多腔光学滤光器制造技术

一个多腔光学滤光器，包括：　　　　一个第一端；　　　　一个与第一端相对的第二端；以及　　　　多个滤光器腔，设置在第一和第二端之间，每个滤光器腔包含两个间隔开的部分反射膜，　　　　其中多个腔是关于滤光器的物理中心不对称地设置的，以使从第一端反射的光的色散与从第二端反射的光的色散不同。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及多腔光学滤光器领域，特别涉及具有低反射色散的多腔光学滤光器。
技术介绍
光的干涉是由于两束或者更多束光的叠加而产生的，它会改变透射和反射的光强度。叠加原理规定合成振幅是单光束振幅的总和。灿烂的颜色，比如当光从肥皂泡反射或从水面上漂浮的一薄层油反射时，就可以观看到，这是由两列光波之间的相干效应而产生的。光波是在肥皂液或油的薄膜相对的表面反射的。更重要地是，薄膜相干效应的一个实际应用涉及镀膜光学表面的生产。当将一种透明物质的薄膜蒸镀在透明基件比如玻璃上，该薄膜具有相对于玻璃的折射率适当确定的折射率，并具有厚度为薄膜中的光特定波长的四分之一，能够将该波长的光从玻璃表面的反射几乎完全消除掉。非反射膜不会将以别的方式反射的光吸收；当然，入射光的能量会重新分配，所以反射的减少是伴随着透射光强度的随之增长一起出现的。通过使用具有两个或更多叠加层的组合膜，这种薄膜的抗反射性能已经完成了相当可观的改进。两种不同的材料可以用来制造这样一个组合膜，其中一种具有相对高的折射率，而另一种具有相对低的折射率。这两种材料交替地蒸镀至预定的厚度以获得渴望得到的膜的光学性质。理论上，以这种方法为许多种不同的透射和衍射光谱设计多层干涉镀膜是可能的。这就带来了许多利用复合光谱滤光器结构的新型光学装置的发展。抗反射镀膜、激光介质反射镜、电视摄像机边缘滤器、光学带通滤光器以及带阻滤光器是一些利用薄膜干涉镀膜的有效装置的实例。干涉镀膜的一个特别的类型就是光学带通滤光器，将其设计为可以把在预定范围(即理想的通带)内的波长透射，而把在通带两边的波长范围高度反射。理想地是带通滤光器应具有方形的光谱响应。换句话说，从截止区域(rejectionregion)到通带的转变应尽可能的快，或不同地快速传递，斜度或转变区域应尽可能的陡峭，当这个时候，获得的通带区域是均匀的并具有很小或没有波纹。最简单的带通滤光器，如在现有技术图1示出，包括两个部分发射器或半反射镜，由一透明介质材料(如玻璃或空气)的半波层将它们分开。现在转到图2，对于纯介质滤光器，所示的部分反射器由交替的高和低折射率材料层组成。将每层蒸镀为所需的滤光器波长的1/4波长(QW)厚度。每个部分反射器，可以仅包括单独一层，称作1/4波片堆(QWS)。在结构中，滤光器的带宽是关于1/4波片堆的发射系数的函数。通带的中心波长是由间隔介质材料的厚度决定的。现在参照图3，示出了一滤光器腔，其为纯介质干涉滤光器的基础构造块。该腔包括两个由1/4波片堆制成的反射器，由一个半波长(或多个半波长)的介质层将它们分开。值得注意地，该腔本质上起到一个标准具或一个法布里-珀罗滤光器的作用。腔淀积在其他腔的顶部，之间具有一低折射率材料的1/4波长层，用来锐化透射响应的斜度。这就产生了一个如图4所示的多腔滤光器。典型的，将腔淀积在一个基底上，该基底对于感兴趣的波长是透明的，可以由多种不同材料制成包括(但不限于)玻璃、石英、透明塑料、硅和锗。通常，用作1/4和半波长层的介质材料具有在范围1.3至高于4.0的折射率。举例来说，一些适合的材料为氟化镁(1.38)、氟化钍(1.47)、冰晶石(1.35)、二氧化硅(1.46)、氧化铝(1.63)、氧化铪(1.85)、五氧化钽(2.05)、氧化铌(2.19)、硫化锌(2.27)、氧化钛(2.37)、硅(3.5)、锗(4.0)以及碲化铅(5.0)。当然，也可以用其他介质材料。借助于市场上买得到的具有最优化方案的计算机程序(即TM TFCalc.bySoftware Spectra Inc.)