CN101281264A

CN101281264A - 低角度效应的窄带滤光片

Info

Publication number: CN101281264A
Application number: CNA2008100616215A
Authority: CN
Inventors: 顾培夫; 陈海星; 张梅骄; 艾曼灵
Original assignee: Keting Optical Tech Co Ltd Hangzhou
Current assignee: Keting Optical Tech Co Ltd Hangzhou
Priority date: 2008-05-23
Filing date: 2008-05-23
Publication date: 2008-10-08

Abstract

本发明公开了一种低角度效应的窄带滤光片。它由高折射率的介质膜－金属膜交替的奇数层膜组成，在基底上依次设有高折射率薄膜、Ag膜、二级次膜厚的高折射率薄膜、Ag膜、二级次膜厚的高折射率薄膜、Ag膜、高折射率薄膜或者在基底上依次设有高折射率薄膜、Ag膜、二级次膜厚的高折射率薄膜、Ag膜、高折射率薄膜，其中，高折射率薄膜材料为：TiO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅或ZnS中的一种或多种，二级次膜厚的高折射率薄膜为TiO₂或Ta₂O₅中的一种或二种。本发明可实现低角度效应的窄带滤光片，即当滤光片使用于斜入射光或/和大锥角光照明时，不仅中心波长向短波移动少，而且滤光片特性保持良好，突破了现用窄带滤光片不能用于较大入射角和光锥角的限制。

Description

低角度效应的窄带滤光片

技术领域

本发明涉及滤光片，尤其涉及一种低角度效应的窄带滤光片。

背景技术

滤光片广泛应用于光学、光谱学、激光、天文物理学等各个领域。法布里-珀罗干涉滤光片是最简单而又最常用的窄带干涉滤光片，它是1899年出现的法布里-珀罗干涉仪的基础上经过改进后得到的。尽管今天有许多种滤光片结构，从材料上分，有金属、金属介质组合和全介质滤光片；从结构上分，有单腔(半波)、双腔(半波)和多腔(半波)滤光片；此外，还有一种诱导透射滤光片。所有这些滤光片，其基本原理都是基于光在法布里-珀罗滤光片间隔层中的多次反射后干涉加强而达到滤光目的的，即在某些波长上干涉加强使透射增强的同时，在另外的波长区域干涉抵消使透射降低而被抑制。但是很遗憾，这种基于法布里-珀罗干涉原理的滤光片都有一个致命的弱点，即它们都只能用于垂直入射的准直光中，否则滤光片特性就会明显恶化，即使入射角只有30度也是如此，更有甚者，当入射光同时具有一定孔径角(光锥角)时，那就更是雪上加霜了。但实际使用情况恰恰是既非垂直入射光又需要大孔径角收集光，以致这些场合不能使用这种滤光片或使用效率很低。由于迄今尚没有新的技术解决此问题，所以有时只好修改光学系统设计，以维持滤光片免强工作。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种低角度效应的窄带滤光片。

低角度效应的窄带滤光片由高折射率的介质膜-金属膜交替的奇数层膜组成，在基底上依次设有高折射率薄膜、Ag膜、二级次膜厚的高折射率薄膜、Ag膜、二级次膜厚的高折射率薄膜、Ag膜、高折射率薄膜或者在基底上依次设有高折射率薄膜、Ag膜、二级次膜厚的高折射率薄膜、Ag膜、高折射率薄膜，其中，高折射率薄膜材料为：TiO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅或ZnS中的一种或多种，二级次膜厚的高折射率薄膜为TiO₂或Ta₂O₅中的一种或二种。

所述的基底的材料为玻璃或塑料。高折射率薄膜的厚度为30～80nm。二级次膜厚的高折射率薄膜的厚度为150～550nm。Ag膜的厚度为30～60nm。

本发明采用另外一种结构的滤光片来实现滤光，这种滤光片并不基于法布里-珀罗干涉滤光片的干涉原理，它没有间隔层，它是一种高折射率膜与金属膜的交替膜，高折射率膜层的厚度通常小于滤光片中心波长的四分之一，层数可以5层或7层。为得到较好的滤光片窄带性能，层数多选7层，而且靠中央的两层高折射率膜层的厚度选为高级次。这种滤光片主要是基于某些波长上金属的吸收降低而使透射增强的原理。使用这种结构，即使滤光片使用于斜入射光或/和大锥角光时，不仅滤光片中心波长短移较少，而且仍能保持其特性基本良好，从而突破了现用窄带滤光片不能用于较大入射角和光锥角的限制。

