一种多层孔状微结构的反射式多波段梳状窄带滤光片制造技术

一种多层孔状微结构的反射式多波段梳状窄带滤光片，属于光学技术领域，为了克服现有技术滤光片膜层老化脱落及吸收光能的问题，其为在玻璃或光学元件表面直接刻划多层孔状微结构形成；其结构包括：光学材料基底；多层孔状微结构直接与光学材料基底相连，该结构层层密堆，且每层孔状微结构相同，其表面均匀排布微孔结构；微孔为瓦罐状，截面成超半球状，依次将相邻微孔中心点连线构成六边形；本发明专利技术可以克服膜层老化脱落的问题；多层孔状微结构与光学元件是同一种材料，可以避免膜层本身吸收光能；多层孔状微纳结构可等效于一个空气和基质间的连续变化折射率的介质层，相比于传统膜层材料拥有更优越的折射性能。

A reflective multi band comb like narrow-band filter with multilayer porous microstructure

The utility model relates to a reflective multi-band comb narrow-band filter with a multi-layer porous microstructure, belonging to the field of optical technology. In order to overcome the problems of the aging and shedding of the film layer of the filter and the absorption of light energy in the prior art, a multi-layer porous microstructure is formed by directly etching the surface of a glass or an optical element. The layered porous microstructure is directly connected with the optical material substrate, and the structure is stacked layer by layer, and each layer has the same porous microstructure, and the surface of the structure is uniformly arranged with micro-porous structure; the micro-pore is pot-shaped, the cross-section is super-hemispherical, and the adjacent microporous center points are connected in turn to form a hexagon; the invention can overcome the problem of film aging and shedding; Multilayer porous microstructures and optical elements are the same materials, which can avoid the absorption of light energy by the film itself. Multilayer porous microstructures can be equivalent to a dielectric layer with continuously varying refractive index between air and substrate, and have better refractive properties than traditional film materials.

