光学干涉滤波器的制作方法

光学干涉滤波器
1.相关申请
2.本技术要求2021年12月16日提交的题为“optical filter”的美国临时专利申请第63/265,566号的优先权，该美国临时专利申请的内容通过引用以其整体并入本文。
3.背景
4.可以利用光学设备来捕获关于光的信息。例如，光学设备可以捕获关于与光相关联的一组波长的信息。光学设备可以包括捕获信息的一组传感器元件(例如，光学传感器、光谱传感器和/或图像传感器)。例如，传感器元件阵列可用于捕获与多个波长有关的信息。传感器元件阵列可以与光学滤波器相关联。光学滤波器可以包括与被传递到传感器元件阵列的第一波长范围的光相关联的通带。光学滤波器可以与阻挡第二波长范围的光被传递到传感器元件阵列相关联。
5.概述
6.在一些实施方式中，一种光学干涉滤波器，该光学干涉滤波器包括：衬底；和设置在衬底上方的多组层，其中每组层包括：包含至少钽和氧或包含至少铌、钛、和氧的第一层；设置在第一层上方的第二层，该第二层包含至少硅和氧；设置在第二层上方的第三层，该第三层包含至少氢和硅；以及设置在第三层上方的第四层，该第四层包括至少硅和氧，其中：光学干涉滤波器被配置成透射与第一光谱范围相关联的光并阻挡与第二光谱范围相关联的光，并且第三层对于第二光谱范围的消光系数大于或等于第三层对于第一光谱范围的消光系数的四倍。
7.在一些实施方式中，所述第一层包含至少五氧化二钽(ta2o5)材料或至少铌钛氧化物(nbtio
x
)材料；所述第二层包含至少二氧化硅(sio2)材料；所述第三层包含至少氢化硅(si:h)材料；和所述第四层包含至少另一种sio2材料。
8.在一些实施方式中，所述第一光谱范围是从585纳米到700纳米；所述第二光谱范围是从440纳米到475纳米；所述第三层包含至少氢化硅(si:h)材料；所述第三层在475纳米下具有大于或等于0.8的第一消光系数；和所述第三层在600纳米下具有小于或等于0.2的第二消光系数。
9.在一些实施方式中，以下中的至少一项成立：所述第二层的第一表面设置在所述第一层的表面上，所述第三层的第一表面设置在所述第二层的第二表面上，或者所述第四层的表面设置在所述第三层的第二表面上。
10.在一些实施方式中，所述第一光谱范围为585纳米至700纳米，其中，所述光学干涉滤波器被配置成具有大于或等于与所述第一光谱范围相关联的光的透射率水平阈值的透射率水平，其中，所述透射率水平阈值是10％。
11.在一些实施方式中，所述第二光谱范围是从440纳米至475纳米，其中，所述光学干涉滤波器被配置成具有大于或等于与所述第二光谱范围相关联的光的阻挡水平阈值的阻挡水平，其中，所述阻挡水平阈值是光密度(od)4。
12.在一些实施方式中，所述光学干涉滤波器还包括设置在所述多组层上方的一个或更多个其他组的层，其中，每个其他组的层包括：第五层，所述第五层包含至少钽和氧或至
少铌、钛、和氧；和第六层，所述第六层包含至少硅和氧；其中，所述其他组的层不包括包含至少氢和硅的层。
13.在一些实施方式中，一种光学干涉滤波器，该光学干涉滤波器包括：衬底；和设置在衬底上方的多组层，其中每组层包括：包含至少第一氧化物的第一层；设置在第一层上方的第二层，该第二层包含至少第二氧化物；以及设置在第二层上方的第三层，该第三层包含至少氢和硅，其中：光学干涉滤波器被配置成透射与第一光谱范围相关联的光并阻挡与第二光谱范围相关联的光，并且第三层对于第二光谱范围的消光系数大于或等于第三层对于第一光谱范围的消光系数的四倍。
14.在一些实施方式中，所述第一层包含至少五氧化二钽(ta2o5)材料或至少铌钛氧化物(nbtio
x
)材料；所述第二层包含至少二氧化硅(sio2)材料；和所述第三层包含至少氢化硅(si:h)材料。
15.在一些实施方式中，所述第一光谱范围是从585纳米到700纳米；所述第二光谱范围是从440纳米到475纳米；
16.所述第三层对于所述第二光谱范围具有大于或等于0.8的消光系数；和所述第三层对于所述第一光谱范围具有小于或等于0.2的消光系数。
17.在一些实施方式中，所述多组层中的每组层还包括设置在所述第三层上方的第四层，所述第四层包含至少所述第二氧化物。
18.在一些实施方式中，所述第一光谱范围是从585纳米至700纳米，其中，所述光学干涉滤波器被配置成具有大于或等于与所述第一光谱范围相关联的光的透射率水平阈值的透射率水平，其中，所述透射率水平阈值是10％。
19.在一些实施方式中，所述第二光谱范围是从440纳米至475纳米，其中，所述光学干涉滤波器被配置成具有大于或等于与所述第二光谱范围相关联的光的阻挡水平阈值的阻挡水平，其中，所述阻挡水平阈值是光密度(od)4。
20.在一些实施方式中，所述光学干涉滤波器还包括设置在所述多组层上方的一个或更多个其他组的层，其中，每个其他组的层包括：第五层，所述第五层包含至少所述第一氧化物；和第六层，所述第六层包含至少所述第二氧化物；其中，所述其他组的层不包括包含至少氢和硅的层。
21.在一些实施方式中，一组光学干涉滤波器，该光学干涉滤波器包括：衬底；和设置在衬底上方的多组层，其中每组层包括：包含至少第一氧化物的第一层；设置在第一层上方的第二层，该第二层包含至少第二氧化物；设置在所述第二层上方的第三层，其中：光学干涉滤波器被配置成透射与第一光谱范围相关联的光并阻挡与第二光谱范围相关联的光，并且第三层对于第二光谱范围的消光系数大于或等于第三层对于第一光谱范围的消光系数的四倍。
