红外镀膜_-江阴韵翔光电技术有限公司

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红外镀膜

用作IR镀膜的四分之一波长膜比可见光区域厚10-20倍。因此，应力和吸收的水平虽然在可见光区域可忽略不计，但在IR镀膜设计中成为限制因素。大多数氧化物在红外光谱范围内吸收率太高，MgF2会产生超过物理应力水平的薄膜。此外，红外基底通常具有高折射率。因此，需要高性能的成膜材料来产生有效的干涉结构。 可见 材料不能作为形成光学红外镀膜的主要材料。

红外波段的主要成膜材料是氟化物，硫化合物和半导体。这些材料的机械和气候稳定性参数往往比氧化物和MgF2要差很多，而且对离子辅助的耐受性差。为了提高镀膜的性能，在许多情况下，需要引入额外的功能层和夹层，并在强度、效率和损伤之间寻求折衷。

1.简单的红外镀膜

2.宽带红外镀膜

3.超宽带红外镀膜

4.红外镜

5.分束器

6.傅里叶分光镜镀膜

1.简单的红外镀膜

1.1。单层四分之一波长AR镀膜

四分之一波长的关键优势在于，即使在启蒙区之外，它们也不会降低该部分的透射。当漂白材料和沉积的薄膜的折射率正确匹配时，实现最大漂白。经典的氟化镁薄膜，即使它可以应用于所需的红外厚度，也不能对IR基板提供有效的抗反射效应，因为它的折射率太低。但是，一些单层的类似物可以用于红外范围。例如，锗上的硫化锌单层膜是足够有效的抗反射镀膜，劣质仅次于类金刚石镀膜。

图1.1.А. 与来自裸露表面的反射相比，用ZnS薄膜处理的硅和锗表面的反射。

图1.1.В. 硅和锗表面上的ZnS薄膜。 最大的抗反射效率区域。

人们可以看到，该膜的折射率对于锗来说几乎是完美的，但是对于硅而言则是太高了。当用作硅上的单层抗反射镀膜时，氟化铅具有高的光谱效率。

图1.1.С. 硒化锌，硅和锗表面反射，涂有氟化铅膜。

该膜具有近乎完美的硅折射率。 最低限度的反射不超过0.5％。 硒化锌还具有良好的抗反射性能。 锗的折射率太低。

1.2。 盐的防水涂层

单层红外镀膜的变体可以被认为是溴化钾和其他盐晶体（NaCl，KCl等）上的保护镀膜。盐的低折射率和其宽范围的透明度使得实际上不可能通过膜沉积来改善其光学性质。为了保护光学部件免受盐晶体的影响，将无机膜施加在其表面上。这部分足够薄，可以使所有的干扰效应保持在短波不工作的区域。

图1.2。 KBr窗口传输裸露和保护。 透光率稍低，不引入 有机 吸收带。

1.3。 用于单波长的V型增透膜

与可见光谱范围的同类产品一样，V型抗反射涂层基于具有高折射率和低折射率的两种膜的设计。 至于可见结构，改变层的厚度和折射率，可以优化给定基底的设计，波长和光的入射角。 正如在 可见 情况下，在狭窄的工作范围之外的这种结构的反射将比没有覆盖的表面高。 这些结构通常用于激光波长或气体分析仪工作波长的澄清。

图1.3。 在10.6 m的硒化锌上的AR涂层（与CO2激光器一起使用）。

1.4。 Er：YAG @ 2.94 m的AR涂层

Er：YAG激光器的涂层厚度为2.94 m时，涂覆V型防反射涂层的一个特殊情况。 这个波长与水的吸收峰值一致，这几乎总是存在于氧化物结构的孔隙中。 通过使用疏水性IR材料，可以在相同波长下产生比V型氧化物涂层具有更低吸收的结构。

图1.4。 在锗，硅和氟化钙上2.94微米的AR涂层。

2.宽带红外涂层

2.1。 宽范围增透膜3-5 m范围

其中最广泛使用的光谱范围之一是所谓的 第一大气窗口 在3和5微米之间。 有时缩小到3.7-4.8微米。 在这些波长处使用许多光学材料，例如硅，硒化锌，锗，萤石，蓝宝石和红外石英。 对于所有这些材料，Tydex提供高性能宽带涂层，在非极端条件下具有足够的抗室外工作的能力。 使用多层结构，包含不少于三种具有不同折射率的材料。

图2.1.А. 第一个大气窗口的宽带增透膜应用于关键的红外材料。

在硅和锗上，这种涂层可以与产品前表面上的DLC结合使用。 有关更多详情，请参阅有关DLC（类金刚石涂层）的文章。

图2.1.В. 硅窗的透射。 正面有金刚石般的涂层，背面有宽带AR涂层。

2.2。 宽度为7-14微米的增透膜

在第二个大气窗口，7-14微米的硒化锗和硒化锌被用作制造光学元件的材料。 在某些情况下，可以使用硅。 对于这个范围，我们提出建设性的AR涂层相同的设计为3-5微米，但干扰层的厚度约2.5倍大。 它使涂层的耐受性稍差，需要更精确的处理。 降低一些频谱效率可以实现更高的性能参数。 在11 m之后，衬底和溅射结构显示明显的吸收。