，能容易地完成滤光器的设计。特别的，将设计输入到程序中，并且计算光谱响应。当选择出具有适当的腔尺寸的设计以匹配所需要的标称带宽时，对匹配层的滤光器透射率进行优化。设计者从选出的材料中选择一种用于1/4波长匹配或者选择使用相同低折射率的具有厚度调整的材料来完成匹配。已经有不同的尝试来提高图4所示的多腔滤光器的光谱性能。特别的，已对改进透射率进行强调，产生方形谱带形，并且减少波纹。举例来说，Cushing的美国专利No.5719989、5926317、5999322、6011652和6018421，在此一并作为参考，披露了改变腔的数量、在外部腔推中改变层的数量、向内部腔堆添加半波长和/或向外部腔堆添加多个半波长。这些参考的每一个中，将腔和/或改进的腔关于滤光器中心对称地安置。在多腔滤光器领域中还未解决的是色散。美国专利No.6081379、6256434、6081379和6154318，在此一并作为参考，论述了与色散有关的问题以及讲解了能减少色散的光学装置。然而，这些讲解中没有一个可以用在多腔滤光器中。Dong的美国专利No.6278817讲解了一种布拉格(Bragg)光栅滤光器，该滤光器设计成使得光栅元件一端的反射色散的降低以损失光栅的另一端增长色散为代价。这是通过提供具有调制的空间非对称指数折射率的周期性变化完成的。然而，由于多腔滤光器操作上的不同以及具有和纤维布拉格光栅不同的结构，这些讲解不能为多腔滤光器色散的降低提供一种解决方案。当前专利技术的一个目的就是提供一种低射色散多腔滤光器。
技术实现思路
当前专利技术提供一种多腔滤光器，比如一种带通滤光器或者一种交错器(interleaver)，在结构上不对称。值得注意的，结构不对称性是预先设定的，以使从滤光器的任一侧的反射色散实质上与另一侧不同，并且使可利用该差异。比如，通过设计一个在反射光色散中足够大的差异，滤光器的一侧将表现为反射色散，其显著的低于具有对称结构的滤光器中所观察到的色散。依照本专利技术，提供一种多腔光学滤光器，包括一个第一端；一个相对于第一端的第二端；以及设置在第一和第二端之间的多个滤光器腔，每个滤光器腔包括两个间隔开的部分反射膜，其中该多个腔关于滤光器物理中心非对称地安置，使得从第一端反射的光的色散和从第二端反射的光的色散不同。比如，在一个具体实施方式中，不对称地安置多个腔，以使滤光器中最强的反射器(即，部分反射最强的反射膜)远离滤光器的物理中心。在另一个具体实施方式中，通过使用多个半波长间隔装置引入不对称性，其中多个间隔装置关于滤光器物理中心不对称地安置。依照当前专利技术，提供一种多腔光学滤光器，包括多个滤光器腔，每个腔包含两个间隔开的部分反射膜，并且具有一个特定的Q因数，其中该多个腔设置在滤光器中心的周围，以及其中至少一个腔具有和相对的腔不同的Q因数，该至少一个腔和该相对的腔各自到滤光器中心的距离实质上相等。依照当前专利技术，提供一种多腔光学滤光器，以使具有一预定中心波长的光学波长谱带通过，包括两个外部滤光器腔；以及设置在两个外部腔之间的多个内部滤光器腔，每个内部和外部腔包含一介质反射器堆，其具有交替的高和低折射率层，所述反射器堆通过一介质材料层分开，该介质材料层厚度是中心波长的半波长的整数倍，所述多个内部腔关于滤光器的物理中心成对地设置，使在其两侧的腔的数量相等，其中至少一对包括不同的腔。依照当前专利技术，提供一种多腔光学滤光器，包括一个第一外部部分透射反射器；一个第二外部部分透射反射器，与第一反射器间隔分开设置；以及多个内部部分透射反射器，设置于第一和第二外部反射器之间，每一个反射器与另一个彼此分开一预定距离，其中部分透射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卡伦·D·汉德里克斯，查尔斯·A·胡尔塞，弗雷德里克·K·泽尼克，
申请(专利权)人：JDS尤尼费斯公司，
类型：发明
国别省市：