[发明专利]具有宽的低反射旁通带的多峰窄带反射滤光片

说明书

技术领域

本发明为一种光学滤光片器件，具体涉及到一种具有宽的低反射旁通带的多峰窄带反射滤光片及其制备方法，在光学仪器、天文、遥感以及光通讯等方面有着应用前景。

背景技术

现有的反射滤光片一般有以下两种：

1、基于全介质的光学薄膜

较为典型的反射滤光片为由高、低折射率材料组成的周期性多层膜结构。该结构存在着多个反射带，即主反射带和高级次反射带。半宽度由高、低膜层折射率的相对大小决定，对于常用的光学薄膜材料，主反射带的带宽约为反射带中心波长的30％，所以很难用这种方法得到窄带高反射滤光片。也可用高级次反射带实现比主反射带更窄的窄带反射，但由此使所镀膜层厚度大大增加，导致薄膜系中散射、应力等的增加，而且高级次反射峰带宽仍较宽。还可以对周期多层膜结构进行优化，以压缩反射带的带宽，实现凹陷滤光(notch filter)，但这类方法需要更多的膜层，而且目前所能实现的最窄的带宽至少也在10nm的量级。

2、基于亚波长波导光栅的光学滤光片

亚波长波导光栅滤光片可以实现窄带多峰高反射的功能，并且可以实现超窄反射带宽，但是这种滤光片的制备需要在多层膜结构上刻蚀微结构，尤其在可见光波段，微结构的尺度进入到亚微米，制备的技术和成本都非常高，因此这种方法目前多用于高端研究与应用。

早在七十年代就有研究人员从理论上提出介质-金属复合多层膜的方法来实现单峰高反射滤光片，但由于镀膜技术的限制一直没能在实验上制备出来，直到1989年才由Robin等人在实验上实现了这种复合窄带高反射滤光片，但仅仅用于近红外波段。随着对可见光研究的需要，1997年有人提出并实现了可见光波段的介质-金属滤光片。2007年，Sun等人提出并制备了结构更简单的用于可见光波段的介质-金属滤光片，但是这种结构滤光片的低反射旁通带较窄，仅为120nm，因而限制了这种结构滤光片的应用范围，而且上述研究均是针对单峰窄带反射而进行。多峰窄带反射相比之单峰窄带反射具有了多个窄带反射峰，因此在多通道滤光，通讯等方面有实际需求，而具有宽的低反射旁通带的多峰窄带反射滤光片则使设计的薄膜达到实际可用的阶段。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种既可以制备，又具有宽的低反射旁通带的多峰窄带反射滤光片及其制备方法。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是：一种具有宽的低反射旁通带的多峰窄带反射滤光片，膜系结构是以非对称Fabry-Perot结构为基础的多重介质-金属复合膜系，其中，所述的膜系结构为：

Sub|(HL)^m1H(α₁LHLH)(α₂LHLH)……(α_qLHLH)L(HL)^m2βMP|Air。

本发明所提出的非对称Fabry-Perot介质-金属结构在标准Fabry-Perot结构的基础上通过改进而得到，其中主要是调整标准Fabry-Perot结构两个反射镜中的一个的反射率而获得。标准Fabry-Perot结构是一种关于中间间隔层对称的结构，如果在间隔层的一侧增加或减少若干个周期，则间隔层两边不再对称，这种失去对称性的Fabry-Perot即构成了非对称Fabry-Perot结构。

所设计的非对称Fabry-Perot结构上叠加金属层，利用特殊金属层的吸收特性来实现宽波段高吸收，同时利用Fabry-Perot结构中的间隔层来产生吸收泄露区，并进一步在特殊金属层外侧匹配介质膜系以展宽低反射区，从而实现具有宽的低反射区的窄带高反射滤光特性。这里的特殊金属特指高吸收性金属，即折射率和吸收系数满足n≈k，在膜系结构中以M表示，M可以是钨、铬、铁、镍、铅、铑或Inconel合金，也可以是其他高吸收性金属，下面的论述中全部以Cr金属为例。