Способ изготовления полосового контрастного диэлектрического пропускающего оптического фильтра

 

Гс .. "

О П И С А Н И Е ()553565

ИЗОБРЕТЕН Ия

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 31.12.74 (21) 2091607/10 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (43) Опубликовано 05.04.77. Бюллетень j¹ 13 (45) Дата опубликования описания 08.07.77 (51) М К а з 6 02 В 5/ 28

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 535.345 (088.8) (72) Авторы изобретения

Ш. А, Фурман и Л. Б. Кацнельсон (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛОСОВОГО

КОНТРАСТНОГО ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО

ПРОПУСКАЮЩЕГО ОПТИЧЕСКОГО ФИЛЬТРА

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может использоваться при изготовлении сложных оптических покрытий, состоящих из нескольких соединенных согласующими слоями элементарных диэлектрических интерференционных фильтров.

B современных оптических приборах, в" первую очередь, на основе ОКГ, применяются так называемые полосовые контрастные диэлектрические пропускающие фильтры. Такие покрытия являются сложной интерференционной системой, состоящей из нескольких элементарных полосовых фильтров, соединенных между собой согласующими слоями.

Каждый элементарный фильтр представляет собой тонкослойный интерферометр Фабри—

Перо низкого порядка. Все элементарные фильтры настроены на рабочую длину волны

Хс составного полосового фильтра.

Согласующий слой (слои) имеет оптическую толщину 1 с, и обычно выполняется из вещества с низким показателем преломления.

Известные способы изготовления оптического интерференционного покрытия заключаются в нанесении на подложку путем испарения в вакууме веществ, образующих слои покрытия. О толщине каждого слоя судят по пропусканию на длине волны л подложки с системой слоев, включающей наносимый.

Напыление слоя прекращают при достижении пропусканием экстремального значения, которому соответствует кратность оптической толщи ны слоя величине Х4 (1), (2).

Длину волны, на которой проводят контроль, выделяют монохроматором, который настраивают так, чтобы выделяемый спектральный интервал О был меньше полуширины изготавливаемого фильтра, так,как в противном случае существенно возрастают ошибки из-за незначительного изменения пропускания, вызванного осаждением слоя, толщина которого контролируется.

Можно также производить контроль, когда полуширина фильтра при нанесении последних слоев становится намного уже выделяемого монохроматором спектрального интервала. В этих случаях последний слой наносят при почти максимально раскрытых щелях монохроматора, так чтобы выделяемый им спектральный интервал был не менее, чем в 5 раз больше полуширины фильтра (4).

Работу на основе узких и широких щелей осуществляют при изготовлении контрастных фильтров, состоящих из нескольких соединенных согласующими слоями элементарных фильтров.

Известен способ изготовления оптического интерференционного покрытия, заключающийся в нанесении на подложку чередующихся слоев с большим и меньшим показателями

553565 преломления. Одновременно контролируют при помощи регистрирующей системы в монохроматическом свете пропускание подложки с наносимыми на нее интерференционными слоями. Контроль проводят по шкале выходного прибора с верхним пределом отсчета (3), по которому определяют достижение экстремума пропускания.

Однако известный способ не позволяет получать расчетные (требуемые) параметры в рабочей области спектра при изготовлении полосовых контрастных фильтров, имеющих полуширину бл=20 — 100 ня. Обусловлено это возникающей большой погрешностью в толщине согласующего слоя.

Контролировать нанесение таких слоев при широких щелях монохроматора невозможно, ибо у обычно применяемых современных монох роматоров 0 80 нл, т. е. величина

0 и оХ соизмеримы, и не выполняется условие, необходимое для обеспечения изготовления фильтров.

Поэтому согласующий слой наносят при узких щелях. В этом случае изменение пропускания, вызванное ростом осаждаемого слоя, не превосходит 3 — 5 / . Измерить такую малую величину с достаточной для получения качественного покрытия точностью практически невозможно. Реальные ошибки в толщине согласующего слоя достигают 50 / и даже большей величины. Форма спектральной кривой полосы пропускания контрастного фильтра оказывается сильно искаженной, величина коэффициента пропускания в этой области значительно понижается.