附图说明

图1为低角度效应窄带滤光片的结构示意图；图中：基底1、高折射率薄膜2、二级次膜厚的高折射率薄膜3、Ag膜4；

图2为本发明的低角度效应窄带滤光片(a)与法布里-珀罗单腔干涉滤光片(b)在垂直入射准直光时的特性比较图；

图3为本发明的低角度效应窄带滤光片(a)与法布里-珀罗单腔干涉滤光片(b)在30度入射角并以20度光锥角入射时的特性比较图；

图4为本发明的低角度效应窄带滤光片(a)与法布里-珀罗单腔干涉滤光片(b)在45度入射角并以30度光锥角入射时的特性比较图。

具体实施方式

如图1所示，低角度效应的窄带滤光片高折射率的介质膜-金属膜交替的奇数层膜组成，在基底1上依次设有高折射率薄膜2、Ag膜4、二级次膜厚的高折射率薄膜3、Ag膜4、二级次膜厚的高折射率薄膜3、Ag膜4、高折射率薄膜2或者在基底1上依次设有高折射率薄膜2、Ag膜4、二级次膜厚的高折射率薄膜3、Ag膜4、高折射率薄膜2，其中，高折射率薄膜材料为：TiO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅或ZnS中的一种或多种，二级次膜厚的高折射率薄膜为TiO₂或Ta₂O₅中的一种或二种。

所述的基底1的材料为玻璃或塑料。高折射率薄膜2的厚度为30～80nm。二级次膜厚的高折射率薄膜3的厚度为150～550nm。Ag膜4的厚度为30～60nm。每层膜的厚度根据滤光片的中心波长、半宽度和所选高折射率材料的不同而有所不同，特别是当半宽度要求较小时，靠中心的二层高折射率膜需选用高级次膜；金属膜常选Ag膜，其厚度由滤光片的中心波长和半宽度决定。使用这种结构，就可实现低角度效应的窄带滤光片，即当滤光片使用于斜入射光或/和大锥角光时，不仅滤光片中心波长向短波移动较小，而且特性变化也较小。

图2-4是现用法布里-珀罗单腔滤光片与本发明的滤光片在不同入射角和光锥角下的特性比较。两个膜系结构具体为：

法布里-珀罗13层滤光片：G|(HL)³HH(LH)³|A，H-TiO₂，L-SiO₂，中心波长538nm

本发明的7层滤光片：G|H Ag H Ag H Ag H |A，H-TiO₂

膜厚d：42.4 32 516.6 56 516.6 38 42.4G为基底，A为空气，HH称法布里-珀罗干涉滤光片的间隔层。需要说明的是：1).前面已指出，法布里-珀罗干涉滤光片的种类很多，这里仅以全介质单腔滤光片为例，因为它是最基本、最简单的结构，相对说来角度效应最小；2).高折射率材料作为间隔层的角度效应比低折射率间隔层要小，故选高折射率的间隔层；3).滤光片的角度效应与其半宽度相关，故上述两个滤光片的半宽度设计成相近。

图2是滤光片在垂直入射且光锥角为零时的计算结果。可以看出，本发明的滤光片相比于法布里-珀罗干涉滤光片，虽然膜层数少，但是中心波长两侧的截止度高；另一方面，由于使用了Ag膜，使中心波长的透射率有所降低。

图3是滤光片在30度入射角且光锥角为20度时的计算结果。可以看出，本发明的滤光片相比于法布里-珀罗干涉滤光片，虽然采用了角度效应最小的法布里-珀罗滤光片结构，但仍具有：1).随入射角和光锥角增大，中心波长向短波移动量较少；2).透射率下降和半宽度增大相对较少，说明s-和p-偏振光分离减少；3).截止深度优势明显。

图4是滤光片在45度入射角且光锥角为30度时的计算结果。可以看出，法布里-珀罗干涉滤光片已完全失去滤光片的特性，不仅中心波长短移大、峰值透射率大幅下降、半宽度显著增大，而且更严重的是二侧截止度恶化，因而已无法作为滤光片使用。但本发明的滤光片仍具有较好的滤光性能。

本发明的窄带滤光片可用于较大入射角和光锥角的系统中，使特性不致于明显恶化。

Claims

1.一种低角度效应的窄带滤光片，其特征在于滤光片由高折射率的介质膜-金属膜交替的奇数层膜组成，在基底(1)上依次设有高折射率薄膜(2)、Ag膜(4)、二级次膜厚的高折射率薄膜(3)、Ag膜(4)、二级次膜厚的高折射率薄膜(3)、Ag膜(4)、高折射率薄膜(2)或者在基底(1)上依次设有高折射率薄膜(2)、Ag膜(4)、二级次膜厚的高折射率薄膜(3)、Ag膜(4)、高折射率薄膜(2)，其中，高折射率薄膜材料为：TiO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅或ZnS中的一种或多种，二级次膜厚的高折射率薄膜为TiO₂或Ta₂O₅中的一种或二种。

2.根据权利要求1所述的一种低角度效应的窄带滤光片，其特征在于所述的基底(1)的材料为玻璃或塑料。

3.根据权利要求1所述的一种低角度效应的窄带滤光片，其特征在于所述的高折射率薄膜(2)的厚度为30～80nm。

4.根据权利要求1所述的一种低角度效应的窄带滤光片，其特征在于所述的二级次膜厚的高折射率薄膜(3)的厚度为150～550nm。

5.根据权利要求1所述的一种低角度效应的窄带滤光片，其特征在于所述的Ag膜(4)的厚度为30～60nm。