一种双色滤光片制造技术

本专利公开了一种双色滤光片，该滤光片是在基片的两侧都分别设计一个带有增透带的单带通膜系，基片某一侧单带通膜系中的增透带正好覆盖了另一侧的单带通的通带波段范围，它们在基片的两侧共同组成了双色滤光片。构成这种带有增透带的单带通膜系的基础膜系是法布里-珀珞带通膜系，运用TFCalc或FilmWizard光学薄膜设计软件，通过设定具体的优化目标和合适的优化层对其进行优化，最终得到沉积于基片两侧的带有增透带的单带通膜系，它们结合到一起便组成了双色滤光片。本专利的双色滤光片两个通带的相对位置可以连续调整，并且膜系的结构简单，当双色滤光片的4个通带边缘陡度都在2％以内时，所需的总膜层数仅为38层，工艺的可实施性好。

【技术实现步骤摘要】
—种双色滤光片
[0001 ] 本专利涉及光学薄膜技术，具体涉及一种双色滤光片。
技术介绍
带通滤光片在遥感探测，光谱学及光电子领域有着非常广泛的应用。在空间遥感探测领域，探测目标通常会辐射多个特征波段，为了实现对多个特征波段的同时探测，遥感设备内的光学系统通常会采用一个或多个分色器件来分离特征波段信号，分色器件不仅降低了各个波段信号的能量，而且增加了系统的复杂程度。 为了适应空间遥感仪器集成化，轻量化的发展趋势，多波段探测技术成为现代遥感技术的一条重要技术路径。多波段探测技术可以使多个光学信号波段在同一条光路实现探测接收，在简化了探测系统结构的同时，又提高了目标探测、识别的灵敏度和分辨率。为了实现双波段探测，系统中除了常规的光、电子器件外，还需包含双色探测器、双色滤光片等新型元器件。双色滤光片可以在相同的通光路径(或通光面积)上同时通过两个设定的工作光谱波段，并且有效拦截工作光谱波段以外光线。本专利提出了一种双色滤光片的设计方法。 对于带宽和中心波长任意的双色滤光片，首先想到的设计方案是“负滤光片膜系加宽带增透膜系”的设计方案，其方案示意图如图2所示。虽然该方法理论上可以实现带宽和中心波长任意的双带通滤光片的设计，但是负滤光片的设计涉及到理想膜层的等效以及入射和出射煤质的导纳匹配过程(参见文献[I])，膜系结构复杂，通常需要设计上百层的膜层，且所需的膜层材料多于两种，加大了镀制工艺难度，所以采用这种方案进行实际的滤光片研制难度相当大。 多个复杂法布里-珀珞膜系的叠加也可以产生双色或者多色滤光膜，其基本结构可以用[M0C1M1-C具⑴]k来表示(参见文献[2])，其中M表示镜面反射层，如果用H，L来表示1/4参考波长的高低折射率介质材料，M的结构可以是HL、HLHL, HLHLHL, LH、LHLH、LHLHLH、LHL、LHLHL, LHLHLHL、HLH、HLHLH、HLHLHLH 等，C 是间隔层，厚度通常是 1/4 参考波长的偶数倍，T代表匹配层，i和k都是不小于2的整数。这种基本结构的k次重复可以产生多带通的滤光片，多个通带之间的截至深度随着k的增加而变深。不同的基本结构的排列组合对应的各个通带的带宽及相对位置也不同，但是各个通带之间的相对位置并不是任意的，虽然这种排列组合的方式数目庞大，但不同通带间的相对距离却始终是一些离散的值，不能做连续调整。 [I]唐晋发、顾培夫、刘旭，等《现代光学薄膜技术》 [2]上川尚《多带通滤波器》CN1719283A
技术实现思路
本专利提出了一种双色滤光片，它是可以得到两个通道波段之间相对位置连续可调的双色滤光片。 本专利提出的一种双色滤光片是由分布在基片两测的带有增透带的单带通膜系组合而成，基片两侧的单带通膜系为法布里-珀珞带通膜系；基片一侧的单带通膜系的光谱附带一个能够覆盖另一侧单带通通带范围的增透带，基片两侧的带有增透带的单带通膜系组合在一起构成双色滤光片。 其设计方案示意图如图3所示。这种单带通膜系是基于多腔串置的法布里-珀珞带通膜系，其基本结构为[反射层I间隔层I反射层]k。主要有以下两种形式(其中H代表高折射率材料，L代表低折射率材料，k是大于I的整数，代表谐振腔数目，m是不小于2的偶数): […HLHI mL I HLH…]k (I) 或[…[LHLI mH | LHL-Jk (2) 本专利提出的一种双色滤光片的具体实施步骤如下所述: I)根据双色滤光片中2个通带的指标要求，设置2个多腔串置的法布里-珀珞带通膜系作为分布在基片两侧的初始膜系结构。 具体表述为:根据双色滤光片中每个通带的带宽要求，来设置相应的间隔层材料、间隔层厚度以及反射层的结构；根据通带边缘陡度要求，设置法布里-珀珞膜系的谐振腔数目；根据双色滤光片中每个通道的位置，设置相应的中心波长。 