專利名稱：一種關(guān)于多腔結(jié)構(gòu)帶通濾光片帶外截止寬度的調(diào)整方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)薄膜技術(shù)，具體涉及一種關(guān)于多腔結(jié)構(gòu)帶通濾光片帶外截止寬度的調(diào)整方法。
背景技術(shù)：
帶通濾光片在遙感探測(cè)，光譜學(xué)及光電子領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。構(gòu)成帶通濾光片通常有兩種方法第一種是基片兩面分別鍍制長(zhǎng)波通和短波通截止膜系；第二種是基片兩面分別鍍制含多個(gè)法布里-珀珞諧振腔的帶通膜系和截止膜系。第二種方法較容易制作出波形較好的帶通濾光片，但使用這種方法會(huì)存在一些問(wèn)題，如截止寬度不夠的問(wèn)題。在基片的一面鍍制前截止膜系，通常就能滿足用戶在短波方向的截止寬度要求；而基片的另一面，依靠帶通膜系來(lái)滿足長(zhǎng)波方向的截止寬度的要求，有時(shí)會(huì)遇到困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種關(guān)于多腔結(jié)構(gòu)帶通濾光片帶外截止寬度的調(diào)整方法，這樣就可以在一定程度上加寬帶通膜系長(zhǎng)波方向的截止寬度。本發(fā)明一種關(guān)于多腔結(jié)構(gòu)帶通濾光片的膜系的結(jié)構(gòu)為反射層I間隔層I反射層。主要有以下兩種形式(其中H代表高折射率材料，L代表低折射率材料)…HLHI LLIHLH …(I)或…LHLIHHI LHL…(2)本發(fā)明是通過(guò)調(diào)整反射層中與間隔層為同類材料的膜層M的厚度，來(lái)調(diào)整帶通膜系通帶兩側(cè)的截止寬度。通常，增加M厚度，以增加整個(gè)濾光片長(zhǎng)波方向的截止寬度，有更高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本發(fā)明就是應(yīng)用在中心波長(zhǎng)、帶寬、陡度等濾光片指標(biāo)已滿足要求，需要增加長(zhǎng)波方向截止寬度的場(chǎng)合。上述反射層中與間隔層為同類材料是指同為高折射率或?yàn)橥瑸榈驼凵渎什牧?，也可以是同一材料。例如，間隔層若為高折射率材料鍺，M也應(yīng)是高折射率材料，可以同樣是錯(cuò)，也可以同為其它聞?wù)凵渎什牧?，如娃、締鋪萊等。本發(fā)明是在已有的滿足中心波長(zhǎng)、通帶寬度、陡度要求的多腔結(jié)構(gòu)帶通膜系基礎(chǔ)上，對(duì)膜系中反射層內(nèi)M厚度進(jìn)行調(diào)整，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)長(zhǎng)波方向截止寬度增加的，具體的實(shí)施方法如下所述I)增加所有反射層中與間隔層為同類材料的膜層M的厚度，厚度的增加值小于原膜層厚度的0. 5倍；2)減少參考波長(zhǎng)，直至通帶的中心波長(zhǎng)和沒(méi)改變M厚度時(shí)一致；3)借助TFCalc或FilmWizard光學(xué)薄膜設(shè)計(jì)軟件,設(shè)定所述的反射層中與間隔層為同類材料的膜層為待優(yōu)化層，以具體的帶通濾光片指標(biāo)為優(yōu)化目標(biāo)，通過(guò)設(shè)定通帶頂部的透過(guò)率來(lái)控制通帶波紋，在步驟I)中所述的膜層厚度范圍內(nèi)對(duì)各膜層的厚度進(jìn)行優(yōu)化，得到各膜層的最終厚度。
本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于膜系相對(duì)簡(jiǎn)單而光譜特性曲線優(yōu)良，不必因?yàn)榻刂箤挾嚷杂胁罹嗑鸵淖冋麄€(gè)膜系結(jié)構(gòu)，也不必增加額外的膜層層數(shù)。


