[发明专利]一种窄带干涉滤光片的镀制工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种窄带干涉滤光片的镀制工艺。

背景技术

窄带干涉滤光片的特点在于通带很窄，截止带的截止深度很深。它在生化检 测、光学测距和安防监控等领域有着广泛的应用。

窄带滤光片的膜系结构特点：

窄带滤光片的结构采用F-P腔原理，两个反射板夹一个腔层组成一个F-P 腔，窄带滤光片的膜系通常是多个F-P腔结构串联，其结构是：反射板|腔层| 反射板|耦合层|反射板|腔层|反射板|耦合层|反射板|腔层|反射板|。 有一个腔层的叫单腔滤光片，有多个腔层的叫多腔滤光片。在薄膜设计中，用高 低折射率相互交替组合构成一个反射板，高折射率材料用H表示，低折射率用L 表示，H和L的n个重复周期就用(HL)^n表示，腔层是由偶数个H或偶数个L 组成，如2H，4H，2L，4L等，耦合层为一个L，当腔层采用低折射率材料时， 反射板形式为(HL)^nH，当腔层采用高折射率材料时，反射板形式为(HL)^ n。

常规的窄带膜系结构为：

(HL)^n H 2L (HL)^n H L (HL)^m H 2L (HL)^m H L (HL)^k H 2L (HL)^k H

(HL)^n 2H (LH)^n L (HL)^m 2H (LH)^m L (HL)^k 2H (LH)^k

n，m，k为不同反射板对应的重复周期，H代表高折射率材料，1H代表一个 1/4波长的高折射率材料光学厚度，L代表低折射率材料，1L代表一个1/4波长 的低折射率材料光学厚度。

根据不同的需要，腔层有时采用高折射率材料，有时采用低折射率材料，有时采 用两者的混合。

在生化分析应用领域，对窄带滤光片的截止深度要求很高，比如截止区的透 过率＜0.001％以下，半高宽要求很窄，比如要求10nm以下。为达到这种性能要 求，窄带滤光片需要做成4腔或5腔以上的多腔滤光片。

窄带干涉滤光片一般都用极值法光控的手段来监控每一层膜的厚度，也就是 随着膜厚的增加，穿过膜层的透过率在不断变化，而且每镀完一个1/4波长的光 学厚度时，光强信号出现极值，利用此原理对每一种材料进行厚度监控。用光控 法的优点是由于在控制极值过程中监控的是光学厚度，光学厚度是物理厚度和折 射率的乘积，透过率极值点的到达与否与光学厚度相关，后镀制的膜层会对已镀 制的膜层的光学厚度进行补偿，保证出现极值点的位置就是监控波长的位置，所 以光学厚度监控对波长位置进行自动跟踪补偿，所以中心波长位置准确。另外一 种常见的膜厚控制手段是晶振控制，用晶振控制的话，由于控制的是物理厚度， 不是光学厚度，所以无法实现光学厚度补偿，因此用晶振控制膜厚的话很难把窄 带滤光片的位置做准，而且由于晶振控制会带来随机误差，控制过程中又没有对 光学厚度进行补偿，最后导致通带的峰值透过率无法提高。用极值光控法制作窄 带滤光片的难点是如何精确控制各膜层的光学厚度，而且从窄带滤光片的结构中 可以看出，它的对称性很好，如果一旦破坏这个对称性，通带的透过率就会急剧 下降，达不到应用需要。如果控制仪器的控制精度很高，镀膜时的材料折射率又 非常稳定，那么用极值光控法是可行的。但在实际制备过程中，真要做到高精度 的光控很难，因为光控时是采用极值回头来控制的，只有知道信号回头才能确定 停止位置，这说明极值法控制会引入误差，一般有3％左右的误差。另外采用极 值法控制要求光信号的差值要足够大，以至于能够清楚地分辨。然而在镀制窄带 干涉滤光片膜系时，耦合层的信号变化是非常小的，有的甚至不变化，或者由于 前面膜层的控制误差导致耦合层的信号呈反方向变化，这些现象都将导致耦合层 膜厚无法监控，从而导到整个窄带滤光片的镀制失败。以膜系(HL)^2 2H  (LH)^2L (HL)^2H 2L(HL)^2H L(HL)^3 2H (LH)^3 L (HL)^2 H 2L(HL)^2 HL (HL)^2 2H (LH)^2为例，设H为TiO₂材料，L为SiO₂材料，其理想的光 控信号如图1所示。