一种双消短波通光学滤波器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及双消短波通光学滤波器领域，具体涉及一种双消短波通光学滤波 器。
【背景技术】
[0002] 短波通光学滤波器在光学工程中广为应用，其功能是透射短波长光而反射长波长 光。以光电投影显示为例，这种短波通光学滤波器的应用包括三种基本功能：把白光分解成 三基色光、把经过调制的三基色光合成彩色图像以及隔离光源的红外光。
[0003] 高亮度、高清晰度和色彩还原是显示技术中最关注的三个技术指标，因此如何提 高光能利用率和图像对比度以及色饱和度是长期以来致力解决的问题。但现用短波通光 学滤波器都是釆用麦克劳德《光学薄膜滤波器》中的短波通膜系（〇. 5LH0. 5L)P作为基本膜 系结构进行厚度优化得到的，其中P是周期数。这种短波通光学滤波器不仅短波通带中的 残余反射率高，而且透射-反射过渡区中s-偏振光、p-偏振光的过渡波长分离很大。其结 果，一是导致光能损失，降低了光能利用率；二是损失的那一部分光在系统内通过多次反射 和折射后变成了杂散光，导致图像清晰度和对比度下降；三是色饱和度降低，彩色图像淡而 不艳。
[0004] 申请公布号为CN103513314A(申请号为201310471073. 4)的中国发明专利申请 公开了一种低通滤波器，包括沿光路方向依次设置的第一石英晶体片、四分之一波片、第二 石英晶体片，其中，在所述第一石英晶体片的光线入射侧表面上镀有红外截止膜，在所述第 二石英晶体片的光线出射表面上镀有受抑波长漂移膜，所述的红外截止膜包括交替分布的 高折射率层和低折射率层，所述的高折射率层为Ti305层、Nb205层或ZnS层，所述的低折射 率层为SiOjl，所述的受抑波长漂移膜包括从所述第二石英晶体片向外依次设置的第一 匹配膜系、主膜系和第二匹配膜系，其中，所述的第一匹配膜系包括交替分布的低折射率层 Si02和高折射率层Ti305，所述的主膜系包括交替分布的交替分布的低折射率层Si02和高折 射率层Ti305，所述的第二匹配膜系包括交替分布的高折射率层Ti305和低折射率层Si02& 及插在高折射率层Ti305和低折射率层SiO2之间的中间折射率层Ta205或HfO2。该低通滤 波器主要有三个方面的功能：截止近红外光和紫外光、稳定透射-截止过渡波长和消除莫 尔条纹，可应用在高像素传感器中，但是，其红外截止膜采用交替分布的高折射率层和低折 射率层，实现截止近红外光和紫外光，即反射近红外光和紫外光，该红外截止膜不适合用于 光电投影显示、影像采集系统和彩色工程中。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型的目的是克服现有技术的缺陷，提供了一种双消短波通光学滤波器， 从而提高显示图像的亮度、清晰度和色饱和度。
[0006] 为实现上述目的，本发明人在分析计算的基础上，首次提出了一种双消短波通光 学滤波器的设计。其构思过程是，由于仅用一个所述的现用短波通膜系（〇.51^0.51广作 为初始结构是不可能实现双消目的的，那怕在优化过程中选用三种以上的薄膜材料也无济 于事，故需按如下步骤来实施：第一步先设计第一主膜系，要求其透射-反射过渡区中S-、 P-偏振光的过渡波长几乎没有分离，但由于仅用两种薄膜材料是不可能消除偏振分离的， 故需选用三种薄膜材料；第二步再设计第二主膜系，由于第一主膜系实现消偏振分离后，其 长波区的反射带宽变得很窄，所以必须用第二主膜系来展宽其反射带；第三步是设计导纳 匹配膜系，第一主膜系和第二主膜系已实现了S-、P-偏振光的过渡波长几乎没有分离，且 长波具有足够宽的高反射带，但此时短波透射带中仍有较大的残余反射，这是因为第一主 膜系和第二主膜系的总导纳与基板导纳不匹配引起的，为此必须在基板和第一、二主膜系 之间再设计一个导纳匹配膜系。
[0007] 具体地说，本实用新型所采取的技术方案是：
[0008] 一种双消短波通光学滤波器，包括基板以及设置在所述基板上的双消短波通膜 系，所述的双消短波通膜系，包括依次设置在所述基板上的导纳匹配膜系、第一主膜系和第 二主膜系；
[0009] 所述的导纳匹配膜系由中间折射率膜和低折射率膜交替组成；
[0010] 所述的第一主膜系由高折射率膜、中间折射率膜和低折射率膜组成；
[0011] 所述的第二主膜系由高折射率膜和低折射率膜交替组成；
