本發明涉及紅外濾波芯片制備，尤其是指一種用于sf6氣體識別的濾波芯片的制備方法。

背景技術：

1、在電力設備安全監測領域，六氟化硫（sf6）氣體因其優異的絕緣性能而被廣泛應用，但其泄漏會對設備安全及環境構成嚴重威脅，基于紅外成像的氣體檢漏技術，特別是利用sf6氣體在特定紅外波段（如10.55μm）具有強烈吸收特性的原理，已成為實現遠距離、可視化帶電檢測的關鍵手段。該技術的核心部件之一是紅外濾波芯片，它如同一個精密的光譜篩，該濾波芯片為雙通道紅外濾波芯片，只允許sf6氣體的特征吸收波段及一個用于對比的參比波段（如8.05μm）的光線通過，從而使得不可見的氣體在相機中得以顯形。目前，這類高性能濾波芯片主要通過在硅基底上沉積數十層不同厚度、不同材料的薄膜（即膜系結構）來實現，其制備工藝直接決定了最終產品的性能與可靠性。

2、然而，該濾波芯片的制備面臨著一個嚴峻的挑戰，即如何確保最終成品的光譜性能與最初的理論設計高度一致，在復雜的多層膜沉積過程中，任何微小的工藝波動——例如膜層厚度的納米級偏差、材料折射率的細微變化——都會在膜層間產生累積誤差。

3、現有技術通常采用“鍍一層，測一層”的極值法控制單層膜厚，這種方法雖然能控制單一膜層的厚度，但缺乏對整體光譜演變過程的全局監控，這種局部的、事后的控制難以補償前面膜層誤差對后續膜系產生的連鎖影響，導致制備出的濾波芯片普遍存在中心波長漂移、透射率下降等問題，使得氣體成像的對比度和信噪比降低，嚴重影響了sf6泄漏檢測的準確性和靈敏度。

技術實現思路

1、為此，本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術中制備紅外濾波芯片時因層間誤差累積導致光譜性能劣化的缺陷，提供一種用于sf6氣體識別的濾波芯片的制備方法，能夠通過引入標準光譜軌跡閉環控制，動態修正沉積過程，從而獲得與理論設計高度吻合的實測光譜曲線，提升氣體檢測的準確性與可靠性。

2、為解決上述技術問題，本發明提供了一種用于sf6氣體識別的濾波芯片的制備方法，濾波芯片包括沉積在硅基底上的第一膜系結構和第二膜系結構，第一膜系結構對應于sf6氣體的探測波段，第二膜系結構對應于參比波段，制備方法包括以下步驟：

3、基于探測波段與參比波段，分別設計第一膜系結構和第二膜系結構的理論堆疊序列；

4、基于理論堆疊序列，模擬計算出在鍍膜過程中，每完成一個膜層的沉積后濾波芯片的實時理論光譜曲線，并提取每條實時理論光譜曲線的特征參數，所有特征參數按鍍膜順序排列構成一條標準光譜軌跡；

5、根據理論堆疊序列，在硅基底上沉積第一膜系結構或第二膜系結構的第一個膜層，以迭代方式依次沉積后續每一個膜層，其中在每沉積完成一個膜層后，執行以下操作：利用在線光譜測量系統對當前已沉積的膜系結構進行透射率測量，獲得當前實測光譜曲線，并提取與標準光譜軌跡相對應的當前實測特征參數；將當前實測特征參數與所述標準光譜軌跡中對應膜層位置的理論特征參數進行比對，計算其偏差值，并根據該偏差值及其變化趨勢，動態調整后續待沉積膜層的沉積控制參數；

6、重復上述迭代沉積過程，直至第一膜系結構和第二膜系結構全部沉積完成，從而使整個膜系結構在沉積過程中的光譜演變遵循模擬計算生成的標準光譜軌跡。

7、在本發明的一個實施例中，基于探測波段與參比波段，分別設計第一膜系結構和第二膜系結構的理論堆疊序列，包括以下步驟：

8、選取高折射率材料與低折射率材料，并確定高折射率材料與低折射率材料各在探測波段與參比波段內的光學常數；

9、構建一個基礎膜系單元，包括一個位于中心的諧振層，其兩側對稱地設有多個反射層，反射層由高折射率材料、低折射率材料以四分之一光學厚度交替堆疊形成；

10、以探測波段的目標中心波長為依據，通過將基礎膜系單元進行多次級聯，進行第一膜系結構的初始堆疊序列設計；以參比波段的目標中心波長為依據，通過將基礎膜系單元進行多次級聯，進行第二膜系結構的初始堆疊序列設計；

11、將第一膜系結構和第二膜系結構的初始堆疊序列分別設置為優化起點，以通帶矩形度和峰值透射率為優化目標，運行優化算法，對兩個初始堆疊序列中各膜層的厚度進行迭代調整；

12、當優化結果同時滿足第一膜系結構的通帶中心與探測波段匹配、第二膜系結構的通帶中心與參比波段匹配，且兩個膜系結構的通帶矩形度與峰值透射率均達到預設指標時，將此時獲得的最終膜層厚度序列分別確定為第一膜系結構和第二膜系結構的理論堆疊序列。

