本發(fā)明涉及一種紅外濾光片生產(chǎn)技術(shù)，具體涉及一種甲烷氣體檢測用紅外濾光片及其制備方法。

背景技術(shù)：

紅外氣體濃度探測原理是根據(jù)氣體紅外特征吸收峰測定氣體濃度，因此選擇特定波長的紅外氣體分析濾光片是紅外氣體分析儀的關(guān)鍵部件。光源發(fā)出的光經(jīng)過濾光片后，得到一定帶寬的準單色光(帶寬越窄單色度越好)，該光通過氣體樣品池被氣體吸收后，由檢測器檢測出射光強，從而推算出氣體的濃度。

隨著的世界發(fā)展，能源的需求不斷地增加，高瓦斯煤礦礦井越來越多，瓦斯爆炸引起的礦井事故也隨之增加；同時，城市燃氣和石油氣中甲烷是重要組成部分，因此這些氣體的泄漏隨時會引起爆炸、火災(zāi)，對人們的生活存在的極大的安全隱患。所以甲烷成分的檢測對于煤炭、石油、天然氣的開采、冶煉、儲藏和運輸都可以起到很好的安全防護作用，對于城鎮(zhèn)居民的安全也有重要意義。

目前檢測甲烷氣體的方法主要分為以下幾種:熱催化燃燒型甲烷濃度檢測儀(難熔金屬鉑絲加熱后的電阻會隨可燃氣體的濃度進行變化)，半導體型甲烷濃度檢測儀(半導體的表面電阻會隨可燃氣體濃度進行變化)。這兩種檢測方法的缺點是測量的精度較低、當甲烷濃度較高時會引起探測器中毒而無法繼續(xù)檢測等。還有根據(jù)光聲光譜和光的干涉原理制成的氣體檢測儀，其推廣和應(yīng)用范圍很小，主要是因為結(jié)構(gòu)過于復雜、檢測所需的時間較長而且受環(huán)境因素的影響很大，其它氣體容易影響檢測結(jié)果。目前較好的方法是根據(jù)紅外光譜吸收的原理制成的甲烷氣體檢測儀，這種檢測方法克服了以往方法中的探測器中毒、容易受其它氣體干擾等缺點，而且靈敏度較高、反應(yīng)所需時間短、對氣體具有較好的選擇性。

但是，就目前用于測量甲烷氣體的帶通紅外濾光片，其通帶較寬，截止波段不夠?qū)?，峰值透射率較低，所以測量準確性、穩(wěn)定性以及抗干擾的能力還有待提升，靈敏度差，不能滿足市場發(fā)展的需要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種峰值透過率高，能極大的提高信噪比，有效檢測甲烷氣體的3310nm帶通紅外濾光片及其制作方法。。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計的一種甲烷氣體檢測用紅外濾光片，其特征是：

(1)采用單晶Si作基板；硅雙面拋光，厚度300±10μm，晶向<100>。

(2)鍍膜材料選擇一氧化硅SiO和單晶鍺Ge，在基板兩個表面上分別沉積主膜系面薄膜和干涉截止膜系面薄膜。

(3)主膜系面薄膜結(jié)構(gòu)采用Sub/(HL)6H(LH)L(HL)4H(LH)L(HL)6H(LH)L/Air。

(4)干涉截止膜系面薄膜采用：Sub/0.66(HL)⁸(HL)⁴ 2.6(HL)⁴/Air。

膜系中符號含義分別為：Sub為基板，Air為空氣，H和L分別代表膜層Ge(高折射率材料層)和膜層SiO(低折射率材料層)的一個1/4波長光學厚度，中心波長λ＝3310nm，1H＝(4n_H d)/λ；1L＝(4n_L d)/λ，結(jié)構(gòu)式中數(shù)字為膜層的厚度系數(shù)、結(jié)構(gòu)式中的指數(shù)是膜堆鍍膜的周期數(shù)。

上述的一種甲烷氣體檢測用紅外濾光片的制備方法，以單晶硅Si為基板，一氧化硅SiO和鍺Ge為鍍膜材料，采用真空熱蒸發(fā)薄膜沉積的方法制備鍍膜層，Ge選用電子束蒸鍍，沉積速率為SiO選用多孔鉬舟電熱蒸鍍，沉積速率為開始蒸鍍真空度為1.0×10^-3，沉積溫度為200℃。