Цель изобретения — улучшение оптичесКНх параметров интерференционного покрытия в рабочей области спектра.

Поставленная ель достигается тем, что по предлагаемому способу изготовления таких покрытий, включающему нанесение на подложку чередующихся слоев с большим и меньшим показателями преломления с одновременным контролем при помощи регистрирующей системы в монохроматическом свете по шкале выходного прибора с верхним пределом отсчета Ф величины пропускания подложки с наносимыми на нее интерференционными слоями и определением экстремума пропускания после осаждения пленки, предшествующей согласующему слою, уменьшают изменением длины волны монохроматического излучения величину отсчета на 30 — 70 "/, затем устанавливают регулировкой чувствительности регистрирующей системы отсчета, равный (0,7 — О,б) Ф, и наносят согласующий слой до достижения максимального пропускания.

Предлагаемый способ осуществляется в процессе испарения в вакууме веществ, образующих слои покрытия. При нанесении слоев проводят контроль их толщин фотоэлектрическим методом, основанным на измерении светового потока, пропущенного образцом, на который осаждают вещества. Контроль про5

15 с 0

25 зо

55 ао

65 водят при нанесении . слоя на уже готовые слои при помощи фотометра, в котором выделение рабочей длины осуществляется монохроматором. Причем спектральный интервал, выделяемый монохроматором, выбирают намного меньшим полуширины изготавливаемого фильтра.

Непосредственно на подложку наносят многослойное зеркало, представляющее собой двухкомпопентную систему из чередующихся непоглощающих слоев диэлектриков с большим (пв) и меньшим (n>) показателями преломления, оптические толщины которых равны между собой. В процессе напыления делают заключение о том, что толщина слоя достигла требуемой величины, регистрируя минимумы пропускания для слоев с п=пн и — максимумы для слоев с п=п, . Контроль проводят при длине волны i., равной (0,94—

1,0) лю.

После того, как первое зеркало сформировано, наносят разделительный слой элементарного фильтра. Его напыление прекращают при достижений максимума пропускания для слоев с n=na и минимума пропускания для слоев с n=-пн. Контроль проводят при Х=Х .

Так же, как разделительный слой, контролируют нанесение пленок, образующих второе зеркало элементарного фильтра.

Прп нанесении слоев о величине пропускания судят по показаниям выходного прибора с верхним пределом отсчета Ф. По шкале отсчетного прибора регистрируют величину 1, пропорциональную пропусканию подложки с покрытием, включающим HBHocHMblH слой.

Напылив последний слой (из материала с n=na) элементарного фильтра до достижения cp=I „„.„„, изменяют длину волны, выделяемую монохроматором, на величину ЛХ.

Длину волны можно как уменьшать, так и увеличивать. Длину волны изменяют до тех пор, пока отсчет выходного прибора не достигнет значения ср= (0,7 — 0,3) 1„.„, .

При этом величина Лл определяется фактической шириной и профилем уже изготовленного элементарного фильтра.

Определив указанным способом длину волны, при которой следует наносить согласующий слой, регулировкой чувствительности регистрирующей системы устанавливают отсчет пс шкале выходного прибора, равный (0,7 — О,б) Ф, после чего наносят согласующий слой до достижения максимума отсчета.

Затем монохроматор перестраивают на длину волны Х.=1 и напыляют слои, образующие второй элементарный фильтр. Второй элементарный фильтр изготавливают аналогично первому.

Если сложное оптическое интерференционное покрытие состоит из трех и более элементарных фильтров, соединенных согласующими слоями, то перед каждым согласующим слоем изменяют длину волны на соответствующую величину Ai.. Затем регулируют чувствительность регистрирующей системы

553565!

15

Формула изобретения

Составитель В. Ванторин

Редактор В. Другова Техред В. Рыбакова 1хорректор И. Симкина

Заказ 437,, 1145 Изд. ¹ 37 Тираж 658 Г!одппсноа

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент» и наносят указанный слой до максимума пропускания, после чего возвращаются к 7.=Хо и наносят пленки, образующие следу1ощий элементарный фильтр.