22.在一些实施方式中，所述第一层包含以下中的至少一种：钽和氧，铌、钛和氧，氢和锗，氢和硅，氢、硅和锗，硅，或锗；所述第二层包含以下中的至少一种：硅和氧，铝和氧，或镁和氟；和所述第三层包括以下中的至少一种：氢和锗，氢和硅，氢、硅和锗，硅，或锗。
23.在一些实施方式中，所述多组层中的每组层还包括设置在所述第三层上方的第四层，所述第四层包含至少所述第二氧化物。
24.在一些实施方式中，以下中的至少一项成立：所述第一光谱范围是从585纳米到
700纳米；和所述第二光谱范围是从440纳米到475纳米。
25.在一些实施方式中，所述光学干涉滤波器被配置成具有大于或等于与所述第一光谱范围相关联的光的透射率水平阈值的透射率水平，其中，所述透射率水平阈值是10％。
26.在一些实施方式中，所述光学干涉滤波器被配置成具有大于或等于与所述第二光谱范围相关联的光的阻挡水平阈值的阻挡水平，其中，所述阻挡水平阈值是光密度(od)4。
27.附图简述
28.图1为本文所描述的示例实施方式的概述图。
29.图2a-2b为示例光学滤波器的图。
30.图3a-3d为与本文所描述的光学滤波器的示例配置相关的图。
31.图4a-4d是与本文所描述的光学滤波器的示例配置相关的图。
32.图5显示了光学滤波器的层的示例消光系数(k)性能和光学滤波器的示例透射性能。
33.图6显示了光学滤波器的示例角度偏移性能。
34.详细描述
35.示例实施方式的以下详细描述参考了附图。不同附图中相同的附图标记可以标识相同或相似的元件。以下描述使用光谱仪为例。然而，本文描述的技术、原理、过程、和方法可以与任何传感器(包括但不限于其他光学传感器和光谱传感器)一起使用。
36.光学滤波器被用于光谱应用中，以选择性地使样品发出的光的某个波长或波段通过，和/或选择性地阻挡照射样品的光的某个波长或波段。例如，在荧光光谱应用中，激发光束照射样品，并且较长波长的光被检测以获得其光谱和/或确定样品响应激发光的激发而发出的荧光的总水平。
37.在某些情况下，光学滤波器包括多个部件，以阻挡激发光并使样品发出的光通过。例如，光学滤波器可以包括吸收第一波段的光(例如，吸收由光学滤波器的一个或更多个其他部件反射的散射光)的暗镜、阻挡第二波段的光的诱导透射滤波器(itf)、和使第三波段通过的长波通(lwp)滤波器(例如，电介质lwp)。因此，这需要多个涂覆步骤、真空处理步骤、晶片级处理(wlp)步骤、组装步骤、或其它步骤(例如，需要不同的温度和/或处理环境的步骤)来生产光学滤波器的各个部件，这增加了包括光学滤波器的相关光谱设备的复杂性(和成本)。
38.此外，当指向光学滤波器的(例如，由样品发射)的光的入射角(aoi)从配置的入射角(例如，0度(垂直)、30度、45度等)变化至少一阈值量(例如，从配置的入射角偏离大于或等于20度，从配置的入射角偏离大于或等于40度，和/或从配置的入射角偏离大于或等于60度)时，光学滤波器的性能可能下降。例如，随着aoi的增加，光学滤波器可能向更低的波长偏移。以这种方式，光学滤波器可能使不需要的或不期望的光(例如，激发光的一个或更多个部分和不是由样品发出的其他光)通过，这可能影响接收通过的光的光谱设备的光学传感器的感测精度。
39.本文所述的一些实施方式提供了包括单一涂层的光学滤波器(例如，光学干涉滤波器)。该涂层可以包括多组层，其中每组层包括：第一层，该第一层包含至少第一氧化物(例如，至少钽和氧或者至少铌、钛和氧)；设置在第一层上方的第二层，该第二层包含至少第二氧化物(例如，至少硅和氧)；以及设置在第二层上方的第三层，该第三层包含至少另一
种材料(例如，至少氢和硅)。在一些实施方式中，每组层还可以包括设置在第三层上方的第四层，该第四层包含至少第二氧化物(例如，至少硅和氧)。因此，光学滤波器阻挡和/或衰减与激发波段相关联的光，例如从440nm到475nm(例如，大于或等于440nm且小于或等于475nm)，并且光学滤波器通过和/或透射与发射波段相关联的光，例如从585nm到700nm(例如，大于或等于580nm且小于或等于700nm)。换句话说，在一些实施方式中，光学滤波器提供对包括蓝光和/或绿光的部分的激发光的阻挡或衰减，并通过或提供对包括红光和/或近红外光(nir)的部分的发射光(例如，与受试者发射的荧光团分子相关联的发射光)的透射。
40.通过这种方式，本文所述的一些实施方式提供了一种光学滤波器，该光学滤波器不需要额外的部件来阻挡激发光并使样品发出的光通过。因此，生产该光学滤波器所需的处理步骤的数量少于生产典型的多部件光学滤波器所需的步骤。由此，这(例如，与包括典型光学滤波器和附加部件的光谱设备相比)降低了包括该光学滤波器的相关光谱设备的复杂性(和成本)。
41.另外，以这种方式，低角度偏移光学滤波器减少了朝向更低波长偏移的量(例如，对于以增加的入射角的入射光)。因此，这减少了被低角度偏移光学滤波器通过的不需要或不期望的光的量，这提高了接收被低角度偏移光学滤波器通过的光的光学传感器的感测精度。
42.图1是本文所述的示例实施方式100的概述图。如图1所示，示例实施方式100包括传感器系统110(例如，荧光检测系统)。传感器系统110可以是光学系统的一部分，并且可以提供与传感器确定相对应的电输出。传感器系统110包括光学滤波器结构120和光学传感器140，光学滤波器结构120包括光学滤波器130。例如，光学滤波器结构120可以包括执行阻挡功能和通带滤波功能的光学滤波器130。在另一示例中，光学滤波器130可以与光学传感器140的传感器元件阵列对准。
