Металлодиэлектрические полосовые интерференционные фильтры

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Котликов Е.Н. Металлодиэлектрические полосовые интерференционные фильтры // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 11. С. 70–75. http://doi.org/ 10.17586/1023-5086-2022-89-11-70-75

Kotlikov E.N. Metal–dielectric bandpass interference filters [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2022. V. 89. № 11. P. 70–75. http://doi.org/ 10.17586/1023-5086-2022-89-11-70-75

Ссылка на англоязычную версию:

E. N. Kotlikov, "Metal–dielectric bandpass interference filters," Journal of Optical Technology. 89(11), 687-690 (2022). https://doi.org/10.1364/JOT.89.000687

Аннотация:

Предмет следования. Металлодиэлектрические полосовые интерференционные фильтры на основе пленок Al2O3, SiO, Ge, Ni. Цель работы. Разработка металлодиэлектрических интерференционных фильтров для средней инфракрасной области спектра на основе прозрачных диэлектрических пленок и поглощающих пленок никеля, в которых блокировано длинноволновое излучение спектра. Метод. Для реализации поставленной цели используется численно-аналитический метод. Проводится расчет спектра пропускания исходного фильтра из диэлектрических пленок. Используется зеркальное покрытие из четвертьволновых пленок Al2O3, SiO, Ge, Ni, имеющее пропускание в диапазоне длин волн 2,2–6,0 мкм. Проводится расчет спектра поглощения покрытия при введении пленок никеля в пленки Al2O3, SiO, Ge. Находится зависимость спектра поглощения при введении пленок никеля последовательно во все точки отдельной пленки и определяются точки, в которых поглощение минимально. Минимальное поглощение получается при введении поглощающей пленки никеля в середину пленки Ge. Полученная структура оптимизируется по всем толщинам пленок SiO, Ge, Ni. Для оптимизации использовалась программа FilmManager, в которой для минимизации функции качества используются два алгоритма поиска минимума функции качества — методы случайного перебора и квадратичной аппроксимации Пауэлла. Получены спектры пропускания всей структуры. Основные результаты. Предложена методика синтеза металлодиэлектрического полосового фильтра. Синтезированы полосовые фильтры. Фильтр 1, имеющий максимум пропускания в диапазоне длин волн 2,2–4,6 мкм, среднее пропускание в диапазоне 6–15 мкм менее 0,6%. Фильтр 2 имеет максимум пропускания в диапазоне длин волн 2,9–5,9 мкм, среднее пропускание в диапазоне длин волн 6–15 мкм менее 0,2%. Практическая значимость. Предложенный в работе полосовой интерференционный фильтр может быть реализован на подложке из кремния, имеющего хорошее пропускание в диапазоне 1–20 мкм без использования дополнительных блокирующих абсорбционных или интерференционных фильтров в дальней области инфракрасного спектра. Тем самым снижается стоимость такого фильтра, что повышает его конкурентоспособность.

Ключевые слова:

полосовые интерференционные фильтры, спектры, диэлектрические и металлические пленки, поглощение, пропускание, инфракрасный диапазон спектра

Благодарность:

Работа выполнена при финансовой поддержке по гранту МНВО РФ № FSFR-2020-0004.

Коды OCIS: 250.0230, 310.1620

Список источников:

1. Справочник технолога-оптика / под общ. ред. Окатова М.А. СПб.: Политехника, 2004. 679 с.
2. Vollmer M., Möllmann K.P. Infrared thermal imaging: Fundamentals, research and applications. 2nd ed. / First published: 17 November 2017. DOI: 10.1002/9783527693306
3. Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. Современное состояние и перспективы развития зарубежных тепловизионных систем // Научно-техн. вест. информационных технологий, механики и оптики. 2013. № 3(85). C. 1–12.
4. Sklorz A., Janssen S., Lang W. Detection limit improvement for NDIR ethylene gas detectors using passive approaches // Sensor Actuat B-Chem. 2012. V. 175. P. 246–254. https://doi:10.1016/j.snb.2012.09.085
5. Варфоломеев С.П., Горбунов Н.И., Дийков Л.К., Медведев Ф.К. Датчики для систем обеспечения пожаро- и взрывобезопасности // Датчики и системы. 2004. № 6. С. 5–7.
6. Афанасьев Д.С., Бардакова Е.А., Быстряков Д.С. Аналитический обзор датчиков летучих веществ для интернета вещей // Информационные технологии и телекоммуникации. 2016. Т. 4. С. 1–12.
7. Macleod H.A. Thin film optical filters. 4th ed. Tucson, Arizona, USA: СRC Press, 2010. 791 р.
8. Исмаил Н., Kores C.C., Гескус Д., Полльнау М. Резонатор Фабри–Перо: формы спектральных линий, общие и связанные с ними распределения Эри, ширина линий, тонкость и характеристики при низкой или частотно-зависимой отражательной способности. М.: Оптика Экспресс, 2016. P. 16366–16389. DOI: 10.1364/OE.24.016366
9. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. Пер. с англ. под ред. Мотулевич Г.П. М.: Наука, 1970. 856 с.
10. Котликов Е.Н. Новикова Ю.А. Оптические константы кремния в диапазоне 30–10000 см–1 // Опт. и спектр. 2016. Т. 120. № 5. С. 165–168. DOI:10.1134/S0030400X16050167
11. Тропин А.Н. Пленкообразующие материалы для тонкослойных оптических покрытий: новые задачи и перспективы (обзор) // УПФ. 2016. Т. 4. № 2. С. 206–211. DOI: 10.17586/1023-5086-2020-87-01-56-61
12. Ma P., Lin F., Dobrowolski J.A. Design and manufacture of metal/dielectric long-wavelength cutoff filters // Appl. Opt. 2011. V. 50. № 9. Р. С201–С209. DOI: 10.1364/AO.50.00C201
13. Электронный ресурс. //http://optilayer.com/
14. Тихонравов А.В. Метод игольчатых вариаций — универсальный метод проектирования оптических покрытий // Междунар. оптический конгр. «Оптика-ХХI век». СПб., 2000. С. 16–20.
15. До Тан Дой, Губанова Л.А. Интерференционные металлодиэлектрические светофильтры // Научно-техн. вест. СПб. государственного университета информационных технологий, механики и оптики. 2001. № 5. С. 19–22.

16. Котликов Е.Н. Узкополосные интерференционные фильтры с поглощающими плёнками // Оптический журнал. 2021. Т. 88. № 6. С. 45–47. DOI:10.17586/1023-5086-2021-88-06-45-47
17. Котликов Е.Н., Коваленко И.И., Новикова Ю.А. Программа синтеза и анализа интерференционных покрытий Film Manager // Информационно-управляющие системы. 2015. № 3(76). С. 51–59. DOI:10.15217/issn1684-8853.2015.3.51
18. Васильев Ф.П. Численные методы решения экстремальных задач. М.: Наука, 1980. 520 с.
19. Золотарев В.М., Морозов В.Н., Смирнов Е.В. Оптические постоянные природных и технических средств. Справочник Л.: Химия. 1984. 366 с.