[0012] 所述的高折射率膜为Ti02膜或Nb205膜，所述的中间折射率膜为A1 203膜或MgO膜， 所述的低折射率膜为Si02膜。
[0013] 本实用新型中，这种结构的短波通光学滤波器具有双消特性：消短波通带残余反 射和消S-、p-偏振光过渡波长分尚。
[0014] 进一步地，所述的高折射率膜为1102膜，所述的中间折射率膜为A1 203膜，所述的 低折射率膜为Si02膜。
[0015] 即所述的高折射率膜的材料为1102或Nb205，优选Ti02;所述的中间折射率的材料 为A1203或MgO,优选A1 203;所述的低折射率膜的材料为SiO2。
[0016] 进一步地，所述的双消短波通光学滤波器在空气中使用的入射角为16度时，总膜 层数为68层，其中，所述的导纳匹配膜系为13层，从基板一侧向外各膜层的厚度依次为： 125. 5,116. 2,110. 9, 111. 5,95. 4,121. 6,95. 4,102. 1，115. 7,103. 5,245. 3,75. 7,76. 4，单 位为nm;
[0017] 所述的第一主膜系为39层，从导纳匹配膜系向外各膜层的厚度依次为：19. 7， 165. 8,34. 5,121. 6,41. 2, 35. 4, 51. 1，22. 8, 49. 2, 35. 8,45. 9, 71. 2,44. 5, 38. 9, 52. 6, 21. 4， 52. 0,46. 3, 57. 9,20. 8,50. 0,47. 7,63. 9,21. 2,44. 9,47. 3,69. 5,22. 2,37. 5, 46. 8,78. 1， 28. 7, 27. 6, 39. 8, 77. 6, 30. 3, 26. 0, 37. 8, 71. 9,单位为nm;
[0018] 第一主膜系中，第 1、3、6、8、10、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32、34、36、38 层为 高折射率膜，第2、4、12、31、39层为中间折射率膜，其余为低折射率膜；
[0019] 所述的第二主膜系为16层，从第一主膜系向外各膜层的厚度依次为：88.5， 117. 2,78. 1，119. 8,76. 5,122. 9,76. 9, 125. 2,78. 4,127. 8,85. 9,80. 1，9. 8,31. 4, 72. 5， 75. 5,单位为nm。该双消短波通光学滤波器在短波通带400nm~580nm范围内的平均残余 反射率为0. 036%，透射-反射过渡区中透射率为50%处的s-、p-偏振光的过渡波长分离 为 0?lnm〇
[0020] 进一步地，所述的双消短波通光学滤波器在空气中使用的入射角为45度时，总膜 层数为79层，其中，所述的导纳匹配膜系为6层，从基板一侧向外各膜层的厚度依次为： 121. 8,132. 3,125. 9,101. 5,83. 8,194. 5,单位为nm;
[0021] 所述的第一主膜系为53层，从导纳匹配膜系向外各膜层的厚度依次为：18. 3， 217. 2,38. 9,46. 0,23. 7,46. 1,89. 2,95. 2,95. 5,135. 0,26. 7,52. 5,89. 3,48. 9,36. 5,55.1, 89. 0,51. 4, 30. 0,75. 7,26. 3,43. 2,32. 7,40. 7,76. 8,32. 8,35. 9,43. 1，22. 7, 78. 2,46. 8， 44. 3,22. 4,80. 2,49. 9,47. 3,20. 5,77. 3,51. 6,52. 2,19. 2,71. 6,53. 1，51. 9,7. 3,17. 0， 66. 4, 53. 7,63. 5,17. 1，57. 7, 56. 9,85. 7,单位为nm;
[0022] 第一主膜系中，第 1、3、5、7、11、15、19、21、23、27、29、31、33、35、37、39、41、43、46、 48、50、52层为高折射率膜，第8、10、13、17、25、45、53层为中间折射率膜，其余为低折射率 膜；
[0023] 所述的第二主膜系为20层，从第一主膜系向外各膜层的厚度依次为：14. 9,40. 0， 52. 9,80. 9,14. 8,40. 1，60. 7,154. 7, 77. 7,141.