光学滤波器和使用其的光学装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种光学滤波器及使用其的光学装置，该光学滤波器包括：覆层；多个金属图案，其被规则地图案化在所述覆层上；以及光波导层，其形成在所述多个金属图案上方，其中，光从所述光波导层行进至所述覆层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光学滤波器和使用其的光学装置
本专利技术涉及一种光学滤波器，并且更具体地说，涉及一种具有形成在多个金属图案上的光波导层的光学滤波器和光学装置。
技术介绍
光学滤波器是将具有各种波长的光过滤成任意波长带所必需的配置。由于以阵列形式集成了仅透射特定波长带或透射不同波长带的光的光学滤波器，因此光学滤波器用于配置微型光谱仪。作为带通滤波器，使用放置在两个反射膜之间的介质谐振器的光干涉效应的Fabry-Perot滤波器是典型的。此外，使用透射滤波器，该透射滤波器使用周期性地布置在金属薄膜结构上的纳米孔阵列结构中出现的非常光透射(extraordinaryopticaltransmission，EOT)现象。利用光干涉效应的Fabry-Perot滤波器的优点在于：控制透射中心波长和透射带宽相对容易，但是缺点在于：多个透射带的形成限制自由光谱范围并且入射角依赖性高。与Fabry-Perot滤波器不同，金属纳米孔阵列结构的优点在于：中心透射波长仅通过控制水平晶格结构而变化，但缺点在于：它具有宽的带宽并且由于表面等离子体波和晶格模式之间的耦合而产生各种透射模式，使得带外抑制特性差。线性可变滤波器(linearvariablefilter，LVF)被称为用于构成光谱仪的光学滤波器阵列。LVF是具有Fabry-Perot谐振器结构的光学滤波器，并且具有电介质谐振层的厚度沿长度方向线性变化的结构。在LVF中，设置下镜层和上镜层，其间插入有介质谐振层。由于厚度在长度方向上变化的线性结构，这种LVF在工艺再现性方面具有局限性。此外，由于传统的LVF光谱仪的分辨率是由LVF的高度-长度比决定的，因此很难缩小光谱仪的大小。特别地，由于线性结构，与二维成像传感器技术的工艺兼容性不足，因此在生产力方面是不利的。由于每个LVF位置的透射光谱由连续的光谱重叠组成，并且LVF与光学检测器之间的集成不是单片的，所以滤波器与光学检测器阵列之间存在距离，并且据此存在缺陷：滤波器的性能由于杂散光效应而恶化。可以通过将金属纳米孔阵列的晶格周期配置为连续可变来制造用于光谱仪的透射带滤波器阵列。在这种情况下，有利的是，由于只控制水平结构，因此简化了制造工艺。然而，当光谱仪工作时，多模式的存在可能导致信号处理过程中的失真。此外，由于半宽大，并且入射角的依赖性高，因此在满足对光学滤波器的各种需求方面存在许多限制。
技术实现思路
技术问题本专利技术是提供一种具有半宽的带通滤波器和一种具有优异的带外抑制特性的光学滤波器。本专利技术还提供了一种具有简单制造工艺和优异可靠性的光学滤波器。技术方案本专利技术的实施例提供了一种光学滤波器，该光学滤波器包括：覆层；多个金属图案，其被构造为在覆层上形成周期性点阵结构；以及所述多个金属图案上的光波导层，其中，光从光波导层行进至覆层。在实施例中，所述多个金属图案可被图案化以形成二维狭缝网格结构。在实施例中，狭缝宽度与所述多个金属图案的周期的比率为1/30至1/3。本专利技术的实施例提供了一种光学滤波器，该光学滤波器包括：衬底；衬底上的覆层；在覆层上周期性地图案化的多个金属图案；以及所述多个金属图案上的第一光波导层，其中，光从衬底行进至第一光波导层。本专利技术的实施例提供了一种光学装置，该光学装置包括：平板光学滤波器；以及对应于光学滤波器的光学检测器。光学装置是非色散红外传感器、光谱仪、CMOS图像传感器或高光谱图像传感器之一。有益效果根据上述本专利技术，可以提供具有小半宽和优异的带外抑制特性的光学滤波器，同时仅通过水平结构控制容易地控制透射带(transmissionband)的中心波长。此外，在上部提供波导层的过程对于实现相对简单的过程是有效的，可以最小化与光学检测器的分离，金属点阵图案蚀刻工艺中光波导结构损失的可能性最小，而且可以在工艺过程中实时监控和优化厚度，并且还可以向金属点阵添加保护层功能。因此，在一体化处理中具有有益效果。附图说明图1是示出根据本专利技术的实施例的光学滤波器的剖面的示图；图2是光学滤波器的透视图；图3是示出金属图案的平面结构的示例的示图；图4是根据本专利技术的另一实施例的光学滤波器的剖视图；图5是根据本专利技术的另一实施例的光学滤波器的剖视图；图6至图15是根据本专利技术的其它实施例的光学滤波器的剖视图。具体实施方式下文中，参照附图更详细地描述本专利技术的实施例。