ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 154
Скачиваний: 2
в своей массе различные красители (окись марганца, сульфоселепнд сурьмы, окислы солей кобальта, никеля, хрома, железа и других металлов). При этом краситель поглощает видимое излу чение, а материал стекла определяет длинноволновую границу пропускания (рис. 6.17).
Для фильтрации длинноволнового инфракрасного излучения могут быть использованы и обычные неокрашенные стекла, хо-
0 |
/ |
2 |
3 |
4 |
\гмкм |
Р и с . 6.17. |
Кривые |
|
п р о п у ск а н и я |
стекла |
|
И К С -1 т о л щ и н о й 2 мм ( / ) |
и ст ек л а с |
||||
о к н сы о |
м а р г а н ц а |
т о л щ и н о й |
2 мм |
(2) |
|
рошо пропускающие излучения до 2,5 мкм и непрозрачные для более длинных волн (см. рис. 6 .1 ).
Для фильтрации видимого излучения иногда применяют же латиновые фильтры, представляющие собой тонкую окрашенную желатиновую пленку, помещенную между двумя стеклами. Же латиновые фильтры имеют крутой передний фронт спектральной характеристики и хорошую прозрачность в рабочей части спект ра. Однако эти фильтры могут со временем изменять свои свой ства, так как они чувствительны к колебаниям влажности н тем пературы.
Длинноволновые пропускающие фильтры изготовляют из гер мания и кремния (см. рис. 6.9 п 6.10). Можно также использо вать пленочные поглощающие фильтры, которые изготовляют на несением пленок, различных металлических или полупроводнико вых материалов. Эти материалы испаряют в вакууме на по верхность стекла или пластинок, прозрачных в инфракрасной области спектра.
2. Непоглощающие фильтры
Принцип действия непоглощающих фильтров основан на рас сеянии излучения частицами, размеры которых соизмеримы с длиной волны излучения. Если легкие частицы находятся во взвешенном состоянии в некоторой среде пли нанесены на по верхность прозрачной пластинки, то такие частицы в том случае, когда их диаметр меньше длины волны излучения, будут рас сеивать излучение по закону Рэлея. Пропускание подобного
фильтра будет минимальным при диаметре частиц, равном при близительно 1/2Я. Пропускание возрастает по мере того, как раз меры частиц и длина волны становятся соизмеримыми. Для длин волн, больших, чем размер частиц, фильтр становится прозрач ным.
Р ис. |
(5.18. К ри в ы е п р о п у ск а н и я |
п о р о ш |
||
ковы х ф и л ь т р о в |
из з о л о т о й |
черви |
||
па |
си льви не ( 1), |
с ел ен а |
на |
с и л ь в и |
не |
( 2 ), т е л л у р о в о й |
черни |
на |
си л ь в и |
не (3 ), |
окиси |
м а р г а н ц а |
па |
с л ю д е (4), |
|
окиси |
магния |
па |
ст ек л е |
( 5 ), |
в и с м у т о |
вой черни |
на си л ьви н е |
(6) |
|||
Рассеивающие порошковые светофильтры изготовляют из оки си цинка или магния, селена, теллура, висмута или других ма териалов, нанесенных в виде порошков на слюду или стекло.
Спектральное пропускание некоторых порошковых непогло щающих фильтров приведено на рис. 6.18.
3. Интерференционные фильтры
Явление интерференции при отражении от плоскопарал лельных пластин может быть использовано для создания отра жающих и пропускающих фильтров. Такие фильтры широко при меняются в различных областях науки и техники. Многослойные интерференционные фильтры позволяют выделять очень узкие участки в инфракрасной области спектра шириной от несколь ких ангстрем до десятых долей микрона. Интерференционные фильтры отражающего типа рассматривались в разд. 4 § 6.1 как селективные отражающие покрытия для зеркал.
Узкополосные пропускающие интерференционные фильтры делятся на две группы: металло-диэлектрические, состоящие из металлических и диэлектрических слоев, и диэлектрические, со стоящие только из диэлектрических слоев.
