CN102798914B - 一种关于多腔结构带通滤光片带外截止宽度的调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种关于多腔结构带通滤光片带外截止宽度的调整方法，该方法主要是调整构成多腔结构带通滤光片的多个法布里-珀珞带通膜系中的反射层，改变其中与间隔层为同类材料的膜层M的厚度，来调整滤光片的截止宽度。滤光片在实际的应用过程中，通常需要有较宽的截止宽度。通过增加M的厚度，可以增加带通滤光片长波方向的截止宽度。M的厚度的增加值应小于原膜层厚度的0.5倍，经过调整以后，多腔结构带通滤光片在长波方向的截止宽度可以增加9%以上。本发明的优点在于滤光片的膜系相对简单而光谱特性曲线优良，不必因为截止宽度略有差距就要改变整个膜系结构，也不必增加额外的膜层层数。

Description

一种关于多腔结构带通滤光片带外截止宽度的调整方法

技术领域

本发明涉及光学薄膜技术，具体涉及一种关于多腔结构带通滤光片带外截止宽度的调整方法。

背景技术

带通滤光片在遥感探测，光谱学及光电子领域有着非常广泛的应用。构成带通滤光片通常有两种方法：第一种是基片两面分别镀制长波通和短波通截止膜系；第二种是基片两面分别镀制含多个法布里-珀珞谐振腔的带通膜系和截止膜系。第二种方法较容易制作出波形较好的带通滤光片，但使用这种方法会存在一些问题，如截止宽度不够的问题。在基片的一面镀制前截止膜系，通常就能满足用户在短波方向的截止宽度要求；而基片的另一面，依靠带通膜系来满足长波方向的截止宽度的要求，有时会遇到困难。

发明内容

本发明提出了一种关于多腔结构带通滤光片带外截止宽度的调整方法，这样就可以在一定程度上加宽带通膜系长波方向的截止宽度。

本发明一种关于多腔结构带通滤光片的膜系的结构为：反射层|间隔层|反射层。主要有以下两种形式（其中H代表高折射率材料，L代表低折射率材料）：

                 …HLH|LL|HLH…                （1）

               或…LHL|HH|LHL…                （2）

本发明是通过调整反射层中与间隔层为同类材料的膜层M的厚度，来调整带通膜系通带两侧的截止宽度。通常，增加M厚度，以增加整个滤光片长波方向的截止宽度，有更高的实际应用价值。本发明就是应用在中心波长、带宽、陡度等滤光片指标已满足要求，需要增加长波方向截止宽度的场合。

上述反射层中与间隔层为同类材料是指同为高折射率或为同为低折射率材料，也可以是同一材料。例如，间隔层若为高折射率材料锗，M也应是高折射率材料，可以同样是锗，也可以同为其它高折射率材料，如硅、碲镉汞等。

本发明是在已有的满足中心波长、通带宽度、陡度要求的多腔结构带通膜系基础上，对膜系中反射层内M厚度进行调整，来实现对长波方向截止宽度增加的，具体的实施方法如下所述：

1）增加所有反射层中与间隔层为同类材料的膜层M的厚度，厚度的增加值小于原膜层厚度的0.5倍；

2）减少参考波长，直至通带的中心波长和没改变M厚度时一致；

3）借助TFCalc或FilmWizard光学薄膜设计软件，设定所述的反射层中与间隔层为同类材料的膜层为待优化层，以具体的带通滤光片指标为优化目标，通过设定通带顶部的透过率来控制通带波纹，在步骤1）中所述的膜层厚度范围内对各膜层的厚度进行优化，得到各膜层的最终厚度。

