Прозрачные тепловые фильтры предназначены для управления

РАЗРАБОТКА ТЕПЛОВОГО ФИЛЬТРА НА ОСНОВЕ
ВАКУУМНЫХ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ
А.Г. Бедрин, С.В. Лаврентюк, В.А. Смирнова
НИИ комплексных испытаний оптико-электронных приборов и систем,
г. Сосновый Бор Ленинградской области, тел. (81369)68413, e-mail: contact@niiki.ru
Разработана технология изготовления тепловых интерференционных фильтров
на основе слоёв двуокиси гафния с показателем преломления n = 2,0 и слоёв двуокиси
кремния с n = 1,45. Изготовлены тепловые фильтры с высоким пропусканием в
видимой области спектра (на уровне 90%) за счёт использования слоёв кремния, не
равных /4.
Во многих областях науки и техники широкий круг задач решается с помощью
оптических покрытий. Функции оптических покрытий, используемых в оптическом
приборостроении, постоянно усложняются и возрастают требования к их спектральным
характеристикам [1]. В настоящей работе рассматриваются прозрачные тепловые
фильтры, предназначенные для коррекции спектрального состава излучения ламповых
источников [2]. Это осуществляется за счет высокой отражательной способности в
инфракрасной (тепловой) области спектра (коэффициент отражения не менее 60%) и
высокого пропускания в видимой области спектра (коэффициент пропускания не менее
85%). Интерференционные светофильтры отражают одну и пропускают другую область
спектра падающего излучения благодаря явлению многолучевой интерференции в
тонких диэлектрических пленках. Одним из простейших и наиболее распространенных
классов многослойных покрытий являются двухкомпонентные диэлектрические
зеркала, т.е. многослойные покрытия, образуемые чередующимися диэлектрическими
слоями с высоким и низким показателями преломления и толщинами, равными или
кратными четверти длины волны.
Такую систему можно представить в следующем виде:
(ВН)m В, где
В – слой с высоким показателем преломления;
Н – слой с низким показателем преломления;
m – число слоёв.
В некоторых случаях две внешние пленки имеют половину оптической толщины
других пленок. Это помогает уменьшить отражение в полосе пропускания. Нами за
основу была взята структура фильтра (ВН)4 В 0,5Н, где
В – слой двуокиси гафния, оптической толщиной /4;
Н – слой двуокиси кремния, оптической толщиной /4;
0,5 Н – слой двуокиси кремния, оптической толщиной /8.
Спектральная зависимость такой системы дает полосу высокого пропускания в
видимой области спектра и полосу отражения (R ≥ 65%) в ближней ИК-области
спектра. На спектральных кривых пропускания экспериментальных образцов в области
=400±20нм появляется полоса отражения с коэффициентом R ≥ 30%. Анализируя
результаты изучения влияния рассогласования толщин слоёв покрытия, мы пришли к
выводу, что при отклонениях в оптических толщинах от оптимальных величин
возможны случаи получения высокого пропускания в широкой области.
Была разработана технология изготовления теплового интерференционного
фильтра на основе слоев двуокиси гафния и двуокиси кремния. Фильтры в отличие от
работы [2] наносились на вакуумной установке ВУ-2М методом электронно-лучевого
напыления. Для получения воспроизводимых характеристик интерференционного
покрытия поддерживались постоянными условия испарения, так как структура пленки
и, следовательно, оптические характеристики в сильной степени зависят от давления в
камере (остаточного вакуума) и темпа напыления.
Для пленок двуокиси гафния давление поддерживалось на уровне (1-2) 10-3 Па,
скорость конденсации 25-30 нм/мин.
Для пленок двуокиси кремния давление должно быть не выше 10-3 Па, а
скорость конденсации - на уровне 40-50 нм/мин.
Оценка скорости конденсации проводилась по времени нанесения слоя
оптической толщиной /4. Режим работы испарителей подбирался экспериментально.
Спектры пропускания опытных образцов напыляемых фильтров регистрировались на
спектрофотометре СФ-2000.
Нами
исследовались
экспериментальные
зависимости
спектрального
4
пропускания системы (ВН) В 0,5Н. Такая система имеет дополнительную полосу
относительно низкого пропускания (до 40%) на длине волны =400±20нм, что
затрудняет решение поставленной задачи.
Анализ кривых спектрального пропускания нашей системы с отклонениями от
оптимальных толщин разных слоев показал, что возможны случаи получения высокого
пропускания в сравнительно широкой области спектра.
На рисунке приведена типичная кривая спектрального пропускания системы со
слоями двуокиси кремния не равными /4. Как видно, введение таких слоев
увеличивает пропускание в области длины волны =400 нм.
100
Т,%
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
200
250
300
350
400
450
500
550
600
650
700
750
800
850
900
950
1000
длина волны, нм
Работа над оптимизацией электронно-лучевой технологии нанесения теплового
фильтра продолжается. Для более эффективного подавления избыточного излучения
ламповых источников в ближней ИК-области спектра 3 предполагается использовать
систему из двух последовательно установленных интерференционных светофильтров
данного типа.
Литература.
1. И.С. Гайнутдинов, Е.А. Несмелов, И.Б. Хайбуллин «Интерференционные
покрытия для оптического приборостроения», изд. «ФЭН», Казань, 2002.
2. А.И. Рымов, Ю.С. Семенов Малогабаритный имитатор солнечного излучения.
Светотехника, 2000, №3, С.6-8.
3. А.Г. Бедрин, А.П. Гурьев, В.М. Громовенко, В.Г. Докучаев «Формирование
двухпикового режима светового импульса широкоформатной ламповой панели», труды
VIII международной конференции «Прикладная оптика», 2010 г.