一种类皱褶膜系结构的陷波滤光片的制作方法
【专利摘要】本发明属光学器件领域，尤其涉及一种基于类褶皱的陷波滤光片，其膜系结构为：基片\?M1(MiL)^(k-1)(BL)^s(NjL)^(k-1)Nk?\入射介质；式中：i=2,…,k；j=1,2,…,k-1；其中：L：折射率为nL的低折射率材料；Mi（i=1,2,…,k）：一组单层内折射率固定、而层间折射率递增的混合材料，折射率由nL经k步单调增大到nmax；Nj（j=1,2,…,k）：与Mi类似的另一组混合材料，折射率由nmax经k步单调减小到nL；B：折射率为nmax的混合材料。本发明不存在薄层，也不需折射率连续渐变的，能够获得令人满意的光谱，制造难度低。
【专利说明】一种类皱褶膜系结构的陷波滤光片
【技术领域】
[0001]本发明属光学器件领域，尤其涉及一种基于类褶皱膜系结构的陷波滤光片。
【背景技术】
[0002]陷波滤光片，也称带阻滤光片或负滤光片，其光学特性表现为:在应用波段范围内，滤光片对大部分波长的光具有良好的透射率，而对特定波长范围(阻带)内的光可进行有效截止。它能在一段光谱中去除某些特定波段，其功能恰与带通滤光片相反。在生物医疗、拉曼分析、荧光测试、激光防护等方面，陷波滤光片获得了广泛的应用。
[0003]陷波滤光片光谱示意图如图1及图2所示。一般希望通带透射率(T)尽量高且波纹小，而阻带背景(OD )尽量深。T与OD之间的关系见公式(I)。
[0004]DO=-1gT..........................................(1)。
[0005]基于褶皱理论，可设计出性能优越的陷波滤光片，但要求折射率随膜厚分布按一定规律连续渐变(如图3所示)。对传统的镀膜工艺来讲，这是不可能实现的。依据等效折射率理论，人们发展了一些近似方法:如基于3种以上材料的多膜料设计方法，可以设计一些简单的陷波滤光片，但由于可用膜料有限，此种方法受到限制；如厚度匹配层方法，但其中存在的大量超薄层(几个nm厚)给制备工艺带来了麻烦。
[0006]随着科技的进步，出现了同时沉积两种材料的共镀技术(如:共蒸发技术、共溅射技术)，使得人们可获得相应的混合材料，其折射率可介于高低折射率材料之间的任一值，这使人们获得真正意义上的褶皱滤光片成为可能，但如何精确控制折射率按预期规律变化仍是镀制工艺上的难题。人们也研究了将折射率随膜厚渐变规律分为众多小层的方法，但对各小层中的折射率及膜厚的精准控制对镀制工艺依旧是不小的挑战。
[0007]现有陷波滤光片中，或者需要折射率连续渐变、或者存在大量薄层，致使镀膜难度很高，自然，此类滤光片也相当昂贵。
【发明内容】
[0008]本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种不存在薄层，也不需折射率连续渐变，能够获得令人满意的光谱，制造难度低的类皱褶膜系结构的陷波滤光片。
[0009]为解决上述技术问题，本发明是这样实现的。
[0010]一种类皱褶膜系结构的陷波滤光片，其膜系结构为:基片\ M1(MiL)K (BL)-(NjL) '(H)Nk \入射介质；式中:1=2，"％1^;」=1，2，《"，1^1;其中。
[0011]L:折射率为Z7z的低折射率材料；其在设计波长λ ^处为I个光学厚度λ ^ /4，λ ^为滤光片的陷波中心波长。
[0012]Mi (i=l, 2，…，k):一组单层内折射率固定、而层间折射率递增的混合材料，折射率由Z7z经!^步单调增大到其在设计波长λ ^处为I个光学厚度λ0 /4，λ ^为滤光片的陷波中心波长。
[0013]Nj (j=l, 2，…，k):与Mi类似的另一组混合材料,折射率由经k步单调减小到/7Z;其在设计波长λ ^处为I个光学厚度λ0 /4，λ ^为滤光片的陷波中心波长。
[0014]B:折射率为η眶的混合材料；其在设计波长λ ^处为I个光学厚度λ ^ /4，、0为滤光片的陷波中心波长。
[0015]作为一种优选方案，本发明所述低折射率材料采用SiO2 ;所述高折射率材料采用Ta2O5。
[0016]进一步地,本发明所述Mi变化规律:y=sinx;其中:x [O, 31/2];义变化规律y=sinx;其中:χ [τι/2, π ] ;k为30 ;s为30 ;波长心为532nm ;B的折射率为1.6。
[0017]进一步地,本发明所述Mi变化规律:y=sin X ;其中:X [O, 31/2];沁变化规律y=sin X ;其中:X |> /2，π ] ;k为35 ;s为22 ;波长』0为1064nm ；B的折射率/?—为
1.65。
[0018]本发明不存在薄层，降低了工艺中对膜厚的控制难度。同时，本发明也不需折射率连续渐变，降低了工艺中对折射率的控制难度。本发明能够获得令人满意的光谱，制造难度低，如果选择合适的参数组合，可使陷波滤光片满足预定光谱指标要求，无须额外优化过程。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步说明。本发明的保护范围不仅局限于下列内容的表述。
[0020]图1为陷波滤光片谱 透射曲线示意图。
[0021]图2为陷波滤光片谱背景曲线示意图。
