光滤波器、光器件及制造光滤波器的方法技术

本发明专利技术提供了一种光滤波器。该光滤波器包括：第一滤波器区域与第二滤波器区域。第一滤波器区域包括：具有第一折射率的第一层，以及在第一层中的多个第一金属纳米结构。第二滤波器区域包括：具有第二折射率的第二层，以及在第二层中的多个第二金属纳米结构，其中，第一折射率与第二折射率彼此不同。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光滤波器、光器件及制造光滤波器的方法
本文公开的专利技术涉及一种光滤波器，更具体地，涉及一种使用多个金属纳米结构来构造单元滤波器的光滤波器、一种光器件及一种制造上述光滤波器的方法。
技术介绍
光滤波器是将不同波长的光滤波至任意波长段的组件。作为光滤波器，线性可变滤波器(Linearvariablefilter，LVF)是公知的。LVF是一种具有法布里-珀罗谐振器结构的光滤波器，并且，LVF具有在长度方向上腔的厚度是线性可变的结构。在LVF中，下反射镜层及上反射镜层被设置为使介电腔插入在它们二者之间。由于具有在长度方向上厚度发生变化的线性结构，LVF在工艺重复性方面受到限制。并且，由于采用典型LVF的光谱仪的分辨率由LVF的高长比决定，因而造成了光谱仪元件小型化方面的困难。特别地，由于线性结构以及与二维成像传感器技术之间的工艺兼容性差，因此使得在生产率上处于劣势。由于LVF的每位置透射谱是由连续谱的重叠而形成，并且，LVF与光电检测器之间的集成并不是整体性的，LVF被设置为与光电检测器阵列间隔开，并且，由于其中的杂散光效应，光滤波器的性能下降。有研究者为解决上述难点做出了尝试。例如，美国专利申请公开No.2014/0061486披露了一种采用量子点的分光仪，并且美国专利申请公开No.2015/0350540披露了一种图像传感器，其中滤色器通过使用纳米颗粒来实现。然而，由于存在如下的多种限制：工艺复杂、需要实现多种纳米结构及将滤波器用作分光仪，因此仍然需要制造出新的光滤波器。
技术实现思路
技术问题本专利技术提供了一种用于制造具有多个不同波长段的光滤波器的方法，其中，使用具有不同折射率的材料来改变金属纳米结构的谐振波长，并且使用所述金属纳米结构来实现附加滤波器。因此，能够减少金属纳米结构的必要种类，并且能够简单、经济地制造具有不同波长段的光滤波器。本专利技术还提供一种具有高分辨力的光滤波器的制造。为此目的，由金属纳米结构的等离子体激元共振产生的透射谱或截止谱的中心波长应该被精细地调整，然而，仅通过调整金属纳米结构的金属种类，形状，或者尺寸等来精细调整中心波长并不容易。另一方面，利用介质的折射率的改变，能够进行精细调整，并且可以设计具有高分辨力的各种滤波器。技术方案本专利技术的一个实施例提供了一种光滤波器，该光滤波器包括：第一滤波器区域及第二滤波器区域，第一滤波器区域包括具有第一折射率的第一层以及在第一层中的多个第一金属纳米结构，第二滤波器区域包括具有第二折射率的第二层以及在第二层中的多个第二金属纳米结构，其中，第一滤波器区域与第二滤波器区域的透射光谱或者截止光谱的中心波长不同。为了达到上述目标，i)光滤波器具有彼此不同的第一折射率及第二折射率，并且第一金属纳米结构及第二金属纳米结构由相同种类的材料构造。ii)光滤波器具有相同的第一折射率及第二折射率，并且第一金属纳米结构及第二金属纳米结构由不同种类的材料构造。iii)光滤波器具有彼此不同的第一折射率及第二折射率，并且第一金属纳米结构及第二金属纳米结构分别由不同种类的材料构造。在一个实施例中，为了使得第一折射率及第二折射率彼此不同，添加至相同材料的构造材料可以不同，或者添加至相同材料的构造材料的浓度可以改变。