43.尽管本文所述的一些实施方式可能根据传感器系统中的光学滤波器进行描述，但本文所述的实施方式可用于其他类型的系统，可用于传感器系统外部，或用于其他配置。
44.如图1中进一步所示，且通过参考数字150所示，输入光信号以一个或更多个入射角θ被导向光学滤波器结构120。例如，输入光信号150-1和150-2可以分别以入射角θ0(例如，配置的入射角)和θ被导向光学滤波器结构120。输入光信号可以包括但不限于与特定光谱范围(例如，585nm至700nm的光谱范围，或另一光谱范围)相关联的光。输入光信号可以包括例如由样本(例如生物样本)发出的光(例如发射光)，该样本被与不同光谱范围(例如440nm至475nm的光谱范围或另一光谱范围)相关联的其他光(例如激发光)照射。光可以传播到光学传感器140，以允许光学传感器140执行光的测量。在另一示例中，光学传感器140可以执行另一功能，例如测试功能、感测功能、或通信功能等。
45.如图1进一步所示，并且通过附图标记160所示，具有第一光谱范围的输入光信号的第一部分不被传递通过光学滤波器130和光学滤波器结构120。例如，可以包括光学滤波器130的高折射率材料层和低折射率材料层的介电薄膜层的介电滤波器堆叠可以使得第一部分的光(例如，在第一方向上)被反射、吸收、和/或以其他方式被阻挡。在这种情况下，第一部分的光可以是入射到光学滤波器130上的光的阈值部分，其不被包括在光学滤波器130的带通中。如通过附图标记170所示，输入光信号的第二部分被传递通过光学滤波器130和光学滤波器结构120。例如，光学滤波器130可以使朝向光学传感器140(例如，在第二方向
上)的具有第二光谱范围的第二部分的光通过。在这种情况下，第二部分的光可以是在光学滤波器130的带通内入射到光学滤波器130上的光的阈值部分，例如大于或等于在585nm至700nm的光谱范围内的入射光的10％。第二部分的光可以以小于阈值角度偏移的方式传递通过光学滤波器130，如本文更详细描述的。
46.如图1中进一步所示，基于传递至光学传感器140的输入光信号的第二部分，光学传感器140可为传感器系统110提供输出电信号180，例如用于荧光透视、成像、环境光感测、检测物体的存在、执行测量、或促进通信等。在一些实施方式中，可以使用光学滤波器130和光学传感器140的另外的布置。例如，光学滤波器130可将光信号的第二部分沿另一方向导向不同位置的光学传感器140，而不是与输入光信号共线地使光信号的第二部分通过。
47.如上面所指示的，图1作为示例被提供。其他示例可以与关于图1所描述的示例不同。
48.图2a-2b为示例光学滤波器200的图。在一些实施方式中，光学滤波器200可以是光学干涉滤波器和/或可以包括光谱滤波器、多光谱滤波器、带通滤波器、阻挡滤波器、长波通滤波器、二向色滤波器、线性可变滤波器、环形可变滤波器、法布里-珀罗滤波器、吸收滤波器等中的至少一种。图2a-2b示出了光学滤波器200的各个示例堆叠。
49.如图2a所示，光学滤波器200可包括衬底205和一组或更多组层210(例如，一组或更多组光学滤波器层)。衬底205可以包括玻璃衬底、聚合物衬底、聚碳酸酯衬底、硅(si)衬底、锗(ge)衬底、或有源器件晶片(例如，包括光电二极管(pd)、pd阵列、雪崩光电二极管(apd)、apd阵列、电荷耦合器件(ccd)传感器、和/或互补金属氧化物半导体(cmos)传感器等)。在一些实施方式中，衬底205的厚度可以大于或等于20微米(μm)、50μm、和/或500μm。此外，或者可替换地，衬底205的厚度可以小于或等于特定的厚度阈值。例如，特定厚度阈值可以小于或等于10毫米(mm)或5mm。
50.一组或更多组层210中的每组层210可包括第一层215、第二层220、和第三层225。第二层220可以设置在第一层215上方(例如，直接或间接在第一层215上)，以及第三层225可以(例如，以堆叠形式)设置在第二层220上方(例如，直接或间接在第二层220上)。在一些实施方式中，每组层210还可以包括第四层230，该第四层230可以设置在第三层225上方(例如，直接或间接在第三层225上)。例如，如图2a所示，第二层220的第一表面(例如，底表面)可以(例如，直接)设置在第一层215的表面(例如，顶表面)上，第三层225的第一表面(例如，底表面)可以(例如，直接)设置在第二层220的第二表面(例如，顶表面)上，而第四层230的表面(例如，底表面)可以(例如，直接)设置在第三层225的第二表面(例如，顶表面)上。在一些实施方式中，一个或更多个其他层可以设置在第一层215和第二层220之间，可以设置在第二层220和第三层225之间，和/或可以设置在第三层225和第四层230之间。
51.在一些实施方式中，一组或更多组层210可设置在衬底205的单个表面(例如，顶表面)上(例如，如图2a所示)。或者，当光学滤波器200包括多组层210(例如，两组或更多组层210)时，至少一组层210可以设置在衬底205的第一表面(例如，顶表面)上，并且至少一个其他组的层210可以设置在衬底205的第二表面(例如，底表面)上。
52.第一层215可包含第一材料，该第一材料包括至少钽和氧和/或至少含铌、钛、和氧。例如，第一材料可以包括至少第一氧化物，例如至少五氧化二钽(ta2o5)材料，并且在一些实施方式中，第一材料可以包括一种或更多种其他元素或材料(例如，钽、氧、氢、硅、铝、
