣窗口，7-14微米的硒化鍺和硒化鋅被用作制造光學(xué)元件的材料。 在某些情況下，可以使用硅。 對(duì)于這個(gè)范圍，我們提出建設(shè)性的AR涂層相同的設(shè)計(jì)為3-5微米，但干擾層的厚度約2.5倍大。 它使涂層的耐受性稍差，需要更精確的處理。 降低一些頻譜效率可以實(shí)現(xiàn)更高的性能參數(shù)。 在11 m之后，襯底和濺射結(jié)構(gòu)顯示明顯的吸收。

圖2.2.A. 雙面AR涂層的Ge板殘余反射在7-14微米范圍內(nèi)。

圖2.2.B。 雙面AR涂層的Ge板的透射范圍為7-14 m。

圖2.2.C. 雙面AR涂層的ZnSe板的剩余反射為7-14 m范圍。

圖2.2.D. 雙面AR涂層的ZnSe板的透射范圍為7-14 m。

與第一個(gè)大氣窗口的情況類(lèi)似，當(dāng)在硅和鍺上使用時(shí)，該鍍膜可以與組件正面的DLC結(jié)合使用。
 

圖2.2.E. 在正面上用DLC傳輸Ge板，在背面上用7-14 mAR涂層。

2.3。 寬范圍增透膜3-5 + 8-12 m范圍

在某些情況下，兩個(gè)紅外波段都由一個(gè)普通的光學(xué)系統(tǒng)引導(dǎo)。對(duì)于這些情況，我們提供兩個(gè)范圍的啟示。由于不可能同時(shí)通過(guò)單層來(lái)清除這兩個(gè)通道，所以排除使用抗DLC或ZnS作為前表面。我們?yōu)殒N基板的兩個(gè)范圍開(kāi)發(fā)和制造了寬帶照明，在非極端條件下具有可接受的戶外操作阻力。

圖2.3。 鍺上有3-5和8-12 m的抗反射涂層。

圖2.3.А. 用于硒化鋅的3-5和8-12 m的抗反射涂層。

3.超寬帶紅外涂層

3.1。 1.6-15 m寬帶增透膜

傅里葉光譜儀的光學(xué)元件必須提供盡可能廣泛的透明度范圍。 除鹽之外，這種組分使用最廣泛的材料是硒化鋅。 我們已經(jīng)開(kāi)發(fā)并定期生產(chǎn)這種材料的抗反射涂層，可以改善產(chǎn)品在1.6至15微米范圍內(nèi)的透射。

圖3.1。 雙面寬帶AR涂層ZnSe窗口的透射范圍為1.6-15 m。

如果客戶希望衰減可見(jiàn)光和近紅外輻射以消除不需要的光。 我們提供 黑色 AR涂層，有效抑制不良范圍。

圖3.1.А. 黑 AR涂層的可見(jiàn)光和近紅外透射范圍為1.6-14 m。

3.2。 用于鍺和2.5-25 m范圍的超寬帶增透膜

ATR光譜學(xué)需要高折射率材料的元素。 輸入到這種ATR元件和其輸出端的菲涅耳損耗大大減弱了信號(hào)。 有必要在盡可能廣泛的光譜范圍內(nèi)降低菲涅耳損耗。 我們已經(jīng)開(kāi)發(fā)并生產(chǎn)了用于鍺ATR探針的AR涂層。

圖3.2。與裸組件相比，Ge探針與AR涂層的透射。

4.紅外鏡

4.1。 紅外鏡

基本上紅外鏡的排列方式與氧化膜相同。 它們由具有高折射率和低折射率的四分之一波長(zhǎng)的材料組成。 與 可見(jiàn) 結(jié)構(gòu)相比，IR材料的折射率的高對(duì)比度允許噴射具有更少數(shù)量的層對(duì)的相對(duì)寬帶的反射鏡。 這些層的大厚度和IR材料的特殊性對(duì)涂層的設(shè)計(jì)施加了一定的限制。 這些反射鏡比可見(jiàn)光范圍的氧化物結(jié)構(gòu)厚得多，并且在相當(dāng)?shù)偷目馆椛湫韵滤鼈兙哂猩源蟮纳⑸洹?它們的主要應(yīng)用是光譜范圍的分離或組合，而不是高能激光束的通道。