图2.2.A. 双面AR涂层的Ge板残余反射在7-14微米范围内。

图2.2.B。 双面AR涂层的Ge板的透射范围为7-14 m。

图2.2.C. 双面AR涂层的ZnSe板的剩余反射为7-14 m范围。

图2.2.D. 双面AR涂层的ZnSe板的透射范围为7-14 m。

与第一个大气窗口的情况类似，当在硅和锗上使用时，该镀膜可以与组件正面的DLC结合使用。
 

图2.2.E. 在正面上用DLC传输Ge板，在背面上用7-14 mAR涂层。

2.3。 宽范围增透膜3-5 + 8-12 m范围

在某些情况下，两个红外波段都由一个普通的光学系统引导。对于这些情况，我们提供两个范围的启示。由于不可能同时通过单层来清除这两个通道，所以排除使用抗DLC或ZnS作为前表面。我们为锗基板的两个范围开发和制造了宽带照明，在非极端条件下具有可接受的户外操作阻力。

图2.3。 锗上有3-5和8-12 m的抗反射涂层。

图2.3.А. 用于硒化锌的3-5和8-12 m的抗反射涂层。

3.超宽带红外涂层

3.1。 1.6-15 m宽带增透膜

傅里叶光谱仪的光学元件必须提供尽可能广泛的透明度范围。 除盐之外，这种组分使用最广泛的材料是硒化锌。 我们已经开发并定期生产这种材料的抗反射涂层，可以改善产品在1.6至15微米范围内的透射。

图3.1。 双面宽带AR涂层ZnSe窗口的透射范围为1.6-15 m。

如果客户希望衰减可见光和近红外辐射以消除不需要的光。 我们提供 黑色 AR涂层，有效抑制不良范围。

图3.1.А. 黑 AR涂层的可见光和近红外透射范围为1.6-14 m。

3.2。 用于锗和2.5-25 m范围的超宽带增透膜

ATR光谱学需要高折射率材料的元素。 输入到这种ATR元件和其输出端的菲涅耳损耗大大减弱了信号。 有必要在尽可能广泛的光谱范围内降低菲涅耳损耗。 我们已经开发并生产了用于锗ATR探针的AR涂层。

图3.2。与裸组件相比，Ge探针与AR涂层的透射。

4.红外镜

4.1。 红外镜

基本上红外镜的排列方式与氧化膜相同。 它们由具有高折射率和低折射率的四分之一波长的材料组成。 与 可见 结构相比，IR材料的折射率的高对比度允许喷射具有更少数量的层对的相对宽带的反射镜。 这些层的大厚度和IR材料的特殊性对涂层的设计施加了一定的限制。 这些反射镜比可见光范围的氧化物结构厚得多，并且在相当低的抗辐射性下它们具有稍大的散射。 它们的主要应用是光谱范围的分离或组合，而不是高能激光束的通道。

图4.1.A. ZnSe基底上2.1-3.3 m范围的干涉镜。

图4.1.В. Si基底上7-11 m范围的干涉镜，入射角为45 。

镜片在太赫兹范围内是透明的。

4.2。太赫兹10600

介质红外反射镜可以用来解决产生的太赫兹辐射和二氧化碳泵激光器产生的残余辐射的问题：反射镜应该由太赫兹范围的透明材料组成，这些透明材料沉积在太赫兹透明的基板上（通常是硅或石英晶体）。有关更多详细信息，请参阅 THz光谱分离器 部分。

4.3。太阳盲涂层

干涉红外镜的另一个重要应用是近红外截止。例如，当生产高温计 - 测量地球表面温度的仪器时，会出现这个问题。为了进行正确的测量，有必要从地球表面的热辐射中切除直射的阳光。阳光主要集中在0.2-5微米的范围内。对于再辐射的能量，强度峰值在15微米的范围内（取决于温度），并且将辐射传递至45-50 m是重要的。确切的截止波长可以根据设计特点和成品的使用而有所不同。它在4.5-5.5微米范围内选择。一系列涂层，左侧切割光线为5微米，通过5-45微米，被称为太阳能盲（滤光片切割）滤光片。

规格

波长范围6-15 m

波长范围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

与通常的 冷 电介质镜子类似，日光盲涂层被设计为干涉镜，其具有增加其在长波长区域中的光谱特性的多个附加层。 大多数成膜IR材料在12-15 m以上显示出明显的吸收。 为了确保高达45 m的长波区的高透射率，在设计中只应使用合适的材料。

图4.3。用单面太阳盲镀膜和双面太阳盲+ DLC镀膜传输Si样品。

这些滤光片镀膜被广泛用于高温计，测量地球表面有效辐射的仪器。

我们的具有日光镀膜的半月板透镜作为瑞士达沃斯物理气象观测站的一个高温计的一部分已经成功地进行了测试。

5.分束器

干涉结构可用于增加表面的反射在宽的光谱范围，同时在同一范围内保持部分透明度，我。例如 分裂反射和透射之间的光束。 我们已经掌握了基于半反射非金属干涉结构的这种部件的生产。

图5.在氟化钡衬底上的50/50分束器。

6.傅里叶分束器镀膜

傅里叶光谱仪的分光器不仅要划分红外光谱，而且还要有校准激光器的分区，它的波长为633纳米。 有关更详细的信息，请参阅文章FTIR光束分离器的基材。

图6.A. 在ZnSe基底上的分束涂层的例子。 入射角45 。

图6. KBr基板上的分光涂层的一个例子。 入射角30 。