氮、二氧化硅(sio2)材料、氧化铝(al2o3)材料、氧化铪(hfo2)材料、氮化硅(si3n4)材料、和/或氮化铝(aln)材料)。作为另一个例子，第一材料可以包括至少铌钛氧化物(nbtio
x
)材料，并且在一些实施方式中，第一材料可以包括一种或更多种其他元素或材料(例如，铌、钛、氧、五氧化二铌(nb2o5)材料、和/或五氧化二铌钽(nb
2-xtaxo5)材料)。在一些实施方式中，第一材料可以包括以下中的至少一种：钽和氧；铌、钛、和氧；氢和锗；硅和锗；氢、硅、和锗；硅；或者锗。例如，第一材料可以包括五氧化二钽(ta2o5)材料、铌钛氧化物(nbtio
x
)材料、氢化锗(ge:h)材料、硅锗(sige)材料、氢化硅锗(sige:h)材料、硅(si)材料、硅和氢(sih)材料、氢化硅(si:h)材料、或锗(ge)材料中的至少一种，并且在一些实施方式中，第一材料可以包括一种或更多种其他元素或材料。因此，对于与光谱范围(例如，从400nm到700nm，或另一光谱范围)相关联的光，第一层215可具有从1.9到2.5(例如，大于或等于1.9且小于或等于2.5)的折射率。
53.第二层220可包含第二材料，该第二材料包括至少硅和氧。例如，第二材料可以包括至少第二氧化物，例如至少二氧化硅(sio2)材料，和/或一种或更多种其他元素或材料(例如，硅；氧；氧化硅(siox)材料，其中x小于2；氮化硅(sin)材料；铝硅(alsi)材料；和/或另一种材料)。在一些实施方式中，第二材料可以包括以下中的至少一种：硅和氧、铝和氧、或者镁和氟。例如，第二材料可以包括二氧化硅(sio2)材料、氧化铝(al2o3)材料、或氟化镁(mgf)材料中的至少一种，并且在一些实施方式中，第二材料可以包括一种或更多种其他元素或材料。因此，对于与光谱范围(例如，从400nm到700nm，或另一光谱范围)相关联的光，第二层220可具有从1.3到1.7(例如，大于或等于1.3且小于或等于1.7)的折射率。
54.第三层225可包含第三材料，该第三材料包括至少氢和硅。例如，第三材料可以包含至少硅和氢(sih)材料和/或氢化硅(si:h)材料、和/或一种或更多种其他元素或材料(例如，硅、氢、硅(si)材料、硅和氢(sih)材料、氢化硅(si:h)材料、氢化硅和氦(si:h-he)材料、氢化硅和氮(si:h-n)材料、非晶硅(si)材料、和/或其他材料)。在一些实施方式中，第三材料可以包括：氢和锗；氢和硅；氢、硅、和锗；硅；或者锗。例如，第三材料可以包括氢化锗(ge:h)材料、硅锗(sige)材料、氢化硅锗(sige:h)材料、硅(si)材料、硅和氢(sih)材料、氢化硅(si:h)材料、或锗(ge)材料，并且在一些实施方式中，第三材料可以包括一种或更多种其他元素或材料。因此，对于与光谱范围(例如，从400nm到700nm，或另一光谱范围)相关联的光，第三层225可具有从3.2到4.0(例如，大于或等于3.2且小于或等于4.0)的折射率。
55.第四层230可包含第四材料，该第四材料包括至少硅和氧。例如，第四材料可以包括二氧化硅(sio2)材料、和/或一种或更多种其他元素或材料(例如，硅；氧；氧化硅(sio
x
)材料，其中x小于2；氮化硅(sin)材料；铝硅(alsi)材料；和/或另一种材料)。在一些实施方式中，第四材料可以包括以下中的至少一种：硅和氧、铝和氧、或者镁和氟。例如，第四材料可以包括二氧化硅(sio2)材料、氧化铝(al2o3)材料、或氟化镁(mgf)材料中的至少一种，并且在一些实施方式中，第四材料可以包括一种或更多种其他元素或材料。第四材料可以是与(例如，第二层220的)第二材料相同的材料，或者可选地，第四材料可以是与第二材料不同的材料。在一些实施方式中，第四材料可以与第二层220的第二材料相同或相似(例如，可以包括至少第二氧化物)。因此，对于与光谱范围(例如，从400nm到700nm，或另一光谱范围)相关联的光，第四层230可具有从1.3到1.7(例如，大于或等于1.3且小于或等于1.7)的折射率。
56.在一些实施方式中，一组层210中的每一层均与特定厚度相关联。例如，第一层215、第二层220、第三层225、和第四层230中的每一个可以具有范围从5nm到2000nm的相应厚度(例如，大于或等于5nm并且小于或等于2000nm的厚度)。在一些实施方式中，第二层220(例如，包含第二材料)和第四层230(例如，包含第四材料)中的每一个可以具有在从2nm到厚度阈值的范围内的相应厚度(例如，大于或等于2nm并且小于或等于厚度阈值的厚度)。厚度阈值可以是例如小于或等于4nm、6nm、8nm、10nm、15nm、20nm、30nm、40nm、和/或50nm。
57.在一些实施方式中，当光学滤波器200包括多组层210(例如，两组或多组层210)时，第一组层210中的一层可具有与第二组层210中的相对应的层相同或不同的厚度。例如，第一组层中的第一层215、第二层220、第三层225、和第四层230可以具有与第二组层210中的第一层215、第二层220、第三层225、和第四层230的相对应的厚度相同(例如，等于，在小于或等于1nm的阈值内)的相应厚度。或者，第一组层中的第一层215、第二层220、第三层225、和第四层230可以具有不同于第二组层210中的第一层215、第二层220、第三层225、和第四层230的相应厚度。因此，多组层210中的每组层210可以具有与多组层210中的另一组层210的厚度轮廓相同或不同的厚度轮廓。
58.因此，可基于光学滤波器200的一组预期光学特性，如预期通带、预期透射率、和/或另一光学特性，选择一组层210中每个层的层厚度和/或一组或更多组层210的量。例如，可以选择一组层210中每个层的层厚度和/或一组或更多组层210的数量，以允许光学滤波器200使第一光谱范围(例如，从585nm到700nm，或另一光谱范围)通过和/或阻挡第二光谱范围(例如，从440nm到475nm，或另一光谱范围)。
59.如图2b所示，光学滤波器200可包括衬底205、一组或更多组层210和一个或更多个其他组的层235(例如，一个或更多个其他组的光学滤波器层)。一个或更多个其他组的层235可以设置在一组或更多组层210上方(例如，在一组或更多组层210的特定组的层上)。例如，如图2b所示，一个或更多个其他组的层235可以设置在特定组的层210(例如，顶部组的层210)的表面(例如，顶表面)上。
60.一个或更多个其他组的层235中的每个其他组的层235可包括第五层240和第六层245。如图2b所示，第六层245可以(例如，以堆叠形式)设置在第五层240上方(例如，直接或间接在第五层240上)。在一些实施方式中，一个或更多个其他层可以设置在第五层240和第六层245之间。
61.第五层240可包含第五材料，该第五材料包括至少钽和氧和/或至少铌、钛、和氧。例如，第五材料可以包括至少五氧化二钽(ta2o5)材料，并且在一些实施方式中，第五材料可以包括一种或更多种其他元素或材料(例如，钽、氧、氢、硅、铝、氮、二氧化硅(sio2)材料、和/或氮化铝(aln)材料)。作为另一示例，第五材料可以包括至少铌钛氧化物(nbtio
x
)材料，并且在一些实施方式中，第五材料可以包括一种或更多种其他元素或材料(例如，铌、钛、氧、五氧化二铌(nb2o5)材料、和/或五氧化二铌钽(nb
2-xtaxo5)材料)。在一些实施方式中，第五材料可以包括以下中的至少一种：钽和氧；铌、钛、和氧；氢和锗；硅和锗；氢、硅、和锗；硅；或者锗。例如，第五材料可以包括五氧化二钽(ta2o5)材料、铌钛氧化物(nbtio
x
)材料、氢化锗(ge:h)材料、硅锗(sige)材料、氢化硅锗(sige:h)材料、硅(si)材料、硅和氢(sih)材料、氢化硅(si:h)材料、或锗(ge)材料中的至少一种，并且在一些实施方式中，第五材料可以包括一种或更多种其他元素或材料。在一些实施方式中，第五材料可以与第一层
215的第一材料相同或相似(例如，可包含至少第一氧化物)。因此，对于与光谱范围(例如，从400nm到700nm，或另一光谱范围)相关联的光，第五层240可具有从1.9到2.5(例如，大于或等于1.9且小于或等于2.5)的折射率。
62.第六层245可包含第六材料，该第六材料包括至少硅和氧。例如，第六材料可以包括二氧化硅(sio2)材料和/或一种或更多种其他元素或材料(例如，硅；氧；氧化硅(sio
x
)材料，其中x小于2；氮化硅(sin)材料；铝硅(alsi)材料；和/或另一种材料)。在一些实施方式中，第六材料可以包括以下中的至少一种：硅和氧、铝和氧、或者镁和氟。例如，第六材料可以包括二氧化硅(sio2)材料、氧化铝(al2o3)材料、或氟化镁(mgf)材料中的至少一种，并且在一些实施方式中，第六材料可以包括一种或更多种其他元素或材料。在一些实施方式中，第六材料可以与所示的第二层220的第二材料相同或相似(例如，可以包含至少第二氧化物)。因此，对于与光谱范围(例如，从400nm到700nm，或另一光谱范围)相关联的光，第六层245可具有从1.3到1.7(例如，大于或等于1.3且小于或等于1.7)的折射率。
63.因此，其他组的层235可不包括含至少氢和硅；氢和锗；氢、硅和锗；硅；或者锗的层。作为示例，其他组的层235可以不包括包含第三材料的层(例如，可以不包括第三层225)。
64.在一些实施方式中，其他组的层235中的每一层均与特定厚度相关联(例如，与本文针对一组层210中的每一层所公开的方式类似)。例如，第五层240和第六层245中的每一个层可以具有范围从5nm到2000nm的相应厚度(例如，大于或等于5nm并且小于或等于2000nm的厚度)。在一些实施方式中，第六层245(例如，包含第六材料)可以具有从2nm到厚度阈值范围内的厚度(例如，大于或等于2nm并且小于或等于厚度阈值的厚度)。厚度阈值可以是例如小于或等于4nm、6nm、8nm、10nm、15nm、20nm、30nm、40nm、和/或50nm。
65.因此，一组层210中的每层和/或其他组的层235中的每层的层厚度，和/或一组或更多组层210的数量和/或一个或更多个其他组的层235的数量可基于光学滤波器200的一组预期光学特性(例如预期通带、预期透射率和/或另一光学特性)进行选择。例如，可以选择一组层210中的每一层和/或其他组的层235中的每一层的层厚度、和/或一组或更多组层210的数量、一个或更多个其他组的层235的数量，以允许光学滤波器200使第一光谱范围(例如，从585nm到700nm，或另一光谱范围)通过和/或阻挡第二光谱范围(例如，从440nm到475nm，或另一光谱范围)。
