中心波长渐变的带通滤光片制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于滤光片制造的光学技术领域，具体涉及一种中心波长渐变的带通滤光 片制备方法。
【背景技术】
[0002] 带通滤光片是在一定的波段内，只有中间一小段是高透射率的通带，而在通带的 两侧是高反射率的阻止带。目前，带通滤光片有两种基本的结构形式，一种是由一个长波通 膜堆和一个短波通膜堆叠加构成一个带通滤光片，这种滤光片可以获得较宽的截止带和较 深的截止度，但不容易获得较窄的通带；另外一种是Fabry-Perot干涉仪形式的带通滤光 片，这种滤光片可以获得很窄的通带。对于带通滤光片而言，其中最重要的指标之一就是带 通滤光片的中心波长。
[0003]目前，光学薄膜滤光片已经广泛应用于光谱测量、遥感技术、激光对抗等多个领 域。随着遥感技术、多光谱成像技术、多光谱测试等技术的不断发展，对滤光片的要求也越 来越高，除了高精度、高可靠性之外，还要求多通道、多光谱，于是出现了一些特殊的滤光 片，其中多光谱线性渐变滤光片就是一个新的发展方向。多光谱线性渐变滤光片是在基片 每一个不同的空间位置对应于不同中心波长透光的窄带滤光片。
[0004] 这种中心波长渐变滤光片可以广泛应用于光谱分析仪器、红外报警、电视摄像以 及航空航天等领域光学系统的光谱滤光，还可以与探测器组合使用，能同时识别不同的光 辐射，简化仪器的光学和机械系统，提高仪器的可靠性和稳定性，使它们微小化而便于携 带，具有和好的应用前景。
[0005] 目前中心渐变波长滤光片主要通过拼接和掩膜分离方法来实现。这两种制备方法 的生产效率和成品率都非常低下，制备一个集成η个不同中心波长的渐变滤光片需要η次 镀膜来实现，而且成品率极低，并且随着滤光片中心波长数的增加，其成品率会急剧下降， 从而极大地制约了它的发展与应用。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种中心波长渐变的带通滤光片制备方 法。
[0007] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
[0008] 本发明实施例提供一种中心波长渐变的带通滤光片制备方法，该方法为：根据带 通滤光片中心波长的位置与间隔层光学厚度成正比的关系在真空室中采用等离子体增强 化学气相沉积完成第一高反射膜堆和间隔层的制备，然后在真空室中采用离子束刻蚀和掩 模板组合技术对不同位置处的间隔层进行不同的厚度刻蚀，使对应不同中心波长的间隔层 形成阶梯状台阶，最后再采用等离子体增强化学气相沉积完成第二高反射膜堆的制备，BP 获得中心波长渐变的带通滤光片。
[0009] 上述方案中，该方法具体通过以下步骤实现：
[0010] 步骤I :将清洗干净的基片放入到PECVD设备中，通过控制所充入反应气体SiHjP N2的流量、射频功率、反应压强以及反应温度，制备高折射率SiN x薄膜；再通过控制SiH 4、 N2O和C2F6的流量、工作压强、射频功率和反应温度制备低折射率的SiO滅SiO xFy薄膜；最 后交替沉积高折射率SiNJ^膜和低折射率SiO x (SiOxFy)薄膜，使高低折射率膜层的重复次 数至少5次，从而完成第一高反射膜堆的制备；
[0011] 步骤2 :在第一高反射膜堆的基础上，通过控制所充入反应气体SiHjP N 2的流量、 射频功率、反应压强以及反应温度，制备高折射率SiNx薄膜作为间隔层；
[0012] 步骤3 :将第一高反射膜堆和间隔层的样片放入到离子束刻蚀真空室中，根据渐 变滤光片中心波长数量以及每个单元滤光片的宽度进行相应的掩模，在样片的间隔层上刻 蚀出若干个渐变台阶；
[0013] 步骤4 :在刻蚀好的台阶面上采用等离子体增强化学气相沉积技术，按照步骤（1) 中的工艺参数依次交替沉积低折射率的SiOxS SiOxFy薄膜和高折射率的SiNx薄膜，完成第 二高反射膜堆的沉积，即获得中心波长渐变的带通滤光片。
[0014] 上述方案中，在所述第二高反射膜堆的沉积过程中，通过膜厚控制和工艺参数的 控制使得第二高反射膜堆尽可能与第一高反射膜堆关于间隔层对称，从而完成η个中心波 长渐变滤光片的制备。
