本發(fā)明涉及一種光學(xué)狹縫,具體涉及一種以藍(lán)寶石為基底的亞微米級(jí)厚度的光學(xué)狹縫。

背景技術(shù)：

狹縫是一種廣泛使用于帶有陣列探測(cè)器的光譜儀或分光光度計(jì)中的決定儀器分辨率指標(biāo)的重要零件。目前廣泛使用的狹縫是機(jī)械狹縫，這種狹縫由于細(xì)縫寬度非常窄，一旦細(xì)縫內(nèi)落入極小的雜質(zhì)，很難清理，會(huì)影響到儀器的響應(yīng)度并且對(duì)分辨率產(chǎn)生影響，同時(shí)還有加工困難，易損壞形變等缺點(diǎn)。

短波紅外可以提供可見(jiàn)光、微光夜視、中波、長(zhǎng)波紅外所不能提供的信息。短波紅外成像具有高分辨率、無(wú)需低溫制冷、晝夜成像、高靈敏度等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于空間遙感探測(cè)、夜視和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。

亞微米級(jí)短波紅外增透狹縫采用光學(xué)薄膜方法形成狹縫，通過(guò)增透膜盡可能減少光學(xué)基片對(duì)于短波紅外能量的損耗。該狹縫具有易清洗、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、定位精度高、不變形等優(yōu)點(diǎn)，在短波紅外成像光譜儀中具有很高的應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出設(shè)計(jì)了一種以藍(lán)寶石片為基底的亞微米級(jí)厚度的光學(xué)狹縫，該狹縫元件可以使得狹縫透明區(qū)在0.95～2.50μm區(qū)間具有良好的透光效果，可應(yīng)用于短波紅外成像中。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：通過(guò)在藍(lán)寶石片基底的入射面先通過(guò)光刻掩膜形成狹縫圖形后，鍍制一層鎳鉻合金消光膜層形成狹縫，然后再分別在入射面和出射面鍍制短波紅外增透膜。

本發(fā)明的狹縫由基片1、入射面消光膜層2、狹縫3、入射面短波紅外增透膜4和出射面短波紅外增透膜5組成。在基底的入射面沉積消光膜層2和短波紅外增透膜層4，在基底的出射面沉積短波紅外增透膜5。

亞微米級(jí)光學(xué)狹縫的具體結(jié)構(gòu)為：狹縫3位于基底1的入射面上，在基底1的入射面狹縫3以外區(qū)域鍍制有鎳鉻合金消光膜層2，在入射面?zhèn)鹊莫M縫3和鎳鉻合金消光膜層2上鍍有入射面增透膜4；在出射面?zhèn)儒冇谐錾涿嬖鐾改?；

所述的鎳鉻合金消光膜層2的厚度為200～300納米；

所述的狹縫3為200～300納米厚的光學(xué)狹縫。

本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于：提出了一種以藍(lán)寶石片為基底的亞微米級(jí)光學(xué)狹縫，該狹縫可以使得在0.95～2.50微米光譜區(qū)間，透明狹縫區(qū)域的光譜透過(guò)率大于97％,不透明區(qū)域的光譜平均透過(guò)率低于0.1％。狹縫厚度僅為200～300納米，寬度和形狀可調(diào)，線性精度可達(dá)1微米。該狹縫可有效去除雜散光，狹縫結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，定位精度高。該狹縫可應(yīng)用于短波紅外成像光譜儀等短波紅外儀器中。

附圖說(shuō)明

圖1為一種以藍(lán)寶石為基底的亞微米級(jí)光學(xué)狹縫的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖中(1)為基片、(2)位入射面消光膜層、(3)為狹縫3、(4)為入射面增透膜、(5)為出射面增透膜。

圖2是一種以藍(lán)寶石為基底的亞微米級(jí)短波紅外增透狹縫的樣品照片圖。

圖3是一種以藍(lán)寶石為基底的亞微米級(jí)短波紅外增透狹縫樣品狹縫寬度光學(xué)顯微鏡測(cè)試圖。狹縫寬度約為18.3微米。

圖4為一種以藍(lán)寶石為基底的亞微米級(jí)短波紅外增透狹縫透明區(qū)的光譜透過(guò)率曲線。透過(guò)率大于97％。

圖5為一種以藍(lán)寶石為基底的亞微米級(jí)短波紅外增透狹縫非透明區(qū)的光譜透過(guò)率曲線。平均透過(guò)率小于0.1％。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明為一種以藍(lán)寶石為基底的0.95～2.50微米亞微米級(jí)短波紅外增透狹縫，首先通過(guò)光刻掩膜在藍(lán)寶石基片上形成所需要的狹縫的光刻膠圖形，然后在光刻膠圖形上鍍制消光膜層2。

本發(fā)明光刻膠選用為正膠。

本發(fā)明入射面消光膜層2薄膜材料選用鎳鉻合金絲，采用鎢電阻絲加熱蒸發(fā)的方式蒸發(fā)鎳鉻合金絲材料。初始沉積時(shí)的沉積溫度為20℃的真空室環(huán)境溫度。薄膜沉積厚度為200-300納米。消光膜層2厚度即為狹縫厚度，為亞微米級(jí)。

本發(fā)明在鍍制入射面消光膜層2后，通過(guò)酒精或丙酮等有機(jī)溶劑將基片入射面的光刻膠圖形清洗干凈，形成狹縫3透明區(qū)域。狹縫3通過(guò)光學(xué)顯微鏡測(cè)試寬度約為18.3微米。

本發(fā)明短波紅外增透狹縫，基片兩側(cè)的增透膜為多層膜非規(guī)整膜系結(jié)構(gòu)。膜系沉積采用石英晶體監(jiān)控和光學(xué)直接監(jiān)控互補(bǔ)的監(jiān)控方式，控制膜層厚度沉積誤差，得到接近設(shè)計(jì)的結(jié)果。

本發(fā)明入射面增透膜4選取中心波長(zhǎng)為1.75μm，通過(guò)膜系設(shè)計(jì)軟件優(yōu)化，膜系結(jié)構(gòu)為：

基底/0.194H 0.195L 0.533H 0.087L 1.122H 0.159L 0.374H 0.882L/空氣

其中，H表示一個(gè)λ₀/4光學(xué)厚度的TiO₂膜層，L表示一個(gè)λ₀/4光學(xué)厚度的SiO₂膜層，λ₀為中心波長(zhǎng)，H與L前的數(shù)字為膜層的厚度比例系數(shù)。

本發(fā)明出射面增透膜5選取中心波長(zhǎng)1.75μm，通過(guò)膜系設(shè)計(jì)軟件優(yōu)化，膜系結(jié)構(gòu)為：

基底/0.198H 0.193L 0.538H 0.083L 1.126H 0.16L 0.374H 0.88L/空氣

其中，H表示一個(gè)λ₀/4光學(xué)厚度的TiO₂膜層，L表示一個(gè)λ₀/4光學(xué)厚度的SiO₂膜層，中心波長(zhǎng)λ₀為1.75μm，H、L前的數(shù)字為膜層的厚度比例系數(shù)。

本發(fā)明增透膜沉積時(shí)采用離子源輔助沉積，鍍膜時(shí)充15sccm的氧氣，離子源陽(yáng)極電壓為190伏特，陰極電流為6安培?；练e溫度控制在250±2℃。薄膜沉積采用電子槍加熱蒸發(fā)，TiO₂薄膜沉積速率為0.2nm/s，SiO₂薄膜沉積速率為1nm/s。