66.在一些实施方式中，光学滤波器200(和/或一组或更多组层210和/或一个或更多个其他组的层235)可以被配置为具有满足与第一光谱范围相关的光的透射率水平阈值的透射率水平。例如，光学滤波器200(和/或一组或更多组层210和/或一个或更多个其他组的层235)可以被配置成具有大于或等于与从585nm到700nm的光谱范围相关联的光的透射率水平阈值的透射率水平。透射率水平阈值可以是例如大于或等于10％、15％、20％、25％、35％、50％、65％、75％、85％、和/或95％。附加地或替代地，光学滤波器200(和/或一组或更多组层210和/或一个或更多个其他组的层235)可以被配置成具有满足针对与第二光谱范围相关联的光的阻挡水平阈值的阻挡水平。例如，光学滤波器200(和/或一组或更多组层210和/或一个或更多个其他组的层235)可以被配置成具有大于或等于针对与从440nm到475nm的光谱范围相关联的光的阻挡水平阈值的阻挡水平。阻挡阈值可以是例如大于或等于光密度(od)1、od 1.5、od 2、od 3、od4、od5、和/或od6。
67.在一些实施方式中，一组或更多组层210的每一组中的第三层225可被配置成具有与第一光谱范围相关联的“低”消光系数和与第二光谱范围相关联的“高”消光系数(例如，以促进光学滤波器200对第一光谱范围的透射率水平和光学滤波器200对第二光谱范围的阻挡水平)。例如，第三层225对于第二光谱范围(例如，对于第二光谱范围内的每个波长，或者对于第二光谱范围内的特定波长)的消光系数可以大于或等于第三层225对于第一光谱范围(例如，对于第一光谱范围内的每个波长，或者对于第一光谱范围内的特定波长)的消光系数的阈值倍数。阈值倍数可以是例如大于或等于3、4、5、6、或另一个数。例如，第三层225(例如，包含第三材料的第三层225)在475nm(例如，在从440nm到475nm的第二光谱范围内)的消光系数可以大于或等于第三层225在600nm(例如，在从585nm到700nm的第一光谱范围内)的消光系数的四(4)倍。本文结合图5描述了附加的细节。
68.在一些实施方式中，光学滤波器200中可包括一个或更多个其他层，例如一个或更多个保护层、一个或更多个覆盖层(例如，为一组或更多组层210和一个或更多个其他组的层235提供环境保护)、和/或提供一种或更多种其他过滤功能的一个或更多个层(例如，除其他示例外，阻隔剂或抗反射涂层)。例如，在单表面配置中，附加层(例如，覆盖层)，例如介电层(例如，包含至少氧化物材料，例如二氧化硅(sio2)材料、二氧化锆(zro2)材料、和/或氧化钇(y2o3)材料；氮化物材料，例如氮化硅(si3n4)材料、氮化钛(tin)材料、和/或氮化锆(zrn)材料；和/或提供环境保护的另一种材料)，可以设置在一组或更多组层210和一个或更多个其他组的层235的表面(例如，顶表面)上。
69.如上面指示的，图2a-图2b作为示例被提供。其他示例可以与关于图2a-图2b所描述的示例不同。
70.图3a-3d为与本文所描述的光学滤波器200的示例配置300相关的图。
71.如图3a所示，在示例配置300中，光学滤波器200可包括设置在衬底(例如，与本文中关于图2a-2b描述的衬底205相同或相似)上方的一组或更多组层310(例如，与本文结合图2a-2b所述的一组或更多组层210相同或相似)和/或一组或更多组层320(例如，与本文关于图2a-2b描述的一个或更多个其他组的层235相同或相似)。如图3a所示，一组层310包括(例如，堆叠形式的)包含至少五氧化二钽(ta2o5)材料的第一层、包含至少二氧化硅(sio2)材料的第二层、包含至少氢化硅(si:h)材料的第三层、和包含至少二氧化硅(sio2)材料的第四层。一组层320包括包含至少五氧化二钽(ta2o5)材料的第五层和包含至少二氧化硅(sio2)材料的第六层。
72.图3b显示了光学滤波器200的示例配置300的通带的透射率性能和角度偏移性能。如图3b和曲线330所示，当光具有0度的入射角时，光学滤波器200可以透射大于或等于13％(峰值为65％)的与从585nm到700nm的光谱范围相关联的光。如图3b和曲线332进一步所示，当光具有20度的入射角时，光学滤波器200可以透射大于或等于16％(峰值为61％)的与从585nm到700nm的光谱范围相关联的光。如曲线334所示，当光具有40度的入射角时，光学滤波器200可以透射大于或等于21％(峰值为63％)的与从585nm到700nm的光谱范围相关联的光。如曲线336所示，当光具有60度的入射角时，光学滤波器200可以透射大于或等于25％(峰值为62％)的与从585nm到700nm的光谱范围相关联的光。
73.在一些实施方式中，对于0度和60度之间的入射角，光学滤波器200通带的中心波长处的角度偏移可小于或等于中心波长的1.0％。例如，当光学滤波器被配置用于655nm的
中心波长时，光学滤波器可以在高达60度的入射角下具有例如小于或等于6.55nm的角度偏移。在一些实施方式中，光学滤波器200可以在中心波长处实现大于或等于透射率水平阈值的透射率水平，例如大于或等于(例如，在0至60度之间的入射角处光学滤波器200的峰值透射率的)10％、15％、20％、25％、35％、50％、65％、75％、85％、和/或95％。此外，光学滤波器可以实现小于或等于+/-10％、小于或等于+/-5％、或小于或等于+/-1％的波纹，其中波纹表示入射角在0到60度之间时通带内透射率的偏差。
