[发明专利]一种适用于任意光的超高透射率减色滤波器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学微器件制备技术，特别涉及一种适用于任意光（TE、TM）的超高透射率减色滤波器及其制备方法。 

背景技术

传统的滤色片由于采用有机染料或化学颜料，容易受化学物质的腐蚀，在长时间的紫外线照射或高温下性能也会下降。此外，为了将各种像素单元排列成大面积阵列，必需进行高度精确的光刻对准，这显著增加了制造的复杂性和成本。近期出现的利用刻有周期性孔洞的单层金属膜制作的增色滤波器是克服上述局限性的一种途径。这种等离子滤波器选择性透过与表面等离子激元激发相关的频带，截止其他可见光。这些透射频带可以在整个可见光谱上通过简单地调节几何参数，如周期，形状和纳米孔的尺寸进行调谐，从而导致高色彩可调性，但其低透射率（在可见光波段仅为30 ％）仍是限制其商业应用的瓶颈。而有研究者通过金属 - 绝缘体 - 金属（MIM）或金属 - 电介质（MD）结构的波导纳米谐振腔形成的等离子激元增色滤波器虽可实现50~80％的高透射率，但由于其复杂的多层设计，并不适合于低成本的纳米加工和设备集成。

发明内容

本发明克服了现有滤波器的不足，设计了一种适用于任意光的超高透射率减色滤波器及其制备方法。

一种适用于任意光的超高透射率减色滤波器，所述的超高透射率减色滤波器具有一个玻璃基片，在玻璃基片上设有一层Ag膜，所述的Ag膜厚范围是20~30nm，在Ag膜上刻有周期性圆形小孔。

所述的超高透射率减色滤波器不依赖光源，在TE/TM偏振白光的照射下均有滤波作用。

所述的超高透射率减色滤波器的峰值透射率高达60~70%。

所述周期性圆形小孔的周期为120~372nm，占空比为0.5。

一种适用于任意光的超高透射率减色滤波器的制备方法，在平整度小于一个光圈、粗糙度小于1nm的玻璃基片上用磁控溅射的方法镀有一层超薄的Ag膜，膜厚为20~30nm，在Ag膜上刻有周期性圆形小孔。

所述滤波器不依赖光源，在TE/TM偏振白光的照射下均有滤波作用。

所述滤波器的峰值透射率高达60~70%。

所述小孔的周期为120~372nm，占空比为0.5。

本发明的有益效果：本发明同时具有高透射效率、结构简单、低成本的特点，不依赖光源，在TE/TM偏振白光的照射下均有滤波作用。

附图说明

图1 是本发明的超高透射率减色滤波器的剖视图；

图2 是本发明的超高透射率减色滤波器的俯视图；

图3 是TE/TM偏振白光照射下透射极小值的波长λ_min 和膜厚d，周期p之间的关系拟合曲面图；

图4 a和b是用FDTD Solutions仿真的Ag膜厚度d为20nm，周期p为312nm的圆形小孔阵列滤波器分别在TE和TM偏振白光照明下的透射率曲线；

图5 a和b是Ag膜厚度d为30nm，各周期的圆形小孔阵列滤波器分别在TE和TM偏振白光照明下拍摄的光学显微图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

本发明用刻有二维（2D）亚波长光栅的超薄Ag膜实现的60~ 70％高透射率等离子激元减色滤波器。这种减色滤波方案是通过从可见光谱中消除特定的颜色（例如青色，品红色和黄色，CMY）的互补部分（即红色，绿色和蓝色， RGB）来获得这些颜色。这种刻有二维亚波长光栅的减色滤波器对光源没有依赖性，在TE/TM偏振白光的照射下，由于光与表面等离子体激元的相互作用，会在可见光某个波段产生透射率极小值，相应的会呈现出该极小值波长的颜色的补色，具有滤波作用。

本发明减色滤波器，克服现有滤波器的局限性，不仅具有超高透射率，而且结构简洁，其超薄超精细的微纳结构设计，使其具有亚微米的空间分辨率，能够制作出的像素，比现有商用图像传感器具有的最小像素更小，易于集成，成为集成滤波器，而集成滤波器是未来的显示器、图像传感器、数码摄像机、投影仪和其他光学测量仪器的重要组件。

如图1和图2所示，仿真了一种适用于任意光（TE、TM）的超高透射率减色滤波器,，在玻璃基片上设置有一层超薄的Ag膜，一系列膜厚范围是10~50nm，步长5nm，在Ag膜上刻有周期性圆形小孔结构。