【技术实现步骤摘要】
一种多层孔状微结构的反射式多波段梳状窄带滤光片
本专利技术涉及窄带滤光片，特别涉及一种多波段窄带高反的多层孔状微结构滤光片，属于光学

技术介绍
干涉滤光片是利用多光束干涉原理制成的一种从宽光谱中过滤出一小段波段的多层膜系，同时让其余短波和长波截止或反射的光学器件。常用的干涉滤光片有两种，一种称为全介质干涉滤光片：在平板玻璃上镀上两组四分之一波长的膜系，两组膜系可以看作两组高反膜中间夹着一个间隔层；另一种是金属反射膜干涉滤光片：在基板上镀一层高反射率的银膜，在银膜之上在镀介质膜，再镀一层高反射率的银膜。两种干涉滤光片的原理是相同的，利用两层高反射膜夹一层低反射膜实现窄带高反射率。带通滤光片只允许较窄波长范围的光通过，常见的是法布里-珀罗型滤光片，它实质上是一个法布里-珀罗标准具。具体结构为：玻璃衬底上涂一层半透明金属层，接着涂一层氟化镁隔层，再涂一层半透明金属层，两金属层构成了法布里-珀罗标准具的两块平行板。当两极的间隔与波长同数量级时，透射光中不同波长的干涉高峰分得很开，利用别的吸收型滤光片可把不允许透过的光滤掉，从而得到窄通带的带通滤光片，其通频带宽度远比普通吸收型滤光片要窄。另外还有全电介质的法布里-珀罗型滤光片，两种典型结构为gHLH(LL)HLHa，gHLHL(HH)LHLHa。所谓窄带滤光片，是从带通滤光片中细分出来的，其定义与带通滤光相同，也就是这种滤光片在特定的波段允许光信号通过，而偏离这个波段以外的两侧光信号被阻止，窄带滤光片的通带相对来说比较窄，一般为中心波长值的5％以下。窄带滤光片主要作用是使特定波长的光通过，让其他波长的光的反射(或衰减)光学元件。半波宽度通常控制在20nm或者更小，可在紫外线、可见光、近红外、远红外波段使用。通过控制光谱透过率曲线，干涉滤光片可以分为带通滤光片，截至滤光片，陷波滤光片等，也可以根据需求设计光谱透过率曲线。现有的变迹厚度调制的方法，可以实现多波长窄波段的反射，这种干涉滤光片的膜层通常采用两种折射率高低不同的材料进行设计，一层高折射率材料和一层低折射率材料为一组，一组膜层厚度固定，两种材料厚度此消彼长。膜层一组为一个基本周期，也可以多组为一个基本周期，实质上，此种方法高折射率层与低折射率层的折射率都未改变，改变的是每组膜层的厚度。现有的变迹厚度调制的方法，难以精确控制每组膜层厚度，因为使用变迹厚度调制后每组里膜层厚度一直在变化，这就需要在蒸镀时精确控制原材料的喷射量，而原材料喷射时的系统误差难以削减。干涉滤光片通常放置于光路中平行光的部分，不能放置于透镜之前，通常只能接收垂直入射的光。现有技术的最大缺点就是蒸镀的膜层寿命有限，通常一年至几年之内膜层老化、脆裂、脱落，这时需要在光学表面进行酸洗，重新蒸镀，这个过程可能在光学表面产生划痕，破坏光学表面平整度，进而影响成像质量或光学系统工作效率，光学系统也需要拆开，然后重新装调，有些特殊环境下的光学仪器，如海洋环境中使用的光学仪器一经封装便不再允许拆卸，薄膜的寿命直接影响整个光学系统的寿命。可以拆卸维护的光学系统，整个维护过程都需要在特定的操作环境下由专业人员进行，镀膜和装调又是两个工艺环节，所以维护过程繁复，势必成本高昂，还会耽误光学系统的正常使用。第二个缺点，首先，干涉滤光片的通频带的中心波长透过率往往在20％-90％之间，金属反射膜干涉滤光片吸收尤为严重，峰值透过率一般在30％以下，两种干涉滤光片都有不同程度的光能损失。对于全介质干涉滤光片来说，膜层数量越大，截止深度越深，但峰值波长透过率越小，膜层数量越小，峰值波长透过率会增加，但截止和透过波长的交界线又会变得不那么陡峭，多层膜系会吸收很大一部分光能量，膜层数量越多，光能损失越严重。通频带宽度，截至深度和峰值波长透过率始终难以平衡。其次，多层膜系蒸镀往往需要数小时到几天几夜，时间不等。时间过于冗长，步骤过于繁琐。最后，对于众多波段的全介质干涉滤光片，通常为了针对不同波长达到不同的滤光效果，需要选择多种膜层材料进行组合，经常会遇到没有合适折射率材料的情况。
技术实现思路
