一种超宽通带短波通滤光膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超宽通带短波通滤光膜的制备方法，属于光学薄膜加工技术领域，解决了现有技术中光学玻璃透明区常用波段选择、分离困难，光学系统集成困难的问题。一种超宽通带短波通滤光膜的制备方法，包括以下步骤：选定光学玻璃基板材料和光学薄膜材料；选定膜系初始结构；在膜系初始结构基础上进行优化合并薄膜层数，选定膜系厚度；采用选定的光学玻璃基板材料和光学薄膜材料根据优化后的薄膜结构镀制膜系，得到所述滤光膜。本发明专利技术滤光膜透过0.4μm～1.2μm波，反射1.49μm～1.69μm波，可使光学系统对多个波段进行分离、选择，实现不同光谱波段有效使用的效果。现不同光谱波段有效使用的效果。现不同光谱波段有效使用的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种超宽通带短波通滤光膜的制备方法
[0001]本申请以申请日2020年7月30日提交的、申请号202010751900.5、专利技术名称“一种超宽通带短波通滤光膜及其制备方法”为母案的分案申请。


[0002]本专利技术属于光学薄膜加工
，特别涉及一种超宽通带短波通滤光膜的制备方法。

技术介绍

[0003]电磁波在大气中传输时随波长的不同会有不同程度的衰减。在可见光波段，引起电磁波衰减的主要原因是分子散射，在紫外、红外与微波区，引起电磁波衰减的主要原因是大气吸收。依据大气光谱传输特性和探测器的光谱敏感特性，光学成像系统可以工作在多个光谱区。0.4μm～0.7μm为可见光区，能为人眼直接观察，0.7μm～1.1μm为近红外光谱区，除了不能为人眼直接观察外，该区域成像所需要的光学材料、探测器类型与可见光基本相同，低亮度电视、像增强器、星光望远镜、夜视镜以及许多数码相机提供的红外拍摄功能等工作在该区域，1.1μm～2.5μm为短波红外光谱区，主要用于探测地表物体的反射，可以获得土壤类型、水体特性、植被分布及军事装备、军队部署等信息。由于水蒸气在1.38μm和1.87μm附近有较强的吸收，因此该波段通常分为1.4μm～1.9μm和2.0μm～2.5μm两个窗口，其中1.45μm～1.75μm透过率较高，白天夜间都可以应用。
[0004]随着科学技术的进步，先进的光谱接受器件、红外探测器件不断的集成应用到同一个光学系统中。这样的光学系统必然需要对多个波段进行分离、选择，实现不同光谱波段的有效使用。
>[0005]光学玻璃透明区0.35μm～2.2μm，包含可见、微光、近红外激光、短波红外激光等几个常用区域。利用光学玻璃设计功能新颖、性能优良、多光谱区域共享的光学镜头已经是一种发展趋势。

