一种高宽带IR滤光片及其制备方法与流程

本发明涉及光学镀膜，具体涉及一种高宽带ir滤光片及其制备方法。

背景技术：

1、滤光片是一种用来选取所需透射/反射波段的光学器件，按照滤光片的工作原理可分为三类：吸收滤光片、干涉滤光片、双折射滤光片，而最基本的滤光片是薄膜干涉滤光片，即于某种基板上利用各种真空镀膜法交替沉积具有一定厚度的高折射率或者低折射率材料形成金属膜-介质-金属膜或者全介质膜。目前，市场上充斥着形形色色的宽带、窄带、b+ir、y+ir、r+ir等一系列适用于各种波段的滤光片，由于红外光会影响成像效果，导致色彩失真，所以大部分滤光片都采用红外截止技术。2018年，由美国达特茅斯学院开发的眼动追踪器用近红外光(nir)和光电二极管取代了摄像头，从而实现提高能效和减小体积。穿戴眼动追踪器能够追踪瞳孔的2d位置和直径，镜框上的小型光电二极管感应眼球反射的光线，然后利用反射光根据瞳孔的光线吸收来推断其位置。这种用于vr眼镜的近红外光眼球追踪技术，是近年来智能眼镜的一次巨大的进步，基于此技术，设计出一款可实现可见光、红外光同时工作的滤光片是十分必要的。

技术实现思路

1、为了克服上述技术问题，本发明公开了一种高宽带ir滤光片及其制备方法。

2、本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

3、一种高宽带ir滤光片，所述滤光片包括沉积于基底层上的薄膜周期结构，所述薄膜周期结构包括相互交替的ta2o5层与sio2层；

4、所述薄膜周期结构的膜系结构为g(albhal)^p；

5、其中，g为所述薄膜周期结构的初始系数，l为所述sio2层，al表示所述sio2层的膜层厚度为a个基本厚度，h为所述ta2o5层，bh表示所述ta2o5层的膜层厚度为b个基本厚度，p为周期数。

6、上述的高宽带ir滤光片，其中相互交替的所述ta2o5层与所述sio2层的物理厚度之和大于6155.89nm，所述ta2o5层的单层厚度为15～135.16nm，所述sio2层的单层厚度为20～234.58nm。

7、上述的高宽带ir滤光片，其中所述薄膜周期结构包括66层以上的层结构；

8、任选地，所述ta2o5层至少包括33层，所述sio2层至少包括33层。

9、上述的高宽带ir滤光片，其中所述薄膜周期结构的膜系结构为1.55(0.5lh0.5l)^33。

10、上述的高宽带ir滤光片，其中所述ta2o5层的折射率为2.10/500nm；

11、任选地，所述ta2o5层包括直径为1～4mm的ta2o5颗粒，且由1900～2200℃的蒸发温度共蒸发制备而成。

12、上述的高宽带ir滤光片，其中所述sio2层的折射率为1.46/500nm；

13、任选地，所述sio2层包括环状sio2固体，且由1800～2200℃的蒸发温度共蒸发制备而成。

14、上述的高宽带ir滤光片，其中所述基底层采用常规肖特白玻璃。

15、一种高宽带ir滤光片的制备方法，所述制备方法用于制备上述的高宽带ir滤光片；

16、所述制备方法包括以下步骤：

17、步骤1，取一已超声洗净的玻璃基底作为基底层；

18、步骤2，将所述基底层置于镀膜治具中，并转入洁净的真空室内，抽真空至2.0e-3pa以下；

19、步骤3，利用射频离子源轰击所述基底层的一侧表面；

20、步骤4，采用离子辅助真空镀膜工艺，于所述基底层上沉积形成薄膜周期结构，冷却后获得高宽带ir滤光片，其中，所述薄膜周期结构包括相互交替的ta2o5层与sio2层。

21、上述的高宽带ir滤光片的制备方法，其中在所述步骤4中，所述sio2层的镀膜条件为：电压为650v，电流为750ma，加速电压为800v，离子源流入氧气流量为60sccm，离子源流入氩气流量为0sccm，中和器流入氩气流量为10sccm；

22、所述ta2o5层的镀膜条件为：电压1200v，电流为1300ma，加速电压为800v，离子源流入氧气流量为80sccm，离子源流入氩气流量为8sccm，中和器流入氩气流量为10sccm。

23、上述的高宽带ir滤光片的制备方法，其中在所述步骤4中，采用晶控方式，全程监控所述薄膜周期结构的镀膜厚度；

24、任选地，所述ta2o5层的镀膜速率为2.5～4a/s，所述sio2层的镀膜速率为8～12a/s。

25、本发明的有益效果包括以下几点：

26、(1)所述ir滤光片利用光波干涉原理，通过膜系设计，采用高低折射率材料相互交替形成所述薄膜周期结构，使所述薄膜周期结构等效折射率接近于所述基底层折射率，进而使光线于空气-薄膜周期结构、薄膜周期结构-基底层两个界面反射，取代光线仅被玻璃-空气界面反射的传统薄膜，于工作波段具有良好的透光率，满足高宽带、多角度入射下可见光与红外光同时工作的需求，实现优化分光反射率不稳定的问题，且所述薄膜周期结构的结构稳定性良好，兼具良好的抗激光损伤特性，适用于vr眼镜针对可见光和红外光的滤光需求；

27、(2)选用ta2o5、sio2材料作为高低折射率材料，使制得的所述ir滤光片具有良好的稳定性、致密性、抗激光损伤等特性；

28、(3)实现可见光和红外光双透过，其余波段杂散光截止，大大提升了滤光片的性能，具体为实现可见光0°入射425nm～980nm波段高透tave>96％，30°入射角415nm～930nm波段高透tave>96％，45°入射角405～875nm波段高透tave>95％，其余波段深度截止；

29、(4)所述ir滤光片的制备方法采用离子辅助真空镀膜工艺，工序流程简单，镀膜监控精度高，产品光谱易实现，实际光谱与设计光谱差异很小，满足可见光与红外光同时工作，大角度也具有相同特性。

技术特征：

1.一种高宽带ir滤光片，其特征在于，所述滤光片包括沉积于基底层上的薄膜周期结构，所述薄膜周期结构包括相互交替的ta2o5层与sio2层；

2.根据权利要求1所述的高宽带ir滤光片，其特征在于，相互交替的所述ta2o5层与所述sio2层的物理厚度之和大于6155.89nm，所述ta2o5层的单层厚度为15～135.16nm，所述sio2层的单层厚度为20～234.58nm。

3.根据权利要求1所述的高宽带ir滤光片，其特征在于，所述薄膜周期结构包括66层以上的层结构；

4.根据权利要求3所述的高宽带ir滤光片，其特征在于，所述薄膜周期结构的膜系结构为1.55(0.5lh0.5l)^33。

5.根据权利要求1所述的高宽带ir滤光片，其特征在于，所述ta2o5层的折射率为2.10/500nm；

6.根据权利要求1所述的高宽带ir滤光片，其特征在于，所述sio2层的折射率为1.46/500nm；

7.根据权利要求1所述的高宽带ir滤光片，其特征在于，所述基底层采用常规肖特白玻璃。

8.一种高宽带ir滤光片的制备方法，其特征在于，所述制备方法用于制备权利要求1～7任一所述的高宽带ir滤光片；

9.根据权利要求8所述的高宽带ir滤光片的制备方法，其特征在于，在所述步骤4中，所述sio2层的镀膜条件为：电压为650v，电流为750ma，加速电压为800v，离子源流入氧气流量为60sccm，离子源流入氩气流量为0sccm，中和器流入氩气流量为10sccm；

10.根据权利要求8所述的高宽带ir滤光片的制备方法，其特征在于，在所述步骤4中，采用晶控方式，全程监控所述薄膜周期结构的镀膜厚度；

技术总结
本发明公开一种高宽带IR滤光片，其包括沉积于基底层上的薄膜周期结构，薄膜周期结构包括相互交替的Ta<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;层与SiO<subgt;2</subgt;层；薄膜周期结构的膜系结构为G(aLbHaL)^P；其中，G为薄膜周期结构的初始系数，L为SiO<subgt;2</subgt;层，aL表示SiO<subgt;2</subgt;层的膜层厚度为a个基本厚度，H为Ta<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;层，bH表示Ta<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;层的膜层厚度为b个基本厚度，P为周期数；还公开一种高宽带IR滤光片的制备方法。本发明利用光波干涉原理，通过膜系设计，采用高低折射率材料相互交替形成薄膜周期结构，使薄膜周期结构等效折射率接近于基底层折射率，进而使光线于空气‑薄膜周期结构、薄膜周期结构‑基底层两个界面反射，于工作波段具有良好的透光率。

技术研发人员：李玉明,严东
受保护的技术使用者：贵州铜仁旭晶光电科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16