[发明专利]940nm窄带滤光片及其递变膜系设计方法

摘要

本发明涉及一种940nm窄带滤光片及其设计方法，包括基板、第一递变膜堆和第二递变膜堆，第一递变膜堆沉积在基板上表面，第二递变膜堆设置于第一递变膜堆上表面，膜系结构为：Sub│(α1Hβ1Lα2Hβ2L…αnHβnL)(i1Hk1Li2Hk2L…inHknL)│Air；第一递变膜堆和第二递变膜堆中高折射率材料膜层光学厚度系数形成的曲线与低折射率材料膜层的光学厚度系数形成的曲线分别为正弦曲线中的0～π/2、π/2～π、π～3π/2或3π/2～2π数值区间内的波形，两条曲线递变趋势相反。本发明采用通用折射率膜料、真空蒸镀法、低成本制备出940nm窄带滤光片，该滤光片具有中心波长为940nm的窄带透过光谱，透射带的上升沿和下降沿陡峭，波形矩形度好。 1

主权项

1.一种940nm窄带滤光片，其特征在于：包括基板、第一递变膜堆和第二递变膜堆，所述第一递变膜堆沉积在基板上表面，所述第二递变膜堆设置于第一递变膜堆上表面，膜系结构为：Sub│(α₁Hβ₁Lα₂Hβ₂L…α_nHβ_nL)(i₁Hk₁Li₂Hk₂L…i_nHk_nL)│Air；

其中，Sub代表基板，(α₁Hβ₁Lα₂Hβ₂L…α_nHβ_nL)为第一递变膜堆，(i₁Hk₁Li₂Hk₂L…i_nHk_nL)为第二递变膜堆，Air代表空气；H表示高折射率材料膜层，L表示低折射率材料膜层；一个高折射率材料膜层和一个相邻与之配对的低折射率材料膜层形成一个高低对偶单元，n为第一递变膜堆、第二递变膜堆中高低对偶单元数量，n取整数；α、i表示各膜堆中高折射率材料膜层的光学厚度系数，即基板垂直方向上膜层光学厚度占λ₀/4的倍数，β、k表示各膜堆中低折射率材料膜层的光学厚度系数，即基板垂直方向上膜层光学厚度占λ₀/4的倍数，λ₀为中心波长。

2.如权利要求1所述的940nm窄带滤光片，其特征在于：所述第一膜堆中高折射率材料膜层H的光学厚度系数α₁，α₂，...，α_n形成的曲线与低折射率材料膜层L的光学厚度系数β₁，β₂，...，β_n形成的曲线分别为正弦曲线中的0～π/2、π/2～π、π～3π/2或3π/2～2π数值区间内的波形，且两条曲线递变趋势相反。

3.如权利要求1所述的940nm窄带滤光片，其特征在于：所述第二膜堆中高折射率材料膜层H的光学厚度系数i₁，i₂，...，i_n形成的曲线与低折射率材料膜层L的光学厚度系数k₁，k₂，...，k_n形成的曲线分别为正弦曲线中的0～π/2、π/2～π、π～3π/2或3π/2～2π数值区间内的波形，且两条曲线递变趋势相反。

4.如权利要求1所述的940nm窄带滤光片，其特征在于：所述高折射率材料膜层H的光学厚度系数α、i的取值范围为，0.2≤α、i≤2.7，所述低折射率材料膜层L的光学厚度系数β、k的取值范围为，0.2≤β、k≤2.7。

5.如权利要求1所述的940nm窄带滤光片，其特征在于：所述(i₁，i₂，...，i_n)＝m(α₁，α₂，...，α_n),(k₁，k₂，...，k_n)＝m(β₁，β₂，...，β_n),其中1.4≤m≤1.5。

6.如权利要求1所述的940nm窄带滤光片，其特征在于：所述高折射率材料膜层H的物理厚度为10～300nm，低折射率材料膜层L的物理厚度为10～300nm。

7.如权利要求1所述的940nm窄带滤光片，其特征在于：所述高折射率材料膜层H的折射率为2.05～3.00，所述低折射率材料膜层L的折射率为1.30～1.65。

8.如权利要求1所述的940nm窄带滤光片，其特征在于：所述折射率材料膜层含有TiO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅中的一种或几种，所述低折射率材料膜层含有SiO₂、MgF₂中的一种或两种混合物。

9.如权利要求1所述的940nm窄带滤光片，其特征在于：所述基板采用短波吸收基板。

10.权利要求1所述的940nm窄带滤光片的递变膜系设计方法，其特征在于：

(1)编辑初始膜系：根据中心波长940nm选择高折射率材料H、低折射率材料L，使用膜堆公式编辑膜系，生成第一递变膜堆初始膜系，其中每一个高低对偶单元的HL对偶差值为一固定常数C，C来源于高折射率材料H的折射率散布的精确计算，具体计算公式为：

C＝(n_λ＝300nm‑n_λ＝900nm)×10^‑2

(2)膜厚裁剪，在保证HL对偶差值基本不变的前提下，使高折射率材料膜层H的光学厚度系数α₁，α₂，...，α_n以及低折射率材料膜层L的光学厚度系数β_n，β_n‑1，...，β₁形成的曲线分别遵循同一个正弦曲线的四个半弦的波形变化，在正弦曲线中的0～π/2、π/2～π、π～3π/2或3π/2～2π数值区间内的相同递变规律；

(3)将裁剪后的高折射率材料膜层H的光学厚度系数α₁，α₂，...，α_n以及低折射率材料膜层L的光学厚度系数β_n，β_n‑1，...，β₁分拆，α₁β₁、α₂β₂、...、α_nβ_n一一重新配对，生成第一递变膜堆最终膜系。

(4)第二递变膜堆膜系确定，根据(i₁，i₂，...，i_n)＝m(α₁，α₂，...，α_n),(k₁，k₂，...，k_n)＝m(β₁，β₂，...，β_n)，其中1.4≤m≤1.5，生成第二递变膜堆膜系；

(5)将基板透过率曲线与第一递变膜堆透过率曲线与第二递变膜堆透过率曲线相结合，得到940nm窄带滤光片。