基于超宽波长高反射的深截止窄带滤光片及光学仪器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于超宽波长高反射的深截止窄带滤光片及光学仪器，包括第一基底和第二基底，在第一基底的第一表面上设置双金属‑三诱透滤光片，第二表面上设置全介质窄带滤光片，在第二基底的第一表面上设置双金属‑三诱透改性滤光片，然后将全介质窄带滤光片与第二基底的第二表面用光学胶粘合。双金属‑三诱透滤光片和双金属‑三诱透改性滤光片由两层银膜以及由银膜分隔的前诱透、中诱透和后诱透膜组成。全介质窄带滤光片由二氧化钛和氟化镁交替的多层双半波结构组成。本发明专利技术基于金属膜的高反射在超宽波长上实现深截止度和利用介质膜的诱导透射在特定透射带实现高透射率的窄带滤光片，以用于特定要求的微弱光学信号的采集系统。

Deep cut-off narrowband filters and optical instruments based on ultra-wide wavelength and high reflection

The invention discloses a deep cut-off narrow-band filter and an optical instrument based on ultra-wide wavelength and high reflection, which comprises a first substrate and a second substrate. A bimetallic A three-lure modified filter is then bonded to the second surface of the second substrate with an optical adhesive. The bimetal 1089 All-dielectric narrowband filters consist of a multi-layer double half-wave structure alternating with titanium dioxide and magnesium fluoride. The invention realizes deep cutoff at ultra wide wavelength based on high reflection of metal film and narrow band filter with high transmittance at specific transmission band by induced transmission of dielectric film for acquisition system of weak optical signals with specific requirements.