然而，本专利技术的以下说明实施例可修改为各种其它形式，并且本专利技术的范围不限于下面描述的实施例。提供本专利技术的实施例以向本领域普通技术人员更完全地描述本专利技术。图1是示出根据本专利技术的实施例的光学滤波器的剖面的示图。图2是光学滤波器的透视图。图3是示出金属图案的平面结构的示例的示图。光学滤波器100包括覆层110、被图案化为具有周期性点阵结构的多个金属图案120和形成在所述多个金属图案120上的光波导层130。本专利技术的特征之一是光波导层130形成在所述多个金属图案120上。此时，如果金属图案的点阵周期被构造为小于将被光学滤波器滤波的中心波长，则其作为零级衍射光栅操作。通过形成邻近金属图案和非常窄的网状狭缝结构，带外抑制效应优异，并且透射中心波长主要取决于点阵周期。根据这种结构，当具有多个波长的光通过光波导层130进入并遇到由所述多个金属图案120组成的衍射光栅时，具有零阶特性的谐振波长光通过狭缝透射，另一方面，以倏逝场形式衍射的±1阶光与后向波导的波导模式耦合。在波导模式中耦合的光再次经历遇到金属图案点阵结构并被转换为用于穿透狭缝的传播模式的处理，从而以高透射率滤除特定谐振波长的光。除了点阵周期外，透射带的光谱还极大地受到光波导层的诸如狭缝宽度、折射率和厚度等光学结构因素的影响。光波导层的折射率应高于覆层的折射率，且其厚度可在λ0/4nwg＜twg＜λ0/nwg的范围内从而满足单波导模式条件。这里，λ0表示透射中心波长。如果光波导层的厚度太小，则不能形成波导模式，并且当超出范围时，出现多波模式，从而增加透射带的半宽，形成多透射带。因此，带外抑制特性变差。确定金属图案的点阵周期P，以具有以下关系：P＜λ0＜nwgP，透射中心波长为λ0。构成金属图案的金属材料可选自Au、Ag、Al、Cu、Pt、Pd、Ni、Co、Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Ta、Nb、Hf、Pb、Sb、Bi及其合金构成的组中的至少一个。金属图案的厚度可形成为从5nm至500nm。当厚度减为5nm或更小时，电子的表面散射效应增加了由于金属本身引起的光损失，并且如果厚度太大，则在狭缝结构的竖直方向上发生谐振效应。因此，其缺点在于可能对单个透射带的形成产生不利的影响，并且难以实现过程。如果用于光波导层130的材料在工作波长范围内是光学透明的，并且具有比覆层更高的折射率，则可以不受限制地使用有机材料、无机材料及其混合物、化合物等。例如，所述材料可包括氧化物(诸如SiO2、Al2O3、TiO2、MgO、ZnO、ZrO2、In2O3、SnO2、CdO、Ga2O3、Y2O3、WO3、V2O3、BaTiO3和PbTiO3)、氮化物(诸如Si3N4和Al3N4)、磷化物(诸如InP和GaP)、硫化物(诸如ZnS和As2S3)、氟化物(诸如MgF2、CaF2、NaF、BaF2、PbF2、LiF和LaF)、碳化物(诸如SiC)、硒化物(诸如ZnSe本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学滤波器，包括：覆层；多个金属图案，其被构造为在所述覆层上形成周期性点阵结构；以及光波导层，其在所述多个金属图案上，其中，光从所述光波导层行进至所述覆层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.30 KR 10-2016-01107891.一种光学滤波器，包括：覆层；多个金属图案，其被构造为在所述覆层上形成周期性点阵结构；以及光波导层，其在所述多个金属图案上，其中，光从所述光波导层行进至所述覆层。2.根据权利要求2所述的光学滤波器，其中，所述多个金属图案被图案化以形成二维狭缝网格结构。3.根据权利要求1所述的光学滤波器，其中，狭缝宽度与所述多个金属图案的周期的比率为1/30至1/3。4.根据权利要求1所述的光学滤波器，其中，所述多个金属图案包括具有不同周期的至少两个区，并且每个区是用于过滤不同波长的滤波器区。5.根据权利要求1所述的光学滤波器，其中，在所述光波导层上进一步设置防反射层。6.根据权利要求1所述的光学滤波器，其中，所述覆层是衬底。7.根据权利要求6所述的光学滤波器，其中，在所述覆层下方添加单独的衬底。8.根据权利要求1所述的光学滤波器，其中，在所述覆层与所述多个图案之间进一步设置单独的光波导层。9.根据权利要求1所述的光学滤波器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李敬锡，黄圭元，金寅昊，金元穆，李旭圣，郑斗硕，
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