上述的一種甲烷(CH4)氣體檢測用紅外濾光片的制備方法，采用光學監(jiān)控法控制膜層厚度，并輔以石英晶控控制沉積速率。

上述制備得到的3310nm帶通紅外濾光片，主膜系采用多腔窄帶膜系結(jié)構(gòu)，配合高截止深度的干涉截止膜系，中心波長為3310nm，3280nm～3340nm波段平均透過率為91.06％，半高寬75nm；除中心波長3310nm帶寬75nm的通帶外，從1000～7000nm范圍內(nèi)的其余光譜全部截止，能極大的提高信噪比，可以很好的抑制其他氣體的干擾，產(chǎn)品光學性能和物理強度能很好的滿足實際使用要求，廣泛應(yīng)用于甲烷氣體紅外探測儀器，提高儀器探測精度和效能，可以做到更快速、更精確的確認泄漏點。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

1、濾光片與傳統(tǒng)技術(shù)方法相比，具有中心波長為3310nm的窄帶透過光譜，透射帶的上升沿和下降沿陡峭，波形矩形度好，峰值透過率>90％、截止區(qū)域內(nèi)截止深度<0.5％，因此3310nm的有效工作波段可以盡可能大的透過，而其余無效波段的背景干擾信號則極大的減小，因而可取得優(yōu)異的信噪比，提高儀器的測試靈敏度和精度。

b、本發(fā)明制備的濾光片工藝簡單，已能形成批量生產(chǎn)，性能穩(wěn)定，滿足高精度甲烷氣體紅外探測儀器的性能要求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述甲烷氣體檢測用紅外濾光片的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：基底1為單晶Si，膜層材料2為Ge，膜層材料3為SiO。

圖2是濾光片最終性能實測曲線圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

實施例1：

如圖1所示，本實施例提供的一種甲烷(CH4)氣體檢測用紅外濾光片是：

(1)采用尺寸為Φ50.8×0.3mm的單晶Si作基板；硅雙面拋光，厚度300±10μm，晶向<100>。

(2)鍍膜材料選擇一氧化硅SiO和單晶鍺Ge，在基板兩個表面上分別沉積主膜系面薄膜A和干涉截止膜系面薄膜B。

(3)主膜A系面薄膜采用：Sub/(HL)6H(LH)L(HL)4H(LH)L(HL)6H(LH)L/Air；

(4)干射膜系B面薄膜采用：Sub/0.66(HL)⁸(HL)⁴ 2.6(HL)⁴/Air。

膜系中符號含義分別為：Sub為基板，Air為空氣，H和L分別代表膜層2(Ge)(高折射率材料層)和膜層3(SiO)(低折射率材料層)的一個1/4波長光學厚度，中心波長λ＝3310nm，1H＝(4n_H d)/λ；1L＝(4n_L d)/λ，結(jié)構(gòu)式中數(shù)字為膜層的厚度系數(shù)、結(jié)構(gòu)式中的指數(shù)是膜堆鍍膜的周期數(shù)。

本實施例提供的一種甲烷氣體檢測用紅外濾光片的制備方法，以單晶硅Si為基板，一氧化硅SiO和鍺Ge為鍍膜材料，采用真空熱蒸發(fā)薄膜沉積的方法制備鍍膜層，Ge選用電子束蒸鍍，沉積速率為SiO選用多孔鉬舟電熱蒸鍍，沉積速率為開始蒸鍍真空度為1.0×10^-3Pa，沉積溫度為200℃。

由于具體如何蒸發(fā)采用電子槍蒸發(fā)和采用阻蒸熱蒸發(fā)鍍膜是本領(lǐng)域技術(shù)人員所掌握的常規(guī)技術(shù)，在此不作詳細描述。

本實施例提供的一種本專利濾光片采用一面鍍多腔窄帶膜系，提高有效工作波段的透過率和波形矩形度，一次改善有效信號強度；另一面鍍高截止深度的干涉截止膜系，到達1000～7000nm的范圍內(nèi)除通帶外的所有無效次峰。

本實施例提供的甲烷(CH4)氣體檢測用紅外濾光片，其中心波長定位精度在0.4％以內(nèi)，對膜系采用光學監(jiān)控法控制膜層厚度，并輔以石英晶控控制沉積速率。

采用德國Bruker公司VERTEX 70型傅里葉紅外光譜儀對所制備的濾光片進行測試，本濾光片最終性能結(jié)構(gòu)如圖2的濾光片最終性能實測曲線圖：

1.中心波長λ＝3310nm；

2.帶寬Δλ＝75nm；

3.波形系數(shù)Δλ10％/Δλ50％＝1.46；

4.峰值透過率Tp＝90.06％；

除通帶外1000～7000nm T_avg≤0.5％。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變換，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。