技术实现思路

[0006]鉴于以上分析，本专利技术旨在提供一种超宽通带短波通滤光膜及其制备方法，本专利技术滤光膜在光学玻璃透明区0.35μm～2.2μm的波长范围内，透过0.4μm～1.2μm波，反射1.49μm～1.69μm波，可使光学系统对多个波段进行分离、选择，实现不同光谱波段有效使用的效果，促进先进的光谱接受器件、红外探测器件不断的集成应用到同一个光学系统。
[0007]本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：
[0008]本专利技术提供了一种超宽通带短波通滤光膜，滤光膜有57层薄膜，其中奇数层为SiO2层，偶数层为Ta2O5层。
[0009]在一种可能的设计中，薄膜每层物理厚度如下表：
[0010][0011][0012]本专利技术还提供了一种超宽通带短波通滤光膜的制备方法，包括以下步骤：
[0013]选定光学玻璃基板材料和光学薄膜材料；
[0014]选定膜系初始结构；
[0015]在膜系初始结构基础上进行优化合并薄膜层数，选定膜系厚度；
[0016]采用选定的光学玻璃基板材料和光学薄膜材料根据优化后的薄膜结构镀制膜系，得到滤光膜。
[0017]在一种可能的设计中，光学薄膜材料的高折射率膜层为五氧化二钽，低折射率膜层为二氧化硅。
[0018]在一种可能的设计中，膜系初始结构为拥有等效折射率的对称结构：
[0019]Sub/(0.018H0.469L0.153H0.151L1.005H0.151L0.153H0.469L0.018H)^S/Air；
[0020]其中Sub为光学玻璃基板，Air为空气，H为高折射率膜层五氧化二钽，L为低折射率膜层二氧化硅SiO2，S为对称结构循环次数，10≤S≤15。
[0021]在一种可能的设计中，在膜系初始结构基础上进行优化合并薄膜层数：
[0022]是单层薄膜特征矩阵；
[0023]其中λ是中心波长，n是薄膜折射率，d是薄膜厚度，θ是薄膜中光线折射角，η是薄膜导纳，对P偏振光η＝n/cosθ，对S偏振光η＝ncosθ；
[0024]对于镀制在介质n
k+1
上的K层多层膜系，连续特征矩阵为：
[0025][0026]则膜系透射率为:
[0027]式中η0是入射介质导纳，η
K+1
是出射介质导纳；
[0028]通过上述公式计算出不同波长处透射率；
[0029]优化时，令通带区透射目标值为100％，截止带反射目标值为0，更改迭代膜系中厚度，令评价函数取得极小值，得到所需厚度；
[0030]评价函数:
[0031][0032]式中w是所取波长处权重，T
i
是所取波长处透射率，T0是所取波长处目标值，i、L为起始、终止波长。
[0033]在一种可能的设计中，优化后的膜系厚度结构为：
[0034]Sub/
[0035]1.05L0.09H0.19L0.18H0.07L0.83H0.13L0.14H1.03L0.13H
[0036]0.13L0.91H0.13L0.13H1.06L0.14H0.15L0.99H0.15L0.13H
[0037]1.04L0.13H0.14L0.94H0.14L0.13H1.01L0.13H0.14L0.95H
[0038]0.15L0.14H1.13L0.14H0.16L0.95H0.14L0.11H0.93L0.13H
[0039]0.14L1.01H0.16L0.14H1.09L0.14H0.13L0.87H0.13L0.13H
[0040]1.08L0.15H0.15L0.52H0.06L0.28H0.49L/Air。
[0041]其中中心波长选择1.37μm，Sub为光学玻璃基板，Air为空气，H为高折射率膜层五氧化二钽Ta2O5，L为低折射率膜层二氧化硅SiO2。
[0042]在一种可能的设计中，每层实际物理厚度计算公式：
[0043]Thickness＝αλ4n
[0044]α为四分之一中心波长光学厚度倍数，λ为中心波长，n为膜层折射率。
[0045]在一种可能的设计中，镀制膜系采用热蒸发方式、离子源辅助蒸发方式或离子束溅射方式。
[0046]在一种可能的设计中，采用离子束溅射方式镀制膜系包括以下步骤：
[0047]步骤1.当双离子束溅射镀膜机真空度6
×
10
‑2Pa～9
×
10
‑2Pa时，对光学玻璃基板进行100℃～120℃烘烤，恒温30min～40min，继续抽真空；
[0048]步骤2.当真空度2
×
10
‑3Pa～3
×
10
‑3Pa时，采用离子源对Ta2O5、SiO2靶材和光学玻璃基板进行清洗；
[0049]步骤3.循环溅射沉积SiO2和Ta2O5，直至膜层结束。
[0050]与现有技术相比，本专利技术至少能实现以下技术效果之一：
[0051]1)本专利技术的技术方案中，基于等效折射率法设计的初本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超宽通带短波通滤光膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：选定光学玻璃基板材料和光学薄膜材料；选定膜系初始结构；在膜系初始结构基础上进行优化合并薄膜层数，选定膜系厚度；采用选定的光学玻璃基板材料和光学薄膜材料根据优化后的薄膜结构镀制膜系，得到所述滤光膜。2.根据权利要求1所述的超宽通带短波通滤光膜的制备方法，其特征在于，所述光学薄膜材料的高折射率膜层为五氧化二钽，低折射率膜层为二氧化硅。3.根据权利要求1所述的超宽通带短波通滤光膜的制备方法，其特征在于，所述膜系初始结构为拥有等效折射率的对称结构：Sub/(0.018H0.469L0.153H0.151L1.005H0.151L0.153H0.469L0.018H)^S/Air；其中Sub为光学玻璃基板，Air为空气，H为高折射率膜层五氧化二钽，L为低折射率膜层二氧化硅SiO2，S为对称结构循环次数，10≤S≤15。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的超宽通带短波通滤光膜的制备方法，其特征在于，在膜系初始结构基础上进行优化合并薄膜层数：是单层薄膜特征矩阵；其中λ是中心波长，n是薄膜折射率，d是薄膜厚度，θ是薄膜中光线折射角，η是薄膜导纳，对P偏振光η＝n/cosθ，对S偏振光η＝ncosθ。5.根据权利要求4所述的超宽通带短波通滤光膜的制备方法，其特征在于，在膜系初始结构基础上进行进一步优化：对于镀制在介质n
k+1
上的K层多层膜系，连续特征矩阵为则膜系透射率为:式中η0是入射介质导纳，η
K+1
是出射介质导纳；通过上述公式计算出不同波长处透射率。6.根据权利要求5所述的超宽通带短波通滤光膜的制备方法，其特征在于，在膜系初始结构基础上优化合并薄膜层数：优化时，令通带区透射目标值为100％，截止带反射目标值为0，更改迭代膜系中厚度，令评价函数取得极小值，得到所需厚度；评价函数:
式中w是所取波长处权重，T
i
是所取波长处透射率，T0是所取波长处目标值，i、L为起始...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金豹，耿浩，史成浡，田军，南勇，王明慧，张琪，
申请(专利权)人：河南平原光电有限公司，
类型：发明
国别省市：