Как показывают расчеты, подтвержденные экспериментально, в процессе нанесения согласующего слоя предлагаемым способом изменение величины отсчета, вызванное ростом этого слоя, достаточно велико и лежит в пределах 20 — 30% от всей шкалы (Лтр=0,20—

0,30) .

При таком большом изменении отсчета погрешность измерения небольшая, поэтому ошибка в толщине согласующего слоя не превосходит 15%, что практически не ухудшает эксплуатационных свойств оптического покрытия.

Предложенным способом изготовлено несколько вариантов полосовых контрастных фильтров, состоящих из двух или трех элементарных полосовых фильтров. Рассмотрим в качестве примера, как наносились пленки, образующие 11-слойный полосовой контрастный фильтр из сернистого цинка (тт= =пв=,3) и криолита (и= и 11 = 1,35) .

Покрытие состоит из двух пятислойных полосовых элементарных фильтров третьего порядка, между которыми расположен согласующий (шестой) слой криолита. Все слои покрытия, кроме шестого, фотометрировались при длине волны Х=Х вЂ” — 513 н,11. Напыление шестого слоя контрслировалп, сместившись перенастройкой монохроматора в коротковолновую сторону спектра до достижения отсчетом значения тр=0,34,., „здесь 1р,„,, — отсчет, соответствующий окончанию предыдущего слоя. Шестой слой наносили при

i.=495 нлд Все слои покрытия наносили при таких щелях монохроматора, что было ооеспечено выполнение условия О ((Ж..

Изготовленный фильтр имел следующие параметры: длина волны максимального пропускания — 513,1 ни, полуширина — 23 ня1, максимальное пропускание — 92%; форма спектральной кривой полосы пропусканпя близка х теоретической.

Применение предложенного способа суlUeственно увеличивает выход годных изделий при изготовлении полосовых контраст lblx интерференционных фильтров. Улучшаются оптические параметры пскрытия в области его полосы пропускания. Способ рационально использовать в ряде других случаев для изготовленпя сложных диэлектрических интерференционных покрытий.

Использование способа позволит изготавливать сложные покрытия рабочим, имеющим более низкую квалификацию, чем операторы, которые выполняют такую работу в настоящее время. Зто обусловлено тем, что значительно упрощается и повышается точность нанесения согласующих слоев, входящих в сложное покрытие. При напылении именно этих слоев обычно допускается основная ошибка, приводящая к ухудшению спектральной кривой покрытия, т. е. к браку.

Способ изготовления полосового контрастного диэлектрического пропускающего оптического фильпра, содержащего не менее двух соединенных согласующими слоями, элементарных ф11льтров, пу тем нанесения на под ложку чередующихся слоев с большим и меньшим показателями преломления с одновреме1ным контролем при помощи регистрирующей систс tbl в монохроматическом свете по шкале выходного прибора с верхним пределом отсчета Ф величины пропускания подложки с наносимыми на нее интерференционными слоями и опре.1слением экстремума пропусканпя, отл ич а ющи йся тем, что, с целью улучшения оптических параметров B рабочей области спектра, после осаждения пленки, пред шествующей согласующему слою, уменьшают изменением длины волны монохроматическогс

35 излучения величину отсчета на 30 — 70%, устанавлига1от регулировкой чувствительности рсгистрирующей системы отсчет, равный (0,7—

0,6) Ф, и наносят согласующий слой до достижения максимального пропускания.

Источники информации, принятые во в11пмание при экспертизе:

1. Оптико-механическая промышленность, 1968, № 9, с. 50.

2. Оптико-механическая промышленность, 1969, N 4, с. 50.

3. Оптико-механическая промышленность, 1971, М 13, с. 46.

4. Ш. Л. Фурман и др. «1Лзготовление узко полосных интерференционных фильтров с относительной полушириной меньшей 0,005», Л., ЛДНТП, 1969 г.