一种陷光滤波器及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种滤波器件，具体是指一种陷光滤波器及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着激光在实验和测量中的大量运用，激光对于实验和研究有着至关重要的作用，如拉曼光谱等。但由于激光的强度远远高于其激发的光强，会形成强大的干扰，对实验的结果产生严重影响，从而必须滤掉特定波长的激光以减少激光光强对实验的干扰与影响。
[0003]现有的陷光滤波器(Norch filter)能在特定波长获得80%以上的滤波效果，且对应频率单一，在峰值附近的较大波长范围内也有着大于10%的吸收率，对于其他波段的光也有着一定的吸收。如果需要对特定频率有着较高吸收效果的滤波器，不仅电路要求精度高，还需要提供稳定的电源来驱动，而且吸收的波长范围会明显增大，对于其他波段的波吸收率会明显增大，有时甚至大于30%，从而对其他波产生严重影响，且造价也昂贵。
[0004]因此本发明的目的就是公开一种滤波器及制备方法，以及制成波导器件的方法。在保持优异的特定波长吸收、有效保持其他需要波长强度的同时，还能简单方便地按需求进行特定波长的设计与制作，在可见光、红外波段对应各种波长都可以制作出对应滤波器件，且适用于工业大批量生产。
【发明内容】
[0005]本发明公开了一种陷光滤波器及其制备方法，旨在提供一种能针对特定波长保持优异的吸收、其他波段基本不受影响的陷光滤波器，这种陷光滤波器可以简单方便地按可见、红外波段特定波长需求进行制作，能满足客户对产品的个性化需求，而且结构简单、制备方法适合工业化大批量生产以大幅降低成本。
[0006]本发明的陷光滤波器结构如附图1所示，在基底I上，该膜系自下而上依次包括:镀制在基底I上的挡光层2、吸收层3、窄带滤光膜4，即:基底/挡光层/吸收层/窄带滤光膜。这种陷光滤波器的基本工作原理是:利用器件表面的窄带滤光膜4的窄带透射特性，使要滤除波长的光透射进入器件内部，其他波长的光高效反射。进入滤波器的光到达吸收层后被吸收掉，没有被完全吸收掉的光到达基底上的挡光层(不能透过)后被反射回吸收层再次吸收，经过多次反射吸收，仅有剩余极少的光会被陷光滤波器反射出来，从而达到了特定波长窄带的高效吸收，其他波长光保持的功能。这种陷光滤波器可以单独使用，也可以由完全相同的两片膜面相对固定构成如图3所示的波导结构，通过仅对特定波长窄带的光多次高效吸收，最终达到完全消除该特定波长光、保持其他波长光的目的。
[0007]其中:
[0008]所述的基底I是任意衬底，是滤波器的主体。可以选用硅片、砷化镓半导体材料；也可以是光学玻璃、石英、宝石，还能选用高强度工程塑料，如聚碳酸酯(PC)树脂，PBT加玻纤，尼龙加玻纤，PPS加玻纤，PPO加玻纤、玻璃增强塑料、聚碳酸酯、PMMA、PI柔性衬底。
[0009]所述的挡光层2是氮化钛或者金属，主要用于防止透射，其厚度需大于50nm ;
[0010]所述的吸收层3是对可见和红外光高吸收的氧化物、氮化物或氮氧化物，如钛氮氧、钛铝氮等，结合减反射层，用以高效吸收可见和红外光，其厚度为20nm?2000nm，优选的，采用低成本且制备方法简单的TiAlN薄膜；减反射层可以采用Ti02、Ta2O5, Nb2O5, Si3N4,Si02、MgF2等介质膜中的一种或组合。
[0011]所述的窄带滤光膜4是由具有不同折射率的透光介质构成，是滤波器的选光层，起到仅让特定波长的光透过、其他波长光反射的作用，通过交替生长高、低折射率的材料来实现，说明中高折射材料使用的是Ti02、Ta205、Nb205、Si3N4等，用H表示；低折射材料使用的是Si02、MgF2等用L表示，T1 2层厚度为20?150nm，MgF 2层厚度为60nm?300nm，其结构为(LH)m+2L+(HL)m，m> = 3，如果需要改善窄带透过的波形，可以通过一层耦合层H连接两个这种结构，重复3次即可达到很好的选择性和反射率。其厚度总计为Ium?50um ；
[0012]如附图3所示，本发明公开的滤波器在使用时，基底没镀膜的一侧朝外，镀膜的一侧朝内，光从一端进入，经过多次反射从另一端输出，经过多次吸收使特定波长的光完全被吸收。
