一种用于非平面透镜的宽角谱带通滤光薄膜结构及设计方法技术

本申请提供一种用于非平面透镜的宽角谱带通滤光薄膜结构及设计方法，其中用于非平面透镜的宽角谱带通滤光薄膜结构为：其中Sub代表基底材料，H代表高折射率薄膜材料，L代表低折射率薄膜材料，Air为空气，m1和m2为厚度修正系数，n1、n2代表膜层周期数，0.5和1为1/4光学厚度倍数。通过调整m1和m2以及n1和n2使得所述滤光薄膜在宽角谱下的透过率高于指定阈值。由所述高折射率和所述低折射率材料组成，通过调整其光学厚度，形成了在宽角谱下满足透过率的滤光薄膜，防止了在宽角谱下，通带位置偏移导致的特定波段的透过率无法满足要求的情况。求的情况。求的情况。

【技术实现步骤摘要】
一种用于非平面透镜的宽角谱带通滤光薄膜结构及设计方法


[0001]本申请涉及光学薄膜
，具体涉及一种用于非平面透镜的宽角谱带通滤光薄膜结构及设计方法。

技术介绍

[0002]在光学探测系统中，带通滤光器只允许特定波段的信号通过，而阻断所需波段之外的信号。带通滤光器件作为选择谱线的光学元件，可以消除背景噪声对整个探测系统的影响，降低虚警率，在激光技术、信号探测与遥感侦察等领域均有着十分广泛且重要的应用，目前已成为光电探测系统中不可或缺的组成部分。
[0003]带通滤光器件通常由透镜基底上沉积带通滤光薄膜来获得。从光学系统的设计角度出发，将滤光薄膜沉积在非平面透镜上可以简化光学系统结构，降低系统损耗，提高成像性能。但在实际中，随着光学系统中光线入射角以及入瞳直径的增大，传统带通滤光片在宽角谱下将出现严重的通带位置偏移现象。特别对于大陡度透镜，由于其中心膜层厚度与边缘膜层厚度差异较大，其通带位置偏移现象将更加严重，导致透过的特定波段的透过率低，严重时将导致薄膜滤光性能失效，对光学系统造成十分严重的危害。