在一个实施例中，第一滤波器区域和/或第二滤波器区域可以具有嵌入至介电材料中的多个金属纳米结构。在一个实施例中，第一金属纳米结构与第二金属纳米结构可以为相同的材料或者具有相同的形状。在一个实施例中，第一金属纳米结构与第二金属纳米结构可以为不同的材料或者具有不同的形状。本专利技术的一个实施例提供了一种光滤波器，该光滤波器包括：在平面上的棋盘式二维滤波器区域，使得当一个方向被定义为横轴，与横轴实质上垂直的方向被定义为纵轴时，不同的纳米结构沿着横轴设置，并且具有不同折射率的介质沿着纵轴分布。本专利技术的一个实施例提供了一种光器件。该光器件包括分别对应于第一滤波器区域及第二滤波器区域的光电检测器。该光器件可以是分光仪、CMOS图像传感器及超光谱图像传感器中的任意一个。本专利技术的一个实施例提供了一种光滤波器模块，该光滤波器模块包括透射衬底及上述光滤波器。本专利技术的一个实施例提供了一种制造平坦光滤波器的方法，该方法包括步骤：提供结构；在该结构的上部上形成第一滤波器区域，第一滤波器区域包括具有第一折射率的第一层以及在第一层中的多个第一金属纳米结构；以及在该结构的上部上形成第二滤波器区域，第二滤波器区域包括具有第二折射率的第二层以及在第二层中的多个第二金属纳米结构，其中，第一折射率与第二折射率彼此不同。在一个实施例中，在形成第一滤波器区域的步骤中，可以将多个第一金属纳米结构混合在具有第一折射率的溶液中以呈选择性分布，并且在形成第二滤波器区域的步骤中，可以将多个第二金属纳米结构混合在具有第二折射率的溶液中以呈选择性分布。在一个实施例中，在形成第一滤波器区域的步骤中，可以将多个第一金属纳米结构混合在具有第一折射率的溶液中以呈选择性分布并形成层，可以通过采用光刻工艺而使该层保留在第一滤波器区域中，并且在形成第二滤波器区域的步骤中，可以将多个第二金属纳米结构混合在具有第二折射率的溶液中以呈选择性分布并形成层，可以通过采用光刻工艺而使该层保留在第二滤波器区域中。本专利技术的一个实施例提供了一种光器件，该光器件包括：构造为将入射光过滤为至少红光(R)、绿光(G)、蓝光(B)的滤色器层；构造为测量对象的光谱的光谱滤波器阵列；以及多个光电检测区域，其构造为检测透射过滤色器层及光谱滤波器阵列的光信号。在一个实施例中，光谱滤波器阵列包括：衍射光栅式滤波器、棱镜式滤波器、法布里-珀罗谐振滤波器、包括金属纳米结构阵列或者金属纳米孔阵列的等离子体滤波器、硅纳米线基滤波器、吸收式滤波器、谐振波导谐振式滤波器或者采用集成光学器件的光干涉光谱滤波器。在一个实施例中，光谱滤波器阵列可以是根据本专利技术的一个实施例的光滤波器。在一个实施例中，光电检测区域中的每个光电检测像素可以具有光信号入射至其上的相同面积。在一个实施例中，光器件还可以包括在滤色器及光谱滤波器阵列的上部上的微透镜。在一个实施例中，可以按照恒定周期在滤色器层中构造光谱滤波器阵列的单元光谱滤波器。在一个实施例中，可以由CMOS图像传感器的光电检测像素构造光电检测区域。在一个实施例中，光电检测区域的与滤色器相对应的光电检测像素的尺寸可以不同于与光谱滤波器相对应的光电检测像素的尺寸。有益效果根据上述专利技术，通过采用所制造的光滤波器来制造分光仪时，没有使用诸如作为典型分光仪中的必要元件的光栅之类的光学组件，因而，通过简化光路使得能够实现小型化，与采用光栅的情况相比，能够减轻重量，并且能够制造出对外部环境更加不敏感的产品。此外，通过容易地改变金属纳米结构的种类以及介质的折射率，能够通过采用更少种类的金属纳米结构来简单、经济地制造具有不同波长段的光滤波器。典型地，可以采用n种金属纳米结构来制造n种光滤波器。但根据本方案，能够由n种金属纳米结构和具有不同折射率的m种介质来制造n×m种光滤波器。