[0015] 与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0016] (1)本发明所提供的中心波长渐变滤光片的制备方法只需经过一次第一高反射膜 和间隔层的镀制、离子束与掩模组合刻蚀、第二高反射膜堆的镀制就可完成η个中心波长 渐变滤光片的制备，方法简单、效率高。
[0017] (2)本发明在高反射膜堆和间隔层的沉积中采用了等离子体增强化学气相沉积 (PECVD)技术，借助了等离子体增强化学气相沉积技术制备薄膜覆形性好的特性，使其在阶 梯形台阶上沉积薄膜时能够很好地复现刻蚀所制备的台阶结构，使每个单元滤光片之间的 界限清晰，单元滤光片之间不相互干扰。
[0018] (3)本发明所提供的制备方法中，在离子束刻蚀中将离子束刻蚀技术与掩模组合 使用，通过掩模的巧妙设计，通过m次刻蚀实现2 m个不同中心中心波长的滤光片组合，降低 了间隔层的刻蚀次数，提高了生产效率。
【附图说明】
[0019] 图1为具有n = 2m个不同中心波长渐变带通滤光片的结构示意图；
[0020] 图2为本发明实施例提供一种中心波长渐变的带通滤光片制备方法的制备过程 示意图；
[0021] 图3为通过本发明制备8个中波长渐变滤光片组合刻蚀掩模板基本结构和依次使 用次序不意图；
[0022] 图4为本发明实施例1制备的四个中心渐变窄带通滤光片的光谱曲线；
[0023] 图5为本发明实施例2制备的八个中心渐变窄带通滤光片的光谱曲线。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0025] 本发明实施例提供一种中心波长渐变的带通滤光片制备方法，该方法为：根据带 通滤光片中心波长的位置与间隔层光学厚度成正比的关系在真空室中采用等离子体增强 化学气相沉积完成第一高反射膜堆和间隔层的制备，然后在真空室中采用离子束刻蚀和掩 模板组合技术对不同位置处的间隔层进行不同的厚度刻蚀，使对应不同中心波长的间隔层 形成阶梯状台阶，最后再采用等离子体增强化学气相沉积完成第二高反射膜堆的制备，BP 获得中心波长渐变的带通滤光片。
[0026] 图1给出了具有n = 2m个不同中心波长渐变带通滤光片的结构示意图。如图所 示，该中心波长渐变带通滤光片中，单元滤光片的宽度为L，每个单元滤光片之间有一定的 间隔。每个单元滤光片都是Fabry-Perot干涉型带通滤光片，对于Fabry-Perot干涉型带 通滤光片中心波长处的透射率为
[0027] T = T〇/(l+F sin2 Θ )
[0028] 其中
=(2 Jind)/λ/2。
[0029] 式中（^和Φ 2，是对应于两个高反射膜&和R2的反射相移，则每个单元滤光片中 心波长的光谱位置为
[0030]
[0031] 其中，m = 上式说明窄带滤光片中心波长的位置是由间隔层的 厚度决定的，改变间隔层的厚度可以移动中心波长的位置。
[0032] 依据上述滤光片中心波长与间隔层之间的关系，本发明实施例提供一种中心波长 渐变的带通滤光片制备方法，如图2所示，该方法具体通过以下步骤实现：
[0033] 步骤1 :将清洗干净的基片放入到PECVD设备中，通过控制所充入反应气体SiHjP N2的流量、射频功率、反应压强以及反应温度，制备高折射率SiN x薄膜；再通过控制SiH 4、 N2O和C2F6的流量、工作压强、射频功率和反应温度制备低折射率的SiO滅SiO xFy薄膜；最 后交替沉积高折射率SiNJ^膜和低折射率SiO x (SiOxFy)薄膜，使高低折射率膜层的重复次 数至少5次，从而完成第一高反射膜堆的制备；
[0034] 步骤2 :在第一高反射膜堆的基础上，通过控制所充入反应气体SiHjP N 2的流量、 射频功率、反应压强以及反应温度，制备高折射率SiNx薄膜作为间隔层；
[0035] 步骤3 :将第一高反射膜堆和间隔层的样片放入到离子束刻蚀真空室中，根据渐 变滤光片中心波长数量以及每个单元滤光片的宽度进行相应的掩模，在样片的间隔层上刻 蚀出若干个渐变台阶；
[0036] 具体的，例如要制备的中心波长渐变数量为n = 2m，单元滤光片宽度为L，则需要 依次使用m个单元宽度分别为mL，（m-1) L……2L，L的掩模与离子束刻蚀进行组合使用，最 终经过m次离子束刻蚀后，就会在样片的间隔层上刻蚀出η个单元宽度为L的渐变台阶