Простейший пропускающий интерференционный фильтр со стоит из тонкой прозрачной диэлектрической пленки, покрытой с двух сторон двумя зеркальными металлическими слоями с высо ким отражением н частичным пропусканием в определенной об ласти спектра. Такая трехслойиая система наносится на под ложку, прозрачную в рабочей области спектра (рис. 6.19). Зер кальные поверхности изготовляют из серебра или алюминия, в качестве диэлектрической прокладки применяют фтористый маг ний, сернистый цинк, фтористый стронций и некоторые другие
173
диэлектрические материалы, прозрачные в заданной области спектра.
Если поток параллельных лучей падает на поверхность фильт
ра, то часть излучения пройдет через этот фильтр |
|
(лучи I—I, |
|||||||
II—II). Часть же излучения отразится от второго металлического |
|||||||||
слоя, пройдет через пленку диэлектрика, |
отразится |
|
от |
первого |
|||||
металлического слоя, снова пройдет |
через диэлектрик и второй |
||||||||
полупрозрачный металлический слой (луч Г—Е) |
и на выходе из |
||||||||
|
|
|
фильтра встретится с сосед |
||||||
|
|
|
ним падающим лучом (II— |
||||||
Падающее |
|
|
II). Если разность хода этих |
||||||
излучение |
|
|
лучей равна X (что получа |
||||||
|
|
|
|||||||
|
|
|
ется при толщине слоя ди |
||||||
Частично |
|
электрика, кратной Х/2), то |
|||||||
|
при |
сложении |
электромаг |
||||||
отраженное |
|
||||||||
излучение |
|
нитных колебаний в резуль |
|||||||
|
|
|
тате |
интерференции |
прохо |
||||
|
|
|
дящее |
излучение |
с |
длиной |
|||
|
|
|
волны X усиливается. |
|
|||||
|
|
|
Таким образом, пропу- |
||||||
|
|
Проходящее скаипе |
интерференционного |
||||||
|
|
излучение |
фильтра с толщиной диэлек |
||||||
|
|
|
трического |
слоя, |
кратной |
||||
|
|
|
половине длины волны по |
||||||
|
|
|
падающего на фильтр излу |
||||||
|
|
|
чения, |
будет |
максимальным |
||||
|
|
|
для |
этого излучения. Изме |
|||||
Р и с . 6.19. |
С х ем ы п р о с т е й ш е г о |
п р о п у с к а |
няя |
толщину |
диэлектриче |
||||
ю щ е г о |
и н т е р ф е р е н ц и о н н о г о ф ильтра : |
ской пленки, |
можно |
изгото |
|||||
|
|
|
|||||||
/—полупрозрачный металлический |
слой: 2— |
вить |
фильтр |
для |
любого |
||||
|
диэлектрик; 3—подложка |
заданного участка |
спектра. |
||||||
|
|
|
|||||||
пускания |
такого фильтра |
|
Однако ширина полосы про |
||||||
будет довольно |
велика. |
Ее |
можно |
||||||
уменьшить, только увеличивая отражающую способность полу прозрачного металлического слоя за счет увеличения толщины этого слоя. Но это в свою очередь вызовет уменьшение пропус кания фильтра. Для того чтобы улучшить характеристики интер ференционных фильтров и обойтись без металлических отражаю щих покрытий, стали применять слои диэлектрического материа ла с высоким и низким показателем преломления, наносимые поочередно на подложку. По толщине эти слои делаются крат ными нечетному числу четвертей волны (Х/4). Наборы из чет вертьволновых диэлектрических слоев подходящих материалов с соответствующими показателями преломления позволяют изго товлять инфракрасные интерференционные фильтры с очень хо рошими характеристиками.