附图说明图1及图2分别是根据本专利技术的一个实施例的光滤波器的平面图及截面图；图3是根据本专利技术的另一个实施例的光滤波器的截面图；图4是用于解释根据本专利技术的一个实施例的光滤波器的操作的概念图；图5是示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光滤波器，包括：第一滤波器区域，其包括具有第一折射率的第一层以及在所述第一层中多个第一金属纳米结构；以及第二滤波器区域，其包括具有第二折射率的第二层以及在所述第二层中多个第二金属纳米结构，其中，所述第一折射率与所述第二折射率不同。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.02 KR 10-2016-0098456;2017.04.26 KR 10-2011.一种光滤波器，包括：第一滤波器区域，其包括具有第一折射率的第一层以及在所述第一层中多个第一金属纳米结构；以及第二滤波器区域，其包括具有第二折射率的第二层以及在所述第二层中多个第二金属纳米结构，其中，所述第一折射率与所述第二折射率不同。2.根据权利要求1所述的光滤波器，其中，添加至相同材料的构造材料不同，或者添加至所述相同材料的构造材料的浓度改变，以使得所述第一折射率与所述第二折射率彼此不同。3.根据权利要求1所述的光滤波器，其中，所述第一滤波器区域和/或所述第二滤波器区域具有嵌入至介电材料中的多个金属纳米结构。4.根据权利要求1所述的光滤波器，其中，所述第一金属纳米结构与所述第二金属纳米结构为相同的材料或者具有相同的形状。5.根据权利要求1所述的光滤波器，其中，所述第一金属纳米结构与所述第二金属纳米结构为不同的材料或者具有不同的形状。6.根据权利要求1所述的光滤波器，其中，所述第一金属纳米结构为纳米球、纳米棒、纳米板、纳米小片、纳米颗粒、纳米三角架或者纳米四角架，并且所述第二金属纳米结构为纳米球、纳米棒、纳米板、纳米小片、纳米颗粒、纳米三角架或者纳米四角架。7.一种光滤波器，包括：第一滤波器区域，其包括具有第一折射率的第一层以及在所述第一层中多个第一金属纳米结构；以及第二滤波器区域，其包括具有第二折射率的第二层以及在所述第二层中多个第二金属纳米结构，其中，所述第一折射率与所述第二折射率相同，并且所述第一金属纳米结构与所述第二金属纳米结构彼此不同。8.一种光器件，包括：根据权利要求1至7中任意一项所述的光滤波器；以及光电检测区域，所述光电检测区域分别对应于所述第一滤波器区域及所述第二滤波器区域。9.根据权利要求8所述的光器件，其中，所述光器件为分光仪、CMOS图像传感器以及超光谱图像传感器中的任意一个。10.一种光器件，包括：透射衬底；以及根据权利要求1至7中任意一项所述的光滤波器，所述光滤波器设置在所述透射衬底的上部上，其中，所述透射基板和所述光滤波器分开组装。11.一种制造平面光滤波器的方法，该方法包括步骤：提供结构；在所述结构的上部上形成第一滤波器区域，所述第一滤波器区域包括具有第一折射率的第一层以及在所述第一层中的多个第一金属纳米结构；以及在所述结构的上部上形成第二滤波器区域，所述第二滤波器区域包括具有第二折射率的第二层以及在所述第二层中的多个第二金属纳米结构，其中，所述第一折射率与所述第二折射率彼此不同。12.根据权利要求11所述的方法，其中，在形成所述第一滤波器...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄圭元，李敬锡，金元穆，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR