一种以蓝宝石为基底的亚微米级厚度的光学狭缝的制作方法

本发明涉及一种光学狭缝,具体涉及一种以蓝宝石为基底的亚微米级厚度的光学狭缝。

背景技术：

狭缝是一种广泛使用于带有阵列探测器的光谱仪或分光光度计中的决定仪器分辨率指标的重要零件。目前广泛使用的狭缝是机械狭缝，这种狭缝由于细缝宽度非常窄，一旦细缝内落入极小的杂质，很难清理，会影响到仪器的响应度并且对分辨率产生影响，同时还有加工困难，易损坏形变等缺点。

短波红外可以提供可见光、微光夜视、中波、长波红外所不能提供的信息。短波红外成像具有高分辨率、无需低温制冷、昼夜成像、高灵敏度等优点，可广泛应用于空间遥感探测、夜视和生物医学等领域。

亚微米级短波红外增透狭缝采用光学薄膜方法形成狭缝，通过增透膜尽可能减少光学基片对于短波红外能量的损耗。该狭缝具有易清洗、结构简单、定位精度高、不变形等优点，在短波红外成像光谱仪中具有很高的应用价值。

技术实现要素：

本发明提出设计了一种以蓝宝石片为基底的亚微米级厚度的光学狭缝，该狭缝元件可以使得狭缝透明区在0.95～2.50μm区间具有良好的透光效果，可应用于短波红外成像中。

本发明的技术方案是：通过在蓝宝石片基底的入射面先通过光刻掩膜形成狭缝图形后，镀制一层镍铬合金消光膜层形成狭缝，然后再分别在入射面和出射面镀制短波红外增透膜。

本发明的狭缝由基片1、入射面消光膜层2、狭缝3、入射面短波红外增透膜4和出射面短波红外增透膜5组成。在基底的入射面沉积消光膜层2和短波红外增透膜层4，在基底的出射面沉积短波红外增透膜5。

亚微米级光学狭缝的具体结构为：狭缝3位于基底1的入射面上，在基底1的入射面狭缝3以外区域镀制有镍铬合金消光膜层2，在入射面侧的狭缝3和镍铬合金消光膜层2上镀有入射面增透膜4；在出射面侧镀有出射面增透膜5；

所述的镍铬合金消光膜层2的厚度为200～300纳米；

所述的狭缝3为200～300纳米厚的光学狭缝。

本发明优点在于：提出了一种以蓝宝石片为基底的亚微米级光学狭缝，该狭缝可以使得在0.95～2.50微米光谱区间，透明狭缝区域的光谱透过率大于97％,不透明区域的光谱平均透过率低于0.1％。狭缝厚度仅为200～300纳米，宽度和形状可调，线性精度可达1微米。该狭缝可有效去除杂散光，狭缝结构简洁，定位精度高。该狭缝可应用于短波红外成像光谱仪等短波红外仪器中。

附图说明

图1为一种以蓝宝石为基底的亚微米级光学狭缝的剖面结构示意图。图中(1)为基片、(2)位入射面消光膜层、(3)为狭缝3、(4)为入射面增透膜、(5)为出射面增透膜。

图2是一种以蓝宝石为基底的亚微米级短波红外增透狭缝的样品照片图。

图3是一种以蓝宝石为基底的亚微米级短波红外增透狭缝样品狭缝宽度光学显微镜测试图。狭缝宽度约为18.3微米。

图4为一种以蓝宝石为基底的亚微米级短波红外增透狭缝透明区的光谱透过率曲线。透过率大于97％。

图5为一种以蓝宝石为基底的亚微米级短波红外增透狭缝非透明区的光谱透过率曲线。平均透过率小于0.1％。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步详细说明。

本发明为一种以蓝宝石为基底的0.95～2.50微米亚微米级短波红外增透狭缝，首先通过光刻掩膜在蓝宝石基片上形成所需要的狭缝的光刻胶图形，然后在光刻胶图形上镀制消光膜层2。

本发明光刻胶选用为正胶。

本发明入射面消光膜层2薄膜材料选用镍铬合金丝，采用钨电阻丝加热蒸发的方式蒸发镍铬合金丝材料。初始沉积时的沉积温度为20℃的真空室环境温度。薄膜沉积厚度为200-300纳米。消光膜层2厚度即为狭缝厚度，为亚微米级。

本发明在镀制入射面消光膜层2后，通过酒精或丙酮等有机溶剂将基片入射面的光刻胶图形清洗干净，形成狭缝3透明区域。狭缝3通过光学显微镜测试宽度约为18.3微米。

本发明短波红外增透狭缝，基片两侧的增透膜为多层膜非规整膜系结构。膜系沉积采用石英晶体监控和光学直接监控互补的监控方式，控制膜层厚度沉积误差，得到接近设计的结果。

本发明入射面增透膜4选取中心波长为1.75μm，通过膜系设计软件优化，膜系结构为：

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

其中，H表示一个λ₀/4光学厚度的TiO₂膜层，L表示一个λ₀/4光学厚度的SiO₂膜层，λ₀为中心波长，H与L前的数字为膜层的厚度比例系数。

本发明出射面增透膜5选取中心波长1.75μm，通过膜系设计软件优化，膜系结构为：

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

其中，H表示一个λ₀/4光学厚度的TiO₂膜层，L表示一个λ₀/4光学厚度的SiO₂膜层，中心波长λ₀为1.75μm，H、L前的数字为膜层的厚度比例系数。

本发明增透膜沉积时采用离子源辅助沉积，镀膜时充15sccm的氧气，离子源阳极电压为190伏特，阴极电流为6安培。基片沉积温度控制在250±2℃。薄膜沉积采用电子枪加热蒸发，TiO₂薄膜沉积速率为0.2nm/s，SiO₂薄膜沉积速率为1nm/s。