本专利技术为了克服现有技术滤光片膜层老化脱落及吸收光能的问题，实现多波段反射，提出一种多层孔状微结构的反射式多波段梳状窄带滤光片。本专利技术的技术方案为：一种多层孔状微结构的反射式多波段梳状窄带滤光片，其特征是，其为在玻璃或光学元件表面直接刻划多层孔状微结构形成；其结构包括：光学材料基底；多层孔状微结构直接与光学材料基底相连，该结构层层密堆，且每层孔状微结构相同，其表面均匀排布微孔结构；微孔为瓦罐状，截面成超半球状，依次将相邻微孔中心点连线构成六边形。所述多层孔状微结构的层数为S，S≥1，数量不同的层数影响不同的反射波段。所述微孔的超半球半径R、深度h和孔心间距d特征参数对折射率变化函数进行调制，进而精准控制反射的波段与各波段中心波长；所述折射率变化函数公式为：n(f)＝[(1-f)ni2+fns2]1/2，其中ni是空气折射率，ns基底折射率，其中f为占空比，其公式为f(θ)＝(31/2d2-πsin2θR2)/31/2d2，其中d是孔心间距，h和θ的关系式为：h(θ)＝(1-cosθ)R，其中θ是超半球深度h处朝向超半球圆心方向的半径与竖直方向所形成的夹角，h起始值为0，随深度变浅，h值增大，R为超半球半径。所述微孔的超半球半径R变化范围是0.05-0.1μm，深度h的变化范围是0.06-1.8μm，孔心间距d的变化范围是0.2-0.55μm。本专利技术的有益效果：多层孔状微结构在光学元件自身表面进行刻划，可以克服膜层老化脱落的问题；多层孔状微结构与光学元件是同一种材料，可以避免膜层本身吸收光能；多层孔状微结构是一种特征尺寸远小于作用光波长的结构，不会带来明显的衍射效应影响成像；多层孔状微纳结构可等效于一个空气和基质间的连续变化折射率的介质层，相比于传统膜层材料拥有更优越的折射性能；可以通过控制每层微孔的超半球半径、深度、孔心间距，对折射率变化函数进行调制，进而精准控制反射的波段与各波段中心波长，数量不同的层数对应不同的反射波段，做到精确精准的同时，可以有效缩减反射带带宽，有效增加峰值波长反射率。在400-1500nm波段范围内，可同时多波段窄带反射，多层孔状微结构可以接收稍大的角度入射，入射角在10°范围内仍有很好的反射效果，而不产生其他效应，带宽控制在峰值波长5％以下，峰值波长反射率大于99.99％。附图说明图1是本专利技术一种多层孔状微结构的反射式多波段梳状窄带滤光片的结构示意图。1、光学材料基底，2、多层孔状微结构，3、微孔。图2是本专利技术一层孔状微结构折射率变化规律示意图。图3是五个波段即404-5/+3nm，441-7/+6nm，494-8/+6nm，562-9/+9nm，653-10/+12nm的多层孔状微结构的反射式多波段梳状窄带滤光片的反射光谱。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细说明。如图1所示，一种多层孔状微结构的反射式多波段梳状窄带滤光片，其特征是，该滤光片具有多层孔状微结构，其包括：光学材料基底；S，S≥1层孔状微结构，该结构层层密堆，且直接与光学材料基底相连，其表面均匀排布微孔，微孔为瓦罐状，截面成超半球状，依次将相邻微孔中心点连线构成六边形；多层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多层孔状微结构的反射式多波段梳状窄带滤光片，其特征是，其为在玻璃或光学元件表面直接刻划多层孔状微结构形成；其结构包括：光学材料基底(1)；多层孔状微结构(2)，其直接与光学材料基底(1)相连，该结构层层密堆，且每层孔状微结构相同，其表面均匀排布微孔(3)结构；微孔(3)，其为瓦罐状，截面成超半球状，依次将相邻微孔(3)中心点连线构成六边形。

【技术特征摘要】
1.一种多层孔状微结构的反射式多波段梳状窄带滤光片，其特征是，其为在玻璃或光学元件表面直接刻划多层孔状微结构形成；其结构包括：光学材料基底(1)；多层孔状微结构(2)，其直接与光学材料基底(1)相连，该结构层层密堆，且每层孔状微结构相同，其表面均匀排布微孔(3)结构；微孔(3)，其为瓦罐状，截面成超半球状，依次将相邻微孔(3)中心点连线构成六边形。2.根据权利要求1所述的一种多层孔状微结构的反射式多波段梳状窄带滤光片，其特征在于，所述多层孔状微结构(2)的层数为S，S≥1，数量不同的层数影响不同的反射波段。3.根据权利要求1所述的一种多层孔状微结构的反射式多波段梳状窄带滤光片，其特征在于，所述微孔(3)的超半球半径R、深度h和孔心间距d特征参数对折射率变化函...

【专利技术属性】
技术研发人员：付跃刚，王加科，刘美琦，罗宇，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22