窄带滤光片基底材料的影响

2014-10-22 admin1

造成滤光片中心波长漂移的主要原因包括:

       1、膜层的聚集密度;

       2、膜层的折射率和儿何厚度随使用环境的变化而发生的变化。就膜层聚集密度而言,常规工艺下制备的薄膜聚集密度通常都小于1。因此,随吸潮情况不同,膜层的光学厚度变化可达l%~ 5%l,这意味着对于中心波长为777. 4 nm的闪电探测仪用超窄带滤光片,吸潮后的中心波长将向长波方向漂移7 7 - 37. 5 nm。这种漂移不仅随环境湿度变化而变化,而且当滤光片由高聚集密度的致密膜和低聚集密度的疏松膜组成时,由于致密膜的阻挡作用,波长漂移的时间可持续儿天甚至儿个月,所以给滤光片的实际应用带来困难。在早期,膜层内部的低聚集密度造成的疏松结构是引起光谱漂移的主要原因。现在,采用离子束辅助(IBAD)、反应离子镀(RIP)以及离子束溅射(IBS)等沉积技术已可使膜层的聚集密度达到等于甚至大于一。在这种情况下,膜层中被认为已不存在吸潮空隙,由吸潮引起的光学厚度变化或波长漂移可忽略不计,于是膜层材料的热膨胀和折射率等随温度变化引起的中心波长漂移便成为主要因素。由于它是由温度变化引起的,因此一般称为温度稳定性。 

       日本科学家高桥1对滤光片的温度稳定性作了极为深入的研究。他指出,滤光片的温度稳定性不仅与膜层有关,而且与基底材料相关,即温度稳定性是由基底和薄膜两者相互作用的综合结果决定的。随着滤光片温度的变化,不可避免地会产生膜层儿何厚度(由热膨胀系数决定)和膜层折射率(由膜层折射率温度系数决定1的变化。但是这种变化可以通过选择基底的热膨胀系数,即调节基底热应力对膜层造成的弹性形变来进行补偿。他对热膨胀系数从0到142×l0.7/℃的8种基底材料进行了试验,得到的结果是,滤光片中心波长漂移从0 018 nm门C变化到0 005 nm门C。因此,对于特定的膜系,从理论上总可找到零漂移时基底所对应的热膨胀系数。 

       高桥模型的基本出发点是,当滤光片的环境温度发生变化时,一方面,膜层本身因热膨胀使得体积增大,造成膜层的平均聚集密度降低,导致膜层厚度和折射率变化;另方而,基底和膜系的热应力造成膜层的弹性形变,也会产生膜层的体积变化,引起膜层厚度和折射率变化。这2个过程若能有效地补偿,则可以实现滤光片中心波长零漂移。

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