技术实现思路

[0004]鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本申请旨在提供一种用于非平面透镜的宽角谱带通滤光薄膜结构及设计方法。
[0005]第一方面，本申请提出一种用于非平面透镜的宽角谱带通滤光薄膜结构，所述滤光薄膜结构为：
[0006][0007]其中Sub代表基底材料，H代表高折射率薄膜材料，L代表低折射率薄膜材料，Air为空气，m1和m2为厚度修正系数，n1、n2代表膜层周期数，0.5和1为1/4光学厚度倍数。
[0008]通过调整m1和m2以及n1和n2使得所述非平面透镜在宽角谱下的透过率高于指定阈值。
[0009]根据本申请实施例提供的技术方案，n1与n2均在5与15之间，m1与m2均在0.5与1.5之间。
[0010]根据本申请实施例提供的技术方案，所述高折射率薄膜材料为TiO2，所述低折射率薄膜材料为SiO2。
[0011]根据本申请实施例提供的技术方案，利用双离子束溅射技术制备滤光薄膜。
[0012]第二方面，本申请提出一种以上所述的用于非平面透镜的宽角谱带通滤光薄膜结构的设计方法，包括以下步骤：
[0013]网格划分非平面透镜为多个微曲面；
[0014]设定所述宽角谱的参考波长；
[0015]获取每个所述微曲面的入射角集合；
[0016]构建初始膜系结构：
[0017][0018]其中α
i
、β
i
、γ
i
、α
j
、β
j
及γ
j
为1/4光学厚度倍数，n1、n2代表膜层周期数，H代表高折射率薄膜材料，L代表低折射率薄膜材料，Air为空气，Sub代表基底材料；
[0019]计算每个所述微曲面的所述初始膜系结构的实际沉积厚度；
[0020]设定所述非平面透镜的工作区域；
[0021]获取所述工作区域内的所有所述微曲面的光谱集合；
[0022]获取所述光谱集合中通带截止光谱对应的截止阈值微曲面；
[0023]调整所述初始膜系结构的光学厚度及膜层周期数，使得所述参考波长在所述截止阈值微曲面的通带内，获得第一优化膜系结构；
[0024]设定第一阈值；
[0025]计算所述第一优化膜系结构的光学厚度及膜层周期数，使得所述光谱集合对于所述参考波长的透过率都大于所述第一阈值，获得第二优化膜系结构，；
[0026]设定目标截止带和第二阈值；
[0027]计算所述第二优化膜系结构的光学厚度及膜层周期数，使得所述目标截止带内波段的光的透过率小于所述第二阈值，获得第三优化膜系结构；
[0028]获得最终膜系结构。
[0029]根据本申请实施例提供的技术方案，所述截止阈值微曲面包括入射角度最小且所述实际沉积厚度最大的第一微曲面以及入射角度最大且所述实际沉积厚度最小的第二微曲面。
[0030]根据本申请实施例提供的技术方案，所述初始膜系结构的实际沉积厚度＝所述非平面透镜中心位置膜层厚度
×
厚度比，其中所述非平面透镜中心位置膜层厚度为所述初始膜系结构的物理厚度。
[0031]根据本申请实施例提供的技术方案，所述厚度比＝每个所述微曲面的所述非平面透镜的厚度/所述非平面透镜的中心厚度。
[0032]根据本申请实施例提供的技术方案，所述第一阈值为90％。
[0033]根据本申请实施例提供的技术方案，所述第二阈值为1％。
[0034]综上所述，本申请提出用于非平面透镜的宽角谱带通滤光薄膜结构，由高折射率和低折射率材料组成，通过调整膜系结构的光学厚度和膜层周期数，获得优化后的滤光薄膜，使得镀制有滤光薄膜的非平面透镜的透过率满足大于指定阈值的要求，形成了在宽角谱下满足透过率的滤光薄膜，防止了在宽角谱下，通带位置偏移导致的特定波段的透过率无法满足要求的情况。
[0035]通过将非平面透镜划分为无数微面，并对各个微面的透镜性能进行分析，获得初始膜系结构，在宽角谱下通过对初始膜系结构的各个微面的膜层厚度和入射角度分析获得通带和截止带的滤光性能，并根据设计要求的通带和截止带的设计，优化初始膜系的厚度和层数，从而得到可满足通带和截止带滤光要求的滤光薄膜，此方法获得的滤光薄膜在宽角谱下可避免滤光性能失效的问题。
附图说明
[0036]图1为本申请实施例提供的一种用于非平面透镜的宽角谱带通滤光薄膜结构的设计方法的流程图；
[0037]图2为两种极端情况微曲面的光谱图
[0038]图3为镀制所述滤光薄膜的非平面透镜的正入射测试结果。
具体实施方式
[0039]下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关专利技术，而非对该专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与专利技术相关的部分。
[0040]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0041]实施例1
[0042]诚如
技术介绍
中提到的，针对现有技术中的问题，本申请提出了一种用于非平面透镜的宽角谱带通滤光薄膜结构，所述滤光薄膜的结构为：
[0043][0044]其中Sub代表基底材料，H代表高折射率薄膜材料，L代表低折射率薄膜材料，Air为空气，m1和m2为厚度修正系数，n1和n2为膜层周期数，0.5和1为1/4光学厚度倍数；
[0045]通过调整m1和m2以及n1和n2使得所述非平面透镜在宽角谱下的透过率高于指定阈值。
[0046]其中，m1、m2与单位1/4光学厚度倍数的乘积为薄膜材料的1/4光学厚度倍数，基于数值优化算法，根据目标波段的透过率要求，可计算获得所述光学厚度和膜层周期数，进而获得宽角谱下满足透过率的膜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于非平面透镜的宽角谱带通滤光薄膜结构，其特征在于：所述滤光薄膜的结构为：其中Sub代表基底材料，H代表高折射率薄膜材料，L代表低折射率薄膜材料，Air为空气，m1和m2为厚度修正系数，n1、n2代表膜层周期数，0.5和1为1/4光学厚度倍数。通过调整m1和m2以及n1和n2使得所述非平面透镜在宽角谱下的透过率高于指定阈值。2.根据权利要求1所述的用于非平面透镜的宽角谱带通滤光薄膜结构，其特征在于：n1、n2均在5和15之间，m1和m2均在0.5和1.5之间。3.根据权利要求1所述的用于非平面透镜的宽角谱带通滤光薄膜结构，其特征在于：所述高折射率薄膜材料为TiO2，所述低折射率薄膜材料为SiO2。4.根据权利要求1所述的用于非平面透镜的宽角谱带通滤光薄膜结构，其特征在于：利用双离子束溅射技术制备所述滤光薄膜。5.一种用于非平面透镜的宽角谱带通滤光薄膜结构及设计方法，其特征在于，包括以下步骤：网格划分非平面透镜为多个微曲面；设定所述宽角谱的参考波长；获取每个所述微曲面的入射角集合；构建初始膜系结构：其中α
i
、β
i
、γ
i
、α
j
、β
j
及γ
j
为1/4光学厚度倍数，n1、n2代表膜层周期数，H代表高折射率薄膜材料，L代表低折射率薄膜材料，Air为空气，Sub代表基底材料；计算每个所述微曲面的所述初始膜系结构的实际沉积厚度；设定所述非平面透镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：李子杨，刘华松，姜玉刚，
申请(专利权)人：天津津航技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：