[0013]本发明的滤波器件利用窄带滤光膜4的窄带透射特性，可以精确控制特定波长的光透射进入吸收层被吸收，同时对其他波段的光有着极高的反射率，反射率达到99%以上，从而对其他波段的光损耗降到最低。利用具有高吸收的吸收薄膜3来高效地吸收特定波长的光，使对特定波长的光单次吸收效率能达到99%以上，如果采用图3的波导多次吸收结构则可完全吸收特定波长的光。
[0014]本发明公开的滤波器件膜系可通过工业化磁控溅射和光学薄膜制备方法在大面积基底上镀制。制备过程如下:
[0015]首先，在基底I上用磁控溅射法镀制所述的挡光层2。采用TiAl合金靶材或金属靶材，直接进行溅射镀制；
[0016]其次，在挡光层2上镀制一层吸收层3。采用TiAl合金靶，氮气作为反应气体进行反应溅射镀制，或者采用氮化物或氮氧化物陶瓷靶材直接进行溅射镀制；用磁控溅射法制作减反层，采用T12靶材，进行溅射T1 2层(202)，用磁控溅射法采用MgF 2靶材，进行溅射MgF2M (203);
[0017]然后，在吸收层3上通过电子束蒸发或热蒸发方法交替镀制所述窄带滤光膜4的高、低折射率材料。
[0018]最后，将完全相同的两片膜面相对上下叠放即可形成简易、高效的滤波器件。
[0019]本发明的滤波器件有以下几个优点:
[0020]1、本发明的滤波器可以完全吸收波长范围内的光，吸收率接近100%。而对于其他波长的光接近于完全反射，最大限度地减小对其他波段的损失，性能优异。
[0021]2、本发明的陷光滤波器可以通过简单的波导结构实现对特定波段光的多次高效吸收，进而轻易达到完全吸收的目的。
[0022]3、本发明陷光滤波器所针对的波长可以通过上层的窄带滤光膜4所对应的窄带透射波长来自由调节，因此可以轻易实现任意波长和范围的高性能陷光滤波器。
[0023]4、本发明的膜系结构简单，所用材料来源广，制备方法简单，适合于大规模生产，成本低。
【附图说明】
[0024]附图1是本发明的滤光薄膜结构图，其中，各个编号的含义如下:
[0025]1、基底；2、挡光层；3、吸收层；4、窄带滤光膜；
[0026]附图2是滤波器件的吸收层的结构图:
[0027]201、TiAlN 层；202、Ti02;203、MgF 2;
[0028]附图3是滤波器件的波导结构图；
[0029]附图4是针对623.8nm激光波长的陷滤波器反射谱；
[0030]附图5是针对623.8nm激光波长的陷滤波器4次反射谱；
[0031]附图6是针对514.5nm激光波长的陷滤波器反射谱；
[0032]附图7是针对514.5nm激光波长的陷滤波器4次反射谱；
[0033]附图8是针对514.5nm激光波长的宽反射范围的陷滤波器反射谱；
[0034]附图9是针对514.5nm激光波长的宽反射范围的陷滤波器4次反射谱；
[0035]附图10是针对514.5nm激光波长的单腔窄带滤光膜陷滤波器反射谱；
[0036]附图11是针对514.5nm激光波长的单腔窄带滤光膜陷滤波器4次反射谱；
[0037]附图12是针对1030nm激光波长的陷滤波器反射谱；
[0038]附图13是针对1030nm激光波长光陷滤波器4次反射谱；
【具体实施方式】
[0039]为使本发明的内容、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例进一步阐述本发明，这些实施例仅用于说明本发明，而本发明不仅限于以下实施例。下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作详细说明:
[0040]实施例1:
[0041]以常见的激光波长632.8nm为中心波长，以硅为衬底l，TiAl为挡光层2，TiAlN为吸收薄膜3，T1jP S1 2为窄带滤光膜4，高折射使用的是T1 2用H表示，低折射使用的是3102用L表示的滤波器制备方法，其结构为(LH) m+2L+(HL)m，m = 5，如果需要改善窄带透过的波形，可以通过一层耦合层H连接两个这种结构，重复3次形成三腔，以达到很好的选择性和反射率。其厚度总计为3um?50um ;
[0042]该滤波器件薄膜结构如附图1所示，在硅基底I上膜系自下而上依次包括镀制在基底上的TiAl为挡光层2、TiAlN为吸收薄膜3、1102和S1 2为高、低折射率材料的窄带滤光膜4。S卩:基底/挡光层/吸收层/窄带滤光膜。其