圖4.1.A. ZnSe基底上2.1-3.3 m范圍的干涉鏡。

圖4.1.В. Si基底上7-11 m范圍的干涉鏡，入射角為45 。

鏡片在太赫茲范圍內(nèi)是透明的。

4.2。太赫茲10600

介質(zhì)紅外反射鏡可以用來(lái)解決產(chǎn)生的太赫茲輻射和二氧化碳泵激光器產(chǎn)生的殘余輻射的問(wèn)題：反射鏡應(yīng)該由太赫茲范圍的透明材料組成，這些透明材料沉積在太赫茲透明的基板上（通常是硅或石英晶體）。有關(guān)更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱 THz光譜分離器 部分。

4.3。太陽(yáng)盲涂層

干涉紅外鏡的另一個(gè)重要應(yīng)用是近紅外截止。例如，當(dāng)生產(chǎn)高溫計(jì) - 測(cè)量地球表面溫度的儀器時(shí)，會(huì)出現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題。為了進(jìn)行正確的測(cè)量，有必要從地球表面的熱輻射中切除直射的陽(yáng)光。陽(yáng)光主要集中在0.2-5微米的范圍內(nèi)。對(duì)于再輻射的能量，強(qiáng)度峰值在15微米的范圍內(nèi)（取決于溫度），并且將輻射傳遞至45-50 m是重要的。確切的截止波長(zhǎng)可以根據(jù)設(shè)計(jì)特點(diǎn)和成品的使用而有所不同。它在4.5-5.5微米范圍內(nèi)選擇。一系列涂層，左側(cè)切割光線為5微米，通過(guò)5-45微米，被稱為太陽(yáng)能盲（濾光片切割）濾光片。

規(guī)格

波長(zhǎng)范圍6-15 m

波長(zhǎng)范圍18-40 m

Taverage = 70% 
Tpeak= 85-90% 
Tmin= 60%

Taverage = 50% 
Tpeak= 55-60% 
Tmin= 35-40%

Taverage = 55% 
Tpeak= 60-70% 
Tmin= 50%

Taverage = 45% 
Tpeak= 50-55% 
Tmin= 35-40%

Additional specification to both coating sandwiches

-40 deg. C ...+80 deg. C

relatively high, up to 90-95%

4.5 +/- 0.3 m

=0.4% (in the range 1-4.5 m)

up to 45 m

與通常的 冷 電介質(zhì)鏡子類(lèi)似，日光盲涂層被設(shè)計(jì)為干涉鏡，其具有增加其在長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)域中的光譜特性的多個(gè)附加層。 大多數(shù)成膜IR材料在12-15 m以上顯示出明顯的吸收。 為了確保高達(dá)45 m的長(zhǎng)波區(qū)的高透射率，在設(shè)計(jì)中只應(yīng)使用合適的材料。

圖4.3。用單面太陽(yáng)盲鍍膜和雙面太陽(yáng)盲+ DLC鍍膜傳輸Si樣品。

這些濾光片鍍膜被廣泛用于高溫計(jì)，測(cè)量地球表面有效輻射的儀器。

我們的具有日光鍍膜的半月板透鏡作為瑞士達(dá)沃斯物理氣象觀測(cè)站的一個(gè)高溫計(jì)的一部分已經(jīng)成功地進(jìn)行了測(cè)試。

5.分束器

干涉結(jié)構(gòu)可用于增加表面的反射在寬的光譜范圍，同時(shí)在同一范圍內(nèi)保持部分透明度，我。例如 分裂反射和透射之間的光束。 我們已經(jīng)掌握了基于半反射非金屬干涉結(jié)構(gòu)的這種部件的生產(chǎn)。

圖5.在氟化鋇襯底上的50/50分束器。

6.傅里葉分束器鍍膜

傅里葉光譜儀的分光器不僅要?jiǎng)澐旨t外光譜，而且還要有校準(zhǔn)激光器的分區(qū)，它的波長(zhǎng)為633納米。 有關(guān)更詳細(xì)的信息，請(qǐng)參閱文章FTIR光束分離器的基材。

圖6.A. 在ZnSe基底上的分束涂層的例子。 入射角45 。

圖6. KBr基板上的分光涂層的一個(gè)例子。 入射角30 。