2)借助TFCalc或Fi ImWizard光学薄膜设计软件对基片两侧的初始膜系进行辅助优化设计，使基片每一侧的法布里-珀珞单带通初始膜系的光谱增加一个能够覆盖另一侧单带通通带范围的增透带，并且在优化过后，原先的单带通的通带透过率得到提高，通带波纹被压缩。 具体表述为:首先为基片每一侧的膜系添加优化目标，每一侧膜系的优化目标包括4部分:(I)两个通带范围之外的截止目标；(2)单通带的通带高透过目标；(3)两个通带之间的截止目标；(4)增透带高透过目标。基片每一侧膜系的优化目标(I)、(2)按照具体指标的要求来制定；优化目标(3)只需能够覆盖两个通带之间的截止区范围的一半即可；优化目标(4)的范围只需能够刚好覆盖另一侧单通带的通带范围即可。 然后选取合适的优化层。根据需要，膜系的每一层都可以作为优化层来进行优化，为了改善膜层与入、出射介质导纳的匹配，甚至可以增加膜层来进行优化。选取的优化层越多，通带波纹越平坦。为了保持较好的光谱矩形度，通带带波纹振幅在满足要求的情况下，可尽量少的设置优化层。 调整优化目标和优化方法会得到不同的优化结果，经过多次的优化尝试，得到理想的优化效果，最终在基片的每一侧得到一个带有增透带的单带通膜系，这种单带通膜系中的增透带正好覆盖了另一侧的单带通的通带波段范围。 3)将基片两侧的带有增透带的单带通膜系组合到一起，最终得到符合要求的双色滤光片。 由于两个单带通膜系分布在基片的两侧，它们彼此相互独立，和普通的单带通滤光片一样，其中心波长位置可以简单地单独确定，因此本专利的提出的双色滤光片的两个通带的相对位置可以连续调整，并且采用这种方法设计的双带通滤光片的膜系结构基于经典的法布里-珀珞带通膜系，结构简单，当双色滤光片的4个通带边缘陡度都在2%以内时，所需的总膜层数仅为38层，工艺的可实施性好。 【附图说明】 图1为基片两面分别镀制带有增透带的法布里-珀珞单带通膜系。 图2负滤光片膜系加宽带增透膜系的设计方案示意图。 图3基片两侧带有增透带的单带通膜系组成双色滤光片的设计方案示意图。 图4含有4个谐振腔膜系的通带中心波长较短侧的优化目标及优化结果。 图5含有4个谐振腔膜系的通带中心波长较长侧的优化目标及优化结果。 图6含有4个谐振腔膜系的双色滤光片的最终设计光谱曲线。 图7含有5个谐振腔膜系的通带中心波长较短侧的优化目标及优化结果。 图8含有5个谐振腔膜系的通带中心波长较长侧的优化目标及优化结果。 图9含有5个谐振腔膜系的双色滤光片的最终设计光谱曲线。 图10含有3个谐振腔，5层反射层膜系的通带中心波长较短侧的优化目标及优化结果。 图11含有3个谐振腔，5层反射层膜系的通带中心波长较长侧的优化目标及优化结果。 图12含有3个谐振腔，5层反射层膜系的双色滤光片的最终设计光谱曲线。 【具体实施方式】 下面根据实例，来说明本专利的【具体实施方式】。 首先以两个通带中心波长位置比例约为1.6，两个通带带宽都是通带中心波长的9%的双色滤光片为例，具体说明一种双色滤光片的设计过程。 滤光片的光谱性能和薄膜材料的光学常数相关，需要涉及到薄膜材料的具体折射率值，假设滤光片工作在红外波段，选取宝石(Al2O3)作为基底，锗(Ge)作为高折射率材料，一氧化硅(S1)作为低折射率材料，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双色滤光片，它由基片及基片两侧的带有增透带的单带通膜系组成，其特征在于：(1)所述的基片两侧的带有增透带的单带通膜系为多腔串置的法布里‑珀珞带通膜系；(2)基片每一侧的单带通膜系的光谱增加一个能够覆盖另一侧单带通通带范围的增透带，基片两侧的带有增透带的单带通膜系组合在一起构成双色滤光片，并且基片每一侧的单带通滤光片的截至带叠加到一起构成双色滤光片的截止带。

【技术特征摘要】
1.一种双色滤光片，它由基片及基片两侧的带有增透带的单带通膜系组成，其特征在于: (1)所述的基片两侧的带有增透带的单带通膜系为多腔串置的法布里-珀珞带通膜系; (2)基片每一侧的单...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡渊，周晟，刘定权，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：新型
国别省市：上海;31