[发明专利]具有改进的透射率的近红外光学干涉滤波器

说明书

干涉滤波器包括层堆叠，其包括多个层，所述多个层至少有：具有添加的氮的非晶氢化硅层(a‑Si:H,N)以及一个或多个介电材料层，例如SiO₂，SiO_x，SiO_xN_y，介电材料具有在1.9至2.7的范围内(含端点)的较高的折射率，等等。干涉滤波器被设计为具有在750‑1000nm范围内(含端点)的通带中心波长。在a‑Si:H,N层中添加的氮在通带中提供了改进的透射率，而在具有相当的透射率的a‑Si:H中观察到折射率没有大的降低。与使用SiO₂作为低折射率层的类似的干涉滤波器相比，具有1.9至2.7的范围内(含端点)的较高折射率的介电材料层提供了更小的角偏移。

本申请要求于2015年2月18日提交的题为“NEAR INFRARED OPTICALINTERFERENCE FILTERS WITH IMPROVED TRANSMISSION(具有改进的透射率的近红外光学干涉滤波器)”的美国临时申请62/117,598的权益。2015年2月18日提交的美国临时申请62/117,598的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

以下涉及光学领域、光学滤波器领域和相关领域。

背景技术

已知的透射型干涉滤波器采用交替的硅和二氧化硅(SiO₂)层的堆叠。已知这种器件用于低至约1100nm的短波和中波红外，这是因为硅和SiO₂在该范围内都是透明的。较低波长阈值(对应于光子能量上限阈值)由硅的吸收开始得到控制，硅在其结晶形式下具有约1.12eV的带隙。在这些器件中硅的关键优点是其高折射率。除了别的以外，光学干涉滤波器的光谱轮廓取决于照明角度。随着角度增加，滤波器转换到较短的波长。这种角偏移取决于所使用的材料和这些材料的分布。较高的折射率导致较少的角偏移。对于窄带滤波器，角偏移量限制了在光学系统中使用时滤波器的有用带宽。在具有大角度接受角的系统中，构造成例如产生低度角偏移的滤波器能具有比由折射率较低的材料构成的滤波器更窄的通带，因此具有更大的噪声抑制。

为了将器件操作扩展到近红外，还已知使硅氢化，以便使用氢化非晶硅(a-Si:H)和SiO₂的交替层。通过使硅氢化，降低了材料损耗和折射率。通过这种方法，可以实现在800-1000nm的范围内工作的非常高性能的干涉滤波器。

本文公开了一些改进。

发明内容

在本文公开的一个示例性方面中，公开了一种干涉滤波器，其包括层堆叠，层堆叠包括多个层，多个层至少有：添加了氮的非晶氢化硅(a-Si:H,N)层和一个或多个介电材料层，介电材料层的折射率低于a-Si:H,N的折射率。作为非限制性的实例，一个或多个介电材料可以包括SiO₂，低氧化硅(SiO_x)和/或氧氮化硅(SiO_xN_y)。在一些实施例中，一个或多个介电材料包括折射率在1.9至2.7的范围内(含端点)的介电材料层。在一些实施例中，a-Si:H,N具有1％与4％之间的氢和2％与6％之间的氮的原子浓度。层堆叠可以由诸如玻璃衬底的透明衬底支撑。

在本文公开的另一个示例性的方面中，干涉滤波器包括层堆叠，堆叠包括交替的a-Si:H,N和硅基介电层，其中干涉滤波器具有至少一个中心波长在750-1100nm的范围内(含端点)，或更优选在800-1100nm的范围内(含端点)的至少一个通带。作为非限制性实例，硅基介电层可以包括氧化硅(SiO_x)层和/或氮氧化硅(SiO_xN_y)层。在一些实施例中，a-Si:H,N具有4％与8％之间的氢和2％与2％之间的氮的原子浓度。层堆叠可以由诸如玻璃衬底的透明衬底支撑。