74.图3c显示了光学滤波器200的示例配置300的阻挡部分的阻挡性能和角度偏移性能。如图3c所示，光学滤波器200可以阻挡大于或等于od4(例如，透射小于或等于1.e-02％)的与440nm至475nm的光谱范围相关联的光，例如当光的入射角为0度(由曲线340所示)、入射角为20度(由曲线342所示)、入射角为40度(由曲线344所示)、以及入射角为60度(由曲线346所示)时。
75.图3d显示了光学滤波器200的示例配置300的层厚度的示例。如图3d所示，光学滤波器200可以包括多组层310和多组层320。如图3d所示，多组层310和多组层320的组中的每一层的层厚度可以具有与另一层相同或不同的特定厚度。
76.如上面指示的，图3a-图3d作为示例被提供。其他示例可以与关于图3a-图3d所描述的示例不同。
77.图4a-4d是与本文所描述的光学滤波器200的示例配置400相关的图。
78.如图4a所示，在示例配置400中，光学滤波器200可包括设置在衬底(例如，与本文中关于图2a-2b描述的衬底205相同或相似)上方的一组或更多组层410(例如，与本文结合图2a-2b所述的一组或更多组层210相同或相似)和/或一组或更多组层420(例如，与本文关于图2a-2b描述的一个或更多个其他组的层235)。如图4a所示，一组层410包括(例如，堆叠形式的)包含至少铌钛氧化物(nbtio
x
)材料的第一层、包含至少二氧化硅(sio2)材料的第二层、包含至少氢化硅(si:h)材料的第三层、和包含至少二氧化硅(sio2)材料的第四层。一组层420包括包含至少铌钛氧化物(nbtio
x
)材料的第五层和包含至少二氧化硅(sio2)材料的第六层。
79.图4b显示了光学滤波器200的示例配置400的通带的透射率性能和角度偏移性能。如图4b和曲线430所示，当光具有0度的入射角时，光学滤波器200可以透射大于或等于10％(峰值为67％)的与从585nm到700nm的光谱范围相关联的光。如图4b和曲线432进一步所示，当光具有20度的入射角时，光学滤波器200可以透射大于或等于23％(峰值为67％)的与从585nm到700nm的光谱范围相关联的光。如曲线434所示，当光具有40度的入射角时，光学滤波器200可以透射大于或等于26％(峰值为73％)的与从585nm到700nm的光谱范围相关联的光。如曲线436所示，当光具有60度的入射角时，光学滤波器200可以透射大于或等于28％(峰值为68％)的与从585nm到700nm的光谱范围相关联的光。
80.在一些实施方式中，对于0度和60度之间的入射角，光学滤波器200通带的中心波长处的角度偏移可小于或等于中心波长的1.0％。例如，当光学滤波器被配置用于655nm的中心波长时，光学滤波器可以在高达60度的入射角下具有例如小于或等于6.55nm的角度偏移。在一些实施方式中，光学滤波器200可以在中心波长处实现大于或等于透射率水平阈值的透射率水平，例如大于或等于(例如，在0至60度之间的入射角处光学滤波器200的峰值透射率的)10％、15％、20％、25％、45％、50％、65％、75％、85％、和/或95％。此外，光学滤波器
可以实现小于或等于+/-10％、小于或等于+/-5％、或小于或等于+/-1％的波纹，其中波纹表示入射角在0到60度之间时通带内透射率的偏差。
81.图4c显示了光学滤波器200的示例配置400的阻挡部分的阻挡性能和角度偏移性能。如图4c所示，光学滤波器200可以阻挡大于或等于od4(例如，透射小于或等于1.e-02％)的与440nm至475nm的光谱范围相关联的光，例如当光的入射角为0度(由曲线440所示)、入射角为20度(由曲线442所示)、入射角为40度(由曲线444所示)、以及入射角为60度(由曲线446所示)时。
82.图4d显示了光学滤波器200的示例配置400的层厚度的示例。如图4d所示，光学滤波器可以包括多组层410和多组层420。如图4d所示，多组层410和多组层420的组中的每一层的层厚度可以具有与另一层相同或不同的特定厚度。
83.如上面指示的，图4a-图4d作为示例被提供。其他示例可以与关于图4a-图4d所描述的示例不同。
84.图5显示了光学滤波器200的第三层225的示例消光系数(k)性能和光学滤波器200的示例透射率性能。如图5且通过曲线510所示，第三层225可以被配置为具有随着光波长增加而减小的消光系数。这样，第三层225可以被配置为具有与第一光谱范围(例如，从585nm到700nm)相关联的低消光系数和与第二光谱范围(例如，从440nm到475nm)相关联的高消光系数。例如，第三层225对于第二光谱范围(例如，对于第二光谱范围内的每个波长，或者对于第二光谱范围内的特定波长)的消光系数可以大于或等于第三层225对于第一光谱范围(例如，对于第一光谱范围内的每个波长，或者对于第一光谱范围内的特定波长)的消光系数的阈值倍数。阈值倍数可以是例如大于或等于3、4、5、6、或另一个数。