圖I為基片兩面分別鍍制多個(gè)法布里-珀珞諧振腔的帶通膜系和截止膜系構(gòu)成的帶通濾光片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中M是指反射層中與間隔層為同類材料的膜層。圖2為分別選取Ge、SiO作為H、L，膜系為L(zhǎng) 2H LHL 2H LHL 2H LHL 2H，參考波長(zhǎng)為3. 74 iim的帶通濾光片的光譜曲線。圖 3 為分別選取 Ge、SiO 作為 H、L，膜系為 L 2H LI. 4HL 2H LHL 2H LI. 4HL 2H，參考波長(zhǎng)為3. 66 y m的帶通濾光片的光譜曲線。圖4為分別選取Ge、SiO作為H、L，膜系為L(zhǎng) 2H LHL 2H LHL 2H，參考波長(zhǎng)為 3. 74 u m的帶通濾光片的光譜曲線。圖5為分別選取Ge、SiO作為H、L，膜系為L(zhǎng) 2H LI. 3HL 2H LI. 3HL 2H，參考波長(zhǎng)為3. 65ii m的帶通濾光片的光譜曲線。圖6為分別選取Ge、SiO作為H、L，膜系為L(zhǎng) 2H LHLHL 2H LHLHL 2H，參考波長(zhǎng)為3. 74 u m的帶通濾光片的光譜曲線。圖 7 為分別選取 Ge、SiO作為 H、L，膜系為 L 2H LI. 2HL1. 2HL 2H LI. 2HL1. 2HL 2H,參考波長(zhǎng)為3. 65 y m的帶通濾光片的光譜曲線。圖8為分別選取Ge、SiO作為H、L，膜系為L(zhǎng)H 2L HLH 2L HLH 2L HL，參考波長(zhǎng)為3. 74 u m的帶通濾光片的光譜曲線。圖 9 為分別選取 Ge、SiO 作為 H、L,膜系為 I. 3LH 2L HI. 3LH 2L HI. 3LH2L HL,參考波長(zhǎng)為3. 65 y m的帶通濾光片的光譜曲線。
具體實(shí)施例方式下面根據(jù)實(shí)例，來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。以3. 5^4. 0 U m紅外帶通濾光片的設(shè)計(jì)為例，展示其長(zhǎng)波方向截止寬度展寬的方法。(I)選取鍺(Ge)作為高折射率材料，一氧化硅(SiO)作為低折射率材料，采用4半波膜系L 2H LHL 2H LHL 2H LHL 2H，參考波長(zhǎng)為3. 74 y m，設(shè)計(jì)出的初始膜系結(jié)構(gòu)基本滿足了帶寬寬度、中心波長(zhǎng)位置，和通帶邊緣陡度的要求，其光譜曲線如圖2所示。在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，用戶希望波長(zhǎng)在6 處的信號(hào)可以被完全截止，所以需要進(jìn)一步展寬在長(zhǎng)波側(cè)的截止寬度。(2)采用本發(fā)明的方法展寬長(zhǎng)波側(cè)的截止寬度。首先增加所有反射層中M的厚度L 2H LI. 2HL 2H LI. 2HL 2H LI. 2HL 2H。此時(shí)M的厚度并非最終值，后面還要再做調(diào)整，所以各M層厚度的增加并不定量，可作多次嘗試，能達(dá)到截去6 u m處光信號(hào)的目的即可。(3)增加M的厚度后，中心波長(zhǎng)會(huì)向長(zhǎng)波方向發(fā)生偏移，將參考波長(zhǎng)調(diào)整為3. 66 u m,滿足通帶位置的要求。此時(shí)已經(jīng)達(dá)到了截去6 u m處光信號(hào)的效果，但通帶頂部的波紋振幅很大，不能滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。(4)為了壓縮通帶波紋,需借助TFCalc或FilmWizard光學(xué)薄膜設(shè)計(jì)軟件。設(shè)定各M為待優(yōu)化層，設(shè)定3. 56 3. 93 um為透過(guò)帶；2. 77 3. 33 u m為短波側(cè)截止帶；4. 22 6 u m為長(zhǎng)波側(cè)截止帶。進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后通帶頂部的波紋振幅明顯變小，最中間反射層內(nèi)M的厚度變?yōu)樽畛跏紩r(shí)的值，光學(xué)厚度變?yōu)镮左右。進(jìn)一步手動(dòng)改變其它兩個(gè)反射層內(nèi)M的厚度值，結(jié)合設(shè)計(jì)軟件，進(jìn)行多次調(diào)整，得到最終的較為理想的膜系L 2H LI. 4HL 2H LHL 2HLI. 4HL 2H，光譜曲線如圖3所示。若以1%為截止深度要求，通帶長(zhǎng)波側(cè)的截止波長(zhǎng)從5.937 iim，增加到6. 112um,截止寬度從I. 78增加到I. 94，增加了約9%，同時(shí)通帶頂部波形也得到了很明顯的改善。