【技术实现步骤摘要】
基于超宽波长高反射的深截止窄带滤光片及光学仪器
本专利技术涉及
，具体涉及一种基于超宽波长高反射的深截止窄带滤光片及用于特定要求的微弱光学信号的采集系统。
技术介绍
窄带滤光片是微弱光学信号采集系统中常用的器件。为了提高信噪比，最基本的要求是窄带滤光片的截止带必须具备足够深的截止度，而透射带要具有尽可能高的透射率，这两者本身就是一对矛盾。根据新产品的要求，提出了窄带滤光片的主要技术指标如下：第一，最大透射波长为550nm，透射带半宽度小于10nm，最大透射率大于70％；第二，截止区间为400～12000nm，即包括除透射带以外的可见光区以及近红外、中红外和远红外区；第三，釆用反射型截止而非吸收型截止，整个截止带的最低截止深度为OD≥4。以上要求的最大困难是滤光片的截止带很宽、截止度很深，解决此难题最常用的办法是釆用特殊的吸收型基底拦截光线，如釆用离子着色的蓝玻璃或特殊的颜色玻璃滤光片作为基底，这些基底可以实现透射带波长区透射，而截止带波长区吸收。通过基底对截止区光能的吸收，阻止光线继续传播，通常，人们称这种截止为吸收型截止。但遗憾的是：吸收型截止常常深度有限，即使把基底厚度增厚，仍不能满足截止度的要求，这是因为滤光片的截止带非常宽广，例如，本窄带滤光片截止带宽度约为11590nm，而透射带宽度仅为10nm，所以即使截止带的截止深度达到了0.1％，这种情况下，将其在波长域11590nm上的残余透射积分，其噪声仍可能远大于透射带信号，显然这是不能实际应用的。更为麻烦的是，釆用吸收型截止，基底吸收的光能量会转化为热量，而窄带滤光片通常置于信号传感器前面，于是基底产生的热量就会辐射到传感器而产生热噪声，通常这也是不允许的。本专利技术旨在提出一种基于超宽波长高反射实现超宽截止带深截止度和利用诱透技术在透射带实现高透射率的窄带滤光片，以用于特定要求的光学信号采集系统。借助于金属膜具有超宽带高反射的特性来实现超宽带的深截止度，同时，利用介质膜可在特定波长上把金属膜的透射率引诱至最大值的特性来获得透射带高透射率，这二者的结合或许是实现以上滤光片指标的最佳途径。通过设计证实，把双金属-三诱透滤光片和双金属-三诱透改性滤光片这两个特殊滤光片叠加确实可望获得超宽波长上深截止度和透射带高透射率的优异特性。这种滤光片由于其截止特性是釆用金属膜的反射而非基底材料的吸收而实现的，故避免了滤光片因吸收光能量而使器件温度升高的问题。这就是说，利用金属膜在超宽波长上的高反射实现深截止度和利用介质膜在透射带的诱导设计实现高透射率是本专利技术待探索和解决的核心问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供了一种基于超宽波长高反射的深截止窄带滤光片及光学仪器，本专利技术基于金属膜的高反射在超宽波长上实现深截止度和利用介质膜的诱导透射在特定透射带实现高透射率的窄带滤光片，以用于特定要求的微弱光学信号的采集系统。本专利技术的构思如下：前述技术指标一是：最大透射波长为550nm，透射带半宽度小于10nm，最大透射率大于70％。显然，技术指标一可以用一个全介质窄带滤光片方便地实现。技术指标二是：截止区间为400～12000nm，即包括除透射带以外的可见光区以及近红外、中红外和远红外区。加上技术指标二后，全介质窄带滤光片就无能为力了，因为截止带太宽，无法想象用介质膜可在如此宽广的波长域上实现截止，故目前常釆用特殊的吸收型基底来实现吸收型截止，吸收型基底虽然截止度不太高(如平均0.1％)，但可以实现特定透射带波长透射、宽域截止带波长吸收的目的。技术指标三是：釆用反射型截止而非吸收型截止，整个截止带的最低截止深度为OD≥4。再加上技术指标三后，滤光片的设计就变得难以入手了，为此，本专利技术进一步构思如下：第一步，因为不能采用吸收型截止，唯一可能选择的方法是借助于金属膜的超宽带高反射特性来实现超宽带深截止度的难题，为此目的，可供选择的金属实际上只有银和铝两种，特别是银膜，因为它在400～12000nm整个波长域上均具有最高的反射率。第二步，高反射率只为高截止度提供了有利的设计条件，但并不能解决滤光片透射带的高透射率问题，因为高反射率和高透射率是一对矛盾，能否在高反射带中获得特定波长上的高透射带是另一个成败的技术关键，为此，借助于介质膜对金属膜的诱透射概念或许是最佳的解决途径。通过介质膜和金属膜的巧妙设计，可望在特定波长上把金属膜的透射率引诱出来，从而使透射率达到最大值。这就是说，金属膜的高反射特性居然可用介质膜的诱导变成特定波长上的高透射特性，这就是干涉薄膜的魅力所在！本专利技术称这类滤光片为金属-诱透滤光片。遗憾的是，由单银-双诱透膜构成的滤光片实际上是截止带截止度和透射带透射率之间的折中，更直接地说，高截止度不可能再得到高透射率，或反之，高透射率不可能再获得高截止度。一般说来，银膜厚度越大，截止度越高，透射率越低；反之则截止度降低，透射率升高。事实上，即使釆用多个这样的单银-双诱透滤光片叠加依然难以满足要求。第三步，进一步研究发现，多银-多诱透膜构成的滤光片可在保持单银-双诱透滤光片截止度的同时进一步提高透射带的透射率，或者在保持单银-双诱透滤光片透射率的同时进一步增加银膜的厚度，提高滤光片的截止度。经过适当优化，多银-多诱透滤光片可比单银-双诱透滤光片不但截止度增加，而且透射率提高。需要注意的是，多银-多诱透滤光片会在主透射带两侧产生次透射带，在多银-多诱透滤光片中，多诱透膜的个数总是银层数+1，所以滤光片中银层数越多，次透射带越密，次透射带的透射率也越大。虽然这些次透射带非常狭窄，但仍会破坏狭窄波长区上的截止度，因此银层数不宜太多，选择双银-三诱透结构的滤光片是比较合理的。第四步，以上单个双银-三诱透滤光片实际上还是难以满足整个波长截止带的截止度，故需釆用二组不同的双银-三诱透滤光片叠加，才能使滤光片在超宽波长上达到深截止度。然而，若釆用完全相同的两个双银-三诱透滤光片叠加，则主透射带长波侧的次透射带也会叠加在一起而使该波长上的截止度遭到破坏，所以需对其中一个双银-三诱透滤光片进行改性，目的是使其长波侧的次透射带产生一定的波长位移，故称此双银-三诱透滤光片为改性滤光片。这样，再将双银-三诱透滤光片和双银-三诱透改性滤光片叠合起来，就能获得超宽波长上深截止度和透射带高透射率的优异特性。第五步，用双银-三诱透滤光片和双银-三诱透改性滤光片叠合所构成的滤光片一方面提供整个截止带的最低截止深度满足OD≥4，并达到超宽波长上的深截止度，另一方面还要确保滤光片在波长550nm的透射带具有足够高的透射率，但是，不幸的是它难以实现“透射带半宽度小于10nm”的要求，因为这种金属膜-诱透滤光片的透射带都比较宽，而且很难调节透射带的半宽度，因此，必须再叠加一个全介质窄带滤光片。全介质窄带滤光片可以通过反射膜的折射率、层数和间隔层的干涉级次等参数对透射带半宽度进行方便地调节，而且由于其透射带的透射率几乎为100％，不会导致最终窄带滤光片透射率的太大下降。这就是说，这种基于超宽波长高反射的深截止窄带滤光片是由两个双金属-三诱透滤光片和一个全介质窄带滤光片共同构成的，前者主要贡献超宽波长高反射带来的深截止度，并保持透射带具有尽可能高的透射率，后者主要调节半宽度以形成要求的窄带滤光片。为实现上述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于超宽波长高反射的深截止窄带滤光片，其特征在于，包括依次设置的双金属‑三诱透滤光片、第一基底、全介质窄带滤光片、光学胶层、第二基底、双金属‑三诱透改性滤光片；所述的双金属‑三诱透滤光片由依次设置的前诱透膜、银膜、中诱透膜、银膜、后诱透膜组成；所述的双金属‑三诱透改性滤光片由依次设置的前诱透膜、银膜、中诱透膜、银膜、后诱透膜组成；所述的全介质窄带滤光片由高折射率的二氧化钛和低折射率的氟化镁交替的多层双半波结构组成。

