Файл: Козелкин В.В. Основы инфракрасной техники учебник.pdf

Для инфракрасного излучения с л>4 мкм коэффициент от­ ражения металлических покрытий можно рассчитать исходя из формулы Друде:

для удобства расчетов удельное сопротивление металла рм будем выражать в Ом/м, а длину волны к — в мкм.

Результаты измерений коэффициента отражения ряда метал­ лов, обладающих высокой отражательной способностью в ИК-

области спектра, приведены на рис. 6.12. Уже начиная с ближ­ ней области ИК-спектра (Л> 1 мкм) средний коэффициент отра­ жения серебра, золота, алюминия и меди превышает 95%, а ко­ эффициент отражения родия, начиная с Х = 2 мкм, превыша­ ет 90%.

Наряду с высоким коэффициентом отражения q отражающее покрытие должно быть достаточно прочным и обладать химиче­ ской и физической стойкостью, не изменяя своих свойств с те­ чением времени.

Серебро с течением времени темнеет, сильно снижая свою от­ ражательную способность; физическая прочность слоя серебра низкая. Высокой химической н физической стойкостью обладают золотые и родиевые покрытия.

Как видно из рис. 6.12, коэффициент отражения золота в ви­ димой области спектра резко падает, это позволяет использовать зеркала с золотым покрытием в тех случаях, когда нужно сни­ зить отражение видимого излучения.

Чаще всего для изготовления зеркал применяют алюминий, который легко испаряется в вакууме, обладает хорошим сцепле­ нием со стеклом, пластмассами и не тускнеет на воздухе, так

167

как естественная оксидная пленка, образующаяся на поверхно­ сти алюминия, защищает покрытие от дальнейшего окисления it механических повреждений. Для более надежной защиты алюми­ ниевой поверхности на нее иногда дополнительно наносят тон­ кую пленку моноокиси кремния (SiO). Такая пленка надежно, защищает алюминиевый слой от воздействия морской зоды, ще­ лочей п высоких температур.

Различные комбинации пленок, нанесенных па отражающее покрытие, позволяют получить селективно отражающие покры­ тия — фильтры, которые можно использовать для срезания не­ нужного участка длин волн пли выделения желаемой полосы из­ лучения. Принцип действия таких покрытий — фильтров — ос­ нован на явлении интерференции в параллельных пластинах. Простейший отражательный фильтр состоит из хорошо отража­ ющего металла (например, алюминия), прозрачной диэлектриче­ ской прокладки и пленки из полупрозрачного металла. Коэффи­ циент отражения такого фильтра будет максимальным для тех длин волн, для которых толщина прокладки окажется равной четному числу четвертей длин волн. Минимальное отражение будет для тех волн, у которых на толщине прокладки указывает­ ся нечетное число значений К/4. В этом случае будет происходить гашение падающего луча вследствие разности фаз падающего и отраженного излучения.

Максимальное значение коэффициента отражения будет рав­ но коэффициенту отражения непокрытого алюминия, а минималь­ ное отражение может быть доведено до нуля соответствующим выбором толщины полупрозрачной металлической пленки (рис. 6.13). Применяя несколько пленочных пар, можно изготовить

168

отражающий фильтр с очень узкой полосой пропускания. Выбо­ ром комбинаций пленок можно изготовить отражающий фильтр, полностью поглощающий видимый свет, так называемое темное зеркало. Это бывает необходимо для уменьшения влияния помех от рассеянного света или видимого излучения в ПК-прнборах. На рис. 6.14 показано устройство и зависимость коэффициента отражения от длины волны одного пз таких зеркал. Из рисунка видно, что фильтр полностью поглощает видимое излучение, и поэтому зеркало кажется темным.

§ 6.2. ФИЛЬТРЫ ИК-ОБЛАСТИ СПЕКТРА

Фильтром называется оптическое устройство, предназначен­ ное для изменения спектрального состава пли величины лучисто­ го потока. Фильтры применяют в тех случаях, когда необходимо

волны, длиннее данной волны. К мим относятся, например, гер­ маний и кремний, которые, задерживая видимое и ближнее ИК-

волны более короткие, чем данная волна. К таким фильтрам от­

Для фильтрации излучения могут быть использованы такие явления, как избирательное поглощение или отражение веществ, рассеяние, поляризация или интерференция излучения в вещест­ ве. Так как избирательное поглощение в одной или нескольких областях спектра присуще любому веществу, то можно изгото­ вить твердые, жидкие и газообразные фильтры. Конструктивно, конечно, удобнее всего твердые фильтры, но иногда для получе­ ния необходимых характеристик поглощения приходится прн-

169

где Фл — монохроматический поток лучистой энергии, попадаю­ щий на фильтр;

S* — спектральная характеристика приемника.

Так, например, если поток лучистой энергии, падающей на светофильтр, характеризуется кривой а (рис. 6.15), а прошедший через него — кривой б, то по формуле (6 .8 ) отношение площа-

дсй, ограниченных кривыми а и б, дает интегральный коэффи­ циент пропускания данного фильтра. Площади, ограниченные кривыми, можно определить, подсчитав количество содержащих­ ся в них квадратиков или элементарных площадок.

Полное представление об оптических свойствах любого фильтра можно получить, имея кривую спектрального пропуска­ ния или кривую оптической плотности данного фильтра. При этом лучшим будет тот фильтр, который для данной граничной длины волны Агр будет иметь наиболее резкую границу кривой пропускания. В идеальном случае (оптимальный фильтр) кри­ вая пропускания должна иметь вид, показанный на рис. 6.16.

Рассмотрим различные типы фильтров, применяемых в инф­ ракрасной технике.

1. Твердые поглощающие фильтры

Действие твердых поглощающих фильтров основано на погло­ щении излучения в окрашенном стекле, пластмассах, пленках, кристаллах и ряде других твердых веществ.

Практически из всех материалов, имеющих границы погло­ щения в инфракрасной области спектра (см. § 6 .1 ), можно изго­ товить поглощающие фильтры, хотя границы спектральных кри­ вых пропускания большинства материалов не резки и характери­ стики фильтра не могут быть идеальными.

Для пропускания ближнего инфракрасного излучения и по­ глощения видимого излучения часто применяют стеклянные фильтры, покрытые слоем цветной пластмассы или содержащие

171