需要指出的是引用上述實(shí)例，只是為了便于對(duì)本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行描述，不是對(duì)本發(fā)明設(shè)計(jì)思路的限制。之所以特別選取該實(shí)例加以說(shuō)明，是因?yàn)樗潜景l(fā)明的最佳應(yīng)用范例，該實(shí)例不僅增加了帶通膜系長(zhǎng)波方向截止寬度，而且平抑了通帶頂部的波紋，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。對(duì)于其它情況，例如增加或減少了間隔層的帶通膜系(如三半波膜系L 2H LHL 2H LHL 2H變?yōu)長(zhǎng) 2H LI. 3HL 2H LI. 3HL 2H，長(zhǎng)波方向帶寬增加21. 8%，如圖4，5所示)；增加或減少了反射層層數(shù)的帶通膜系(如L 2H LHLHL 2H LHLHL 2H變?yōu)長(zhǎng) 2H LI. 2HL1. 2HL 2HLI. 2HL1. 2HL 2H，長(zhǎng)波方向帶寬增加15. 9%，如圖6，7所示)；改變間隔層為低折射率材料的帶通膜系(如 LH 2L HLH2L HLH 2L HL 變?yōu)?I. 3LH 2L HI. 3LH 2L HI. 3LH 2L HL，長(zhǎng)波方向帶寬增加19. 2%，如圖8，9所示)；或者改變高、低折射率材料的搭配的帶通膜系(如分別選取碲化鉛和硒化鋅作為高、低折射率材料)都適用本發(fā)明的設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明適用包括但不限于上述的各種情況，凡是符合本發(fā)明核心思想的設(shè)計(jì)，均屬于其保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種關(guān)于多腔結(jié)構(gòu)帶通濾光片帶外截止寬度的調(diào)整方法，其特征在于包括以下步驟 1)增加所有反射層中與間隔層為同類材料的膜層M的厚度，厚度的增加值小于原膜層厚度的0. 5倍； 2)減少參考波長(zhǎng)，直至通帶的中心波長(zhǎng)和沒(méi)改變M厚度時(shí)一致； 3)借助TFCalc或FilmWizard光學(xué)薄膜設(shè)計(jì)軟件，設(shè)定所述的反射層中與間隔層為同類材料的膜層為待優(yōu)化層，以具體的帶通濾光片指標(biāo)為優(yōu)化目標(biāo)，通過(guò)設(shè)定通帶頂部的透過(guò)率來(lái)控制通帶波紋，在步驟I)中所述的膜層厚度范圍內(nèi)對(duì)各膜層的厚度進(jìn)行優(yōu)化，得到各膜層的最終厚度。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種關(guān)于多腔結(jié)構(gòu)帶通濾光片帶外截止寬度的調(diào)整方法，該方法主要是調(diào)整構(gòu)成多腔結(jié)構(gòu)帶通濾光片的多個(gè)法布里-珀珞帶通膜系中的反射層，改變其中與間隔層為同類材料的膜層M的厚度，來(lái)調(diào)整濾光片的截止寬度。濾光片在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，通常需要有較寬的截止寬度。通過(guò)增加M的厚度，可以增加帶通濾光片長(zhǎng)波方向的截止寬度。M的厚度的增加值應(yīng)小于原膜層厚度的0.5倍，經(jīng)過(guò)調(diào)整以后，多腔結(jié)構(gòu)帶通濾光片在長(zhǎng)波方向的截止寬度可以增加9%以上。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于濾光片的膜系相對(duì)簡(jiǎn)單而光譜特性曲線優(yōu)良，不必因?yàn)榻刂箤挾嚷杂胁罹嗑鸵淖冋麄€(gè)膜系結(jié)構(gòu)，也不必增加額外的膜層層數(shù)。
文檔編號(hào)G02B5/20GK102798914SQ20121027604
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月3日
發(fā)明者蔡淵, 劉定權(quán) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所