【技术特征摘要】
1.一种基于超宽波长高反射的深截止窄带滤光片，其特征在于，包括依次设置的双金属-三诱透滤光片、第一基底、全介质窄带滤光片、光学胶层、第二基底、双金属-三诱透改性滤光片；所述的双金属-三诱透滤光片由依次设置的前诱透膜、银膜、中诱透膜、银膜、后诱透膜组成；所述的双金属-三诱透改性滤光片由依次设置的前诱透膜、银膜、中诱透膜、银膜、后诱透膜组成；所述的全介质窄带滤光片由高折射率的二氧化钛和低折射率的氟化镁交替的多层双半波结构组成。2.根据权利要求1所述的基于超宽波长高反射的深截止窄带滤光片，其特征在于，所述的第一基底和第二基底为光学玻璃或光学晶体。3.根据权利要求1所述的基于超宽波长高反射的深截止窄带滤光片，其特征在于，所述的双金属-三诱透滤光片中，所述的中诱透膜为氟化镁单层膜，所述的前诱透膜和后诱透膜均由高折射率的二氧化钛和低折射率的氟化镁多层膜组成。4.根据权利要求3所述的基于超宽波长高反射的深截止窄带滤光片，其特征在于，所述的双金属-三诱透滤光片的膜层数为14层，由第一基底向外，依次为前诱透膜、银膜、中诱透膜、银膜、后诱透膜，奇数层除第7层和第9层为银膜，其余为二氧化钛膜，偶数层均为氟化镁膜，第1至第14层的厚度依次为：53.27，69.70，34.56，69.47，56.17，205.38，40，348.83，40，200.77，55.86，249.79，44.11，188.42，单位为nm。5.根据权利要求1所述的基于超宽波长高反射的深截止窄带滤光片，其特征在于，所述的双金属-三诱透改性滤光片中，所述的前诱透膜、中诱透膜和后诱透膜均由高折射率的二氧化钛和低折射率的氟化镁多层膜组成。6.根据权利要求5所述的基于超宽波长高反射的深截止窄带滤光片，其特征在于，所述的双金属-三诱透改性滤光片的膜层数为...

【专利技术属性】
技术研发人员：金波，艾曼灵，顾培夫，吴江波，陈建国，陶奎，
申请(专利权)人：杭州科汀光学技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33