85.例如，如图5所示，第三层225的第一消光系数在475nm下(例如，在第二光谱范围内)可以大于或等于0.8，以及第三层225的第二消光系数在600nm下(例如，在第一光谱范围内)可以小于或等于0.2，且因此第一消光系数大于或等于第二消光系数的至少四(4)倍。作为另一个例子，如图5中进一步所示，对于第二光谱范围(例如，对于从440nm到475nm的每个波长)，第三层225可以具有大于或等于0.8的第一消光系数。对于第二光谱范围，第一消光系数可以例如大于或等于0.8并且小于或等于1.3。对于第一光谱范围(例如，对于从585nm到700nm的每个波长)的第二消光系数小于或等于0.2。例如，对于第一光谱范围，第二消光系数可以大于或等于0.02且小于或等于0.2。因此，第一消光系数大于或等于第二消光系数的至少四(4)倍。
86.通过这种方式，第三层225有助于透射与第一光谱范围相关联的光，并阻挡与第二光谱范围相关联的光。因此，如图5和曲线520所示，当光具有0度的入射角时，光学滤波器200可以透射大于或等于10％(峰值为67％)的与585nm至700nm的光谱范围相关联的光。此外，当光具有0度的入射角时，光学滤波器200可以阻挡大于或等于od 4(例如，透射小于或等于1.e-02％)的与440nm至475nm光谱范围相关联的光。
87.如上面所指示的，图5作为示例被提供。其他示例可以与关于图5所描述的示例不同。
88.图6显示了光学滤波器200在od4截止波长(例如，535nm)(“波长”)下的示例角度偏移性能。如点610所示，对于不同的入射角，与多部件干涉光学滤波器(例如，由点620表示)相比，光学滤波器200可以具有与透射和/或阻挡与该波长相关联的光相关联的更小的角度
偏移。如图6所示，与多部件干涉光学滤波器相比，光学滤波器200将入射角从10度到80度的波长的角度偏移减少了至少30％到50％。光学滤波器200因此可以被称为“低角度偏移”光学滤波器。以这种方式，光学滤波器200减少了由光学滤波器200透射的不想要的或不期望的光的量，这提高了接收通过光学滤波器200的光的光学传感器的感测精度。
89.如上面所指示的，图6作为示例被提供。其他示例可以与关于图6所描述的示例不同。
90.前述公开提供了说明和描述，但并不旨在穷举或将实施方式限制为所公开的精确形式。根据上述公开，可以进行修改和变化，或者可以从实施方式的实践中获得修改和变化。
91.如在本文使用的，术语“部件”被规定为广泛地被解释为硬件、固件、和/或硬件和软件的组合。将明显的是，可以以不同形式的硬件、固件或硬件和软件的组合来实现本文描述的系统和/或方法。用于实现这些系统和/或方法的实际专用控制硬件或软件代码并不限制实施方式。因此，在本文描述了系统和/或方法的操作和行为而没有参考特定的软件代码，应当理解的是，软件和硬件可以用于实现基于本文的描述的系统和/或方法。
92.如在本文所使用的，根据上下文，满足阈值可以指一个值大于阈值、大于或等于阈值、小于阈值、小于或等于阈值、等于阈值、不等于阈值或诸如此类。
93.即使特征的特定组合在权利要求中被陈述和/或在说明书中被公开，但这些组合并不旨在限制各种实施方式的公开。事实上，这些特征中的许多可以以权利要求中未具体陈述和/或说明书中未公开的方式组合。尽管所附的每个从属权利要求可以直接从属于仅仅一个权利要求，但是各种实施方式的公开内容包括每个从属权利要求与权利要求组中的每个其他权利要求相结合。如本文中所使用，提及一项目列表中的“至少一个”的短语是指那些项目的任何组合，包含单个成员。作为示例，“a、b或c中的至少一个”意欲涵盖a、b、c、a-b、a-c、b-c、和a-b-c以及与多个相同项目的任何组合。
94.本文使用的任何元素、动作、或指令都不应被解释为关键或必要的，除非这样明确描述。此外，如本文所用，冠词“一(a)”和“一(an)”旨在包括一个或更多个项目，并且可以与“一个或更多个”互换使用。此外，如本文所用，冠词“该(the)”旨在包括与冠词“该”相关联引用的一个或更多个项目，并且可以与“该一个或更多个”互换使用。此外，如在本文所使用的，术语“组(set)”意欲包括一个或更多个项目(例如相关项目、不相关项目、相关项目和不相关项目的组合)，并且可以与“一个或更多个”可互换地使用。在仅旨在说明一个项目的情况下，使用短语“只有一个”或类似的语言。此外，如本文所用，术语“具有(has)”、“具有(have)”、“具有(having)”等旨在是开放式术语。此外，短语“基于”旨在表示“至少部分地基于”，除非另有明确说明。此外，如本文所使用的，术语“或”在串联使用时旨在是包含性的，并且可以与“和/或”互换使用，除非另有明确说明(例如，与“任一”或“仅其中之一”结合使用的情况)。此外，为了便于描述，本文可能使用空间上相对的术语，例如“下面(below)”、“下(lower)”、“底部(bottom)”、“上面(above)”、“上(upper)”、“顶部(top)”等，来描述一个元件或特征与图中所示的另一个元件或特征的关系。除了图中所示的定向之外，空间相对术语旨在涵盖使用或操作中的装置、设备、和/或元件的不同定向。该装置可以以其他方式定向(旋转90度或其他定向),并且本文使用的空间相对描述符同样可以被相应地解释。
95.如本文所用，术语“x材料”，其中x为化学组成，例如ta2o5、sio2或si:h，表示x材料
中包含至少阈值百分比的x。阈值百分比可以是例如，大于或等于1％、5％、10％、25％、50％、75％、85％、90％、95％、和/或99％。此外，当材料用特定的化学名称或化学式表示时，该材料可以包括由该化学名称标识的化学计量精确化学式的非化学计量变体。例如，本文描述的氮化铝(aln)材料可以包括alnx，其中x在从0.8到1.2的范围内。