[0022]图3为基于褶皱的折射率随膜厚渐变示意图。
[0023]图4为本发明折射率随层数的变化规律示意图。
[0024]图5为本发明实施例1陷波滤光片的理论谱透射曲线。
[0025]图6为本发明实施例1陷波滤光片的理论谱背景曲线。
[0026]图7为本发明实施例2陷波滤光片的理论谱透射曲线。
[0027]图8为本发明实施例2陷波滤光片的理论谱背景曲线。
【具体实施方式】
[0028]如图4所示，陷波滤光片，其膜系结构为:基片\ M1(MiL)K (BL) - (N.L) KNk \入射介质；式中:i=2,…，k ； j=l, 2，…，k-l ;其中。
[0029]L:折射率为nL的低折射率材料。
[0030]Mi (i=l, 2，…，k):一组单层内折射率固定、而层间折射率递增的混合材料，折射率由经k步单调增大到nmax。
[0031]Nj (j=l, 2，…，k):与Mi类似的另一组混合材料,折射率由经k步单调减小到
nL0
[0032]B:折射率为nmax的混合材料。
[0033]这种类褶皱陷波滤光片的制造，需要膜系中各层的折射率按图4所示的规律变化。[0034]随着层数的增加，高低折射率之间的差值按一定规律逐渐增大，当差值达到最大时堆叠s次，然后差值又按一定规律逐渐减小。膜系中每一层均为均匀薄膜，且其光学厚度(光学厚度=折射率X物理厚度)均为I——光学厚度值为设计波长值的1/4。
[0035]下面用膜系结构式来描述上述的膜系结构。
[0036]设有高、低折射率两种薄膜材料，在设计波长』?处的折射率分别为/?和，利用共镀技术，可使折射率在/^—和/^—之间变化(其中'nmax (ηH，Umhl > nL\不妨令/?-=?,这不影响设计效果，却能降低膜系在工艺中实现的难度。
[0037]为了清晰描述膜系，下述的每一符号均代表一种材料在设计波长Ji7处的I个光
学厚度，即。
[0038]L:折射率为nL的低折射率材料。
[0039]Mi (i=l，2，…，k):一组单层内折射率固定、而层间折射率递增的混合材料(利用共镀技术，使折射率为nH和nL的两种材料按所需比例混合),折射率由经k步单调增大到
n max ο
[0040]Nj (j=l, 2，…，k):与Mi类似的另一组混合材料,折射率由经k步单调减小到
nL0
[0041 ] B:折射率为nmax的混合材料。
[0042]将上述材料按公式(2)的方式组合，并使B和L的组合重复s次，即可形成阻带中心在』?处的陷波干涉效果。
[0043]Glass (基片)\ M1 (MiL)+1) (BL) ~s (NjL) +1) Nk \ Air (入射介
M)........................................................................⑵。
[0044]式中:i=2,..., k ； j=l, 2,..., k_l。
[0045]下面给出两个实施例来进一步说明这种膜系结构。
[0046]实施例1:设计参数见表1。
[0047]表1示例I的设计参数。
【权利要求】
1.一种类皱褶膜系结构的陷波滤光片，其特征在于，膜系结构为:基片\ M1 (MiLr0^(BL) ~s (NjL) '(H)Nk \入射介质；式中:1=2，...，1^;」=1，2，...，1^1;其中: L:折射率为的低折射率材料，其在设计波长λ ^处为I个光学厚度为滤光片的陷波中心波长； Mi (i=l, 2，…，k):一组单层内折射率固定、而层间折射率递增的混合材料，折射率由/?z经k步单调增大到其在设计波长λ ^处为I个光学厚度λ0 /4，λ ^为滤光片的陷波中心波长； Nj (j=l, 2，…，k):与Mi类似的另一组混合材料,折射率由经k步单调减小到/?z ；其在设计波长λ ^处为I个光学厚度λ0 /4，λ ^为滤光片的陷波中心波长； B:折射率为的混合材料；其在设计波长λ ^处为I个光学厚度λ ^ /4，λ0为滤光片的陷波中心波长。
2.根据权利要求1所述的类皱褶膜系结构的陷波滤光片，其特征在于:所述低折射率材料采用SiO2 ;所述高折射率材料采用Ta205。
3.根据权利要求2所述的类皱褶膜系结构的陷波滤光片，其特征在于:所述Mi变化规律:7 = sin X ;其中:are [O, π/2]外.变化规律 J = sin X ;其中:3^[π/2,π] ;k 为 30 ;s为30 ;波长』?为532nm ；B的折射率/为1.6。
4.根据权利要求2所述的类皱褶膜系结构的陷波滤光片，其特征在于:所述Mi变化规W:y - sm X.,其中:X c [Ο,π/ 2]变化规律 y = sin χ ;其中:xc [π/2,π] ；k 为 35 ；s为22 ;波长』?为1064nm ；B的折射率/为1.65。
【文档编号】G02B5/20GK103472514SQ201310444969
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月26日 优先权日:2013年9月26日
【发明者】高鹏, 阴晓俊, 赵帅锋, 王瑞生, 曹轶, 费书国 申请人:沈阳仪表科学研究院有限公司