На рис. 6.20 показана схема диэлектрического многослойного интерференционного фильтра. Он состоит из полуволновых сло-
174
ев 1 диэлектрика (с толщиной, кратной К/2 ), разделенных чет вертьволновыми слоями с большим и малым показателями пре ломления 3 поочередно. Четвертьволновые слои являются почти полностью отражающими покрытиями для полуволновых про слоек. Наличие нескольких полуволновых прослоек делает спект ральную кривую пропускания фильтра более узкой. Многослой-
Р и с . 6.20. |
С х е м а м н о г о |
с л о й н о г о |
и н т е р ф е р е н ц и |
о н н о г о ф и л ь т р а с р я д о м ч ет в е р т ь в о л н о в ы х д и э л е к три ческ и х о т р а ж а ю щ и х сл о ев :
/—'полуволновые ело»; 2— подложка: 3 — четвертьвол новые ело» попеременно с большим п малым показате лями преломления
Р и с . 6.21. С х е м а у с т а н о в к и д л я н а н есен и я и н т е р ф е р е н ц и о н н ы х ф и л ь т
ров п у те м т ер м и ч еск о го и сп а р ен и я в в а к у у м е :
/—держатель и подогреватель подложки; 2—контрольная мишень; 3—маска; 4—кол пак: 5—экран; 6—электроды, между кото рыми возникает тлеющий разряд; 7—ваку умметр; S—испаритель на подвижном ос новании; 0—источник излучения с модуля тором для освещения контрольной мише ни; 10—приемник светового потока, отра женного от контрольной мишени; И —'конт
рольный измерительный прибор
ный диэлектрический фильтр может иметь до 20—30 слоев. Слои высоким показателем преломления изготовляют из теллура, теллурида свинца, трехсернистой сурьмы, сульфида цинка или германия, слои с низким показателем преломления — из криоли
та, окиси кремния, фтористого стронция и других материалов. Расчет многослойных интерференционных фильтров ввиду его
сложности производится на электронных вычислительных маши нах. При соответствующем программировании на электронной машине может быть рассчитан многослойный интерференцион ный фильтр с заранее заданными характеристиками пропус кания.
Интерференционные фильтры изготовляют путем поочередно го термического испарения слоев на подходящую подложку, помещенную в глубоком вакууме. Схема установки для нанесе ния интерференционных фильтров показана на рис. 6.21. Под
175
ложки, на которые наносятся слои фильтра, укрепляются в дер жателях п помещаются под вакуумный колпак 4. Здесь же под колпаком находится испаритель диэлектрического материала 8. Давление под колпаком понижается с помощью вакуумных на сосов до 10- 5—10~ 8 мм рт. ст. Подложки нагреваются имеющим ся в держателе нагревателем п очищаются тлеющим разрядом. В центральное положение под колпаком устанавливается испа ритель с тем материалом, который должен наноситься в первую очередь. Испаритель, прикрытый экраном 5, прогревается для обезгажпванпя, после чего экран удаляется п начинается напыле ние. Толщина покрытия контролируется с помощью контрольной мишени 2. На эту мишень с помощью системы линз и призм падает модулированное монохроматическое излучение от источ ника 9. Отраженное излучение попадает на приемник 10 и фик сируется контрольным измерительным прибором 11. Наблюдая изменение отражения от контрольной мишени, устанавливают время, когда нужно окончить нанесение покрытия. После на несения одного слоя испаритель отодвигается и па его место ус танавливается испаритель с другим материалом. Контрольная мишень поворачивается чистой частью подложки, чтобы можно было контролировать напыление следующего слоя.
§6.3. ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ИКОБЛАСТИ СПЕКТРА
1.Назначение, основные характеристики
иклассификация
Оптические системы в приборах инфракрасной области спект ра обычно работают вместе с приемником или источниками из лучения и предназначаются для перераспределения потока лу чистой энергии с целью более эффективного его использования. Вели оптическая система работает с источником излучения, то она служит либо для концентрации лучистой энергии, т. е. соз дания направленного потока, либо для получения пучков излуче ния определенной формы. Оптическая система с приемником излучения служит для улавливания излучения и фокусировки его на чувствительный элемент приемника. Применение оптиче ской системы позволяет во много раз увеличить облученность чув ствительного элемента по сравнению с облученностью поверхно сти оптической системы.
Элементы оптических систем инфракрасной области спектра (линзы, зеркала, призмы и т. д.) принципиально не отличаются от элементов оптических систем видимой области спектра. Ос новное различие заключается в материалах, которые должны обладать хорошим пропусканием или отражающей способно стью в рабочем участке спектра. От ИК-оптических систем чаще всего не требуется такой высокой разрешающей способности, как от оптических систем для видимой области спектра. Это позво-
176