13、在本發明的一個實施例中，所述特征參數包括中心波長和半高全寬，提取每條實時理論光譜曲線的特征參數，具體包括：

14、識別所述實時理論光譜曲線中透射率最高的峰值點，記錄其所對應的波長作為中心波長；

15、在實時理論光譜曲線上，找出透射率為峰值透射率一半的兩個波長點，計算這兩個波長點之間的寬度作為半高全寬。

16、在本發明的一個實施例中，構建所述標準光譜軌跡后，還包括為軌跡中每個膜層位置的理論特征參數設定一個動態容差范圍；所述動態容差范圍根據當前膜層在整體膜系結構中的敏感度確定，敏感度越高，容差范圍越小；

17、在將當前實測特征參數與標準光譜軌跡中對應膜層位置的理論特征參數進行比對時，若偏差值超出所述動態容差范圍，則觸發所述動態調整后續待沉積膜層的沉積控制參數的操作。

18、在本發明的一個實施例中，根據偏差值及其變化趨勢，動態調整后續待沉積膜層的沉積控制參數，具體包括：

19、當所述偏差值表明當前實測光譜的中心波長相對于理論值發生系統性漂移時，則根據漂移的方向與幅度，等比例地增加或減少后續所有待沉積膜層的理論設計厚度，以在宏觀上補償該系統性漂移。

20、在本發明的一個實施例中，分析連續幾個膜層沉積后偏差值的變化規律，若判定偏差趨勢由單一膜層沉積失誤引起且其影響具有局部性，則僅針對與該失誤膜層光學耦合度最高的后續一個或幾個特定膜層，微調其沉積控制參數，以進行局部化修正。

21、在本發明的一個實施例中，所述沉積控制參數為沉積速率，動態調整后續待沉積膜層的沉積控制參數，具體包括：

22、若所述偏差值表明膜層致密性不足，則降低后續待沉積膜層的沉積速率；

23、若所述偏差值表明膜層應力過高，則提高后續待沉積膜層的沉積速率。

24、在本發明的一個實施例中，在每沉積完成一個膜層后，持續監測當前實測光譜曲線的波動，僅當所述當前實測光譜曲線的波動幅度趨于穩定后，才執行特征參數提取與比對操作。

25、在本發明的一個實施例中，在沉積第一膜系結構和第二膜系結構前，進行光譜基準校準，在分別沉積第一膜系結構和第二膜系結構時，采用同一套校準后的在線光譜測量系統對當前已沉積的膜系結構進行透射率測量。

26、在本發明的一個實施例中，在全部膜層沉積完成后，在恒溫恒濕環境中，使用高精度傅里葉變換紅外光譜儀對制備完成的濾波芯片進行最終光譜掃描；

27、將最終實測光譜與理論設計光譜進行全波段比對，根據比對結果的吻合度，對濾波芯片進行性能等級分類。

28、本發明的上述技術方案相比現有技術具有以下優點：

29、本發明所述的用于sf6氣體識別的濾波芯片的制備方法，不再孤立地看待每一層膜的沉積，而是將整個鍍膜過程視為一個完整的成長過程，并為其預設了一條標準成長軌跡——即基于理論膜系序列模擬出的、每沉積一層后應有的實時理論光譜曲線所構成的標準光譜軌跡。

30、在制備伊始，首先在硅基底上沉積第一個膜層，以此為起點，隨后進入一個迭代循環，每完成一個膜層的沉積，并不急于開始下一層，而是利用集成的在線光譜測量系統為當前這個半成品進行一次全身掃描，獲得其當前實測光譜曲線；緊接著，將這條實測曲線與標準成長軌跡上對應位置的理論曲線進行比對，計算出特征參數的偏差值，這個偏差值不再是一個孤立的數字，而是揭示了當前膜系結構整體偏離預期方向的程度與趨勢；基于這一診斷結果，主動并前瞻性地動態調整后續待沉積膜層的沉積控制參數，通過后續操作來補償和修正前面產生的偏差，形成一個自我修正的閉環；通過重復這一迭代過程直至所有膜層沉積完成，本發明有效地將膜系結構的光譜演變牢牢約束在預設的理論軌道之上。

31、通過這一系列技術特征的協同作用，本發明能夠從根本上克服現有技術中因誤差累積導致的光譜性能劣化問題，其最顯著的有益效果是極大地提升了濾波芯片的制備精度與產品一致性，確保最終的實測光譜曲線與理論設計高度吻合?；诖朔椒ㄖ苽涞臑V波芯片能夠更精準地分離出sf6氣體的特征信息，從而顯著提升后續雙目成像系統在檢測sf6氣體時的信噪比與識別準確率；同時，這種前瞻性的調整策略也減少了對鍍膜工藝初始條件極端苛刻的依賴，提升了工藝的穩健性和良品率，為實現高性能、低成本的sf6氣體檢漏裝備奠定了堅實的核心部件基礎。