本发明优点在于：膜系相对简单而光谱特性曲线优良，不必因为截止宽度略有差距就要改变整个膜系结构，也不必增加额外的膜层层数。

附图说明

图1为基片两面分别镀制多个法布里-珀珞谐振腔的带通膜系和截止膜系构成的带通滤光片的结构示意图。图中M是指反射层中与间隔层为同类材料的膜层。

图2为分别选取Ge、SiO作为H、L，膜系为L 2H LHL 2H LHL 2H LHL 2H，参考波长为3.74μm的带通滤光片的光谱曲线。

图3为分别选取Ge、SiO作为H、L，膜系为L 2H L1.4HL 2H LHL 2HL1.4HL 2H，参考波长为3.66μm的带通滤光片的光谱曲线。

图4为分别选取Ge、SiO作为H、L，膜系为L 2H LHL 2H LHL 2H，参考波长为3.74μm的带通滤光片的光谱曲线。

图5为分别选取Ge、SiO作为H、L，膜系为L 2H L1.3HL 2H L1.3HL 2H，参考波长为3.65μm的带通滤光片的光谱曲线。

图6为分别选取Ge、SiO作为H、L，膜系为L 2H LHLHL 2H LHLHL 2H，参考波长为3.74μm的带通滤光片的光谱曲线。

图7为分别选取Ge、SiO作为H、L，膜系为L 2H L1.2HL1.2HL 2HL1.2HL1.2HL 2H，参考波长为3.65μm的带通滤光片的光谱曲线。

图8为分别选取Ge、SiO作为H、L，膜系为LH 2L HLH 2L HLH 2L HL，参考波长为3.74μm的带通滤光片的光谱曲线。

图9为分别选取Ge、SiO作为H、L，膜系为1.3LH 2L H1.3LH 2L H1.3LH2L HL，参考波长为3.65μm的带通滤光片的光谱曲线。

具体实施方式

下面根据实例，来说明本发明的具体实施方式。

以3.5~4.0μm红外带通滤光片的设计为例，展示其长波方向截止宽度展宽的方法。

（1）选取锗（Ge）作为高折射率材料，一氧化硅（SiO）作为低折射率材料，采用4半波膜系L 2H LHL 2H LHL 2H LHL 2H，参考波长为3.74μm，设计出的初始膜系结构基本满足了带宽宽度、中心波长位置，和通带边缘陡度的要求，其光谱曲线如图2所示。在实际的应用过程中，用户希望波长在6μm处的信号可以被完全截止，所以需要进一步展宽在长波侧的截止宽度。

（2）采用本发明的方法展宽长波侧的截止宽度。首先增加所有反射层中M的厚度：L 2H L1.2HL 2H L1.2HL 2H L1.2HL 2H。此时M的厚度并非最终值，后面还要再做调整，所以各M层厚度的增加并不定量，可作多次尝试，能达到截去6μm处光信号的目的即可。

（3）增加M的厚度后，中心波长会向长波方向发生偏移，将参考波长调整为3.66μm，满足通带位置的要求。此时已经达到了截去6μm处光信号的效果，但通带顶部的波纹振幅很大，不能满足实际应用的要求。

（4）为了压缩通带波纹，需借助TFCalc或FilmWizard光学薄膜设计软件。设定各M为待优化层，设定3.56~3.93μm为透过带；2.77~3.33μm为短波侧截止带；4.22~6μm为长波侧截止带。进行优化，优化后通带顶部的波纹振幅明显变小，最中间反射层内M的厚度变为最初始时的值，光学厚度变为1左右。进一步手动改变其它两个反射层内M的厚度值，结合设计软件，进行多次调整，得到最终的较为理想的膜系：L 2H L1.4HL 2H LHL 2H L1.4HL 2H，光谱曲线如图3所示。

若以1%为截止深度要求，通带长波侧的截止波长从5.937μm，增加到6.112μm，截止宽度从1.78增加到1.94，增加了约9%，同时通带顶部波形也得到了很明显的改善。

需要指出的是：引用上述实例，只是为了便于对本发明的设计思路进行描述，不是对本发明设计思路的限制。之所以特别选取该实例加以说明，是因为它是本发明的最佳应用范例，该实例不仅增加了带通膜系长波方向截止宽度，而且平抑了通带顶部的波纹，具有很强的实用价值。

对于其它情况，例如增加或减少了间隔层的带通膜系（如三半波膜系L 2HLHL 2H LHL 2H变为L 2H L1.3HL 2H L1.3HL 2H，长波方向带宽增加21.8%，如图4，5所示）；增加或减少了反射层层数的带通膜系（如L 2H LHLHL 2HLHLHL 2H变为L 2H L1.2HL1.2HL 2H L1.2HL1.2HL 2H，长波方向带宽增加15.9%，如图6，7所示）；改变间隔层为低折射率材料的带通膜系（如LH 2L HLH2L HLH 2L HL变为1.3LH 2L H1.3LH 2L H1.3LH 2L HL，长波方向带宽增加19.2%，如图8，9所示）；或者改变高、低折射率材料的搭配的带通膜系（如分别选取碲化铅和硒化锌作为高、低折射率材料）都适用本发明的设计方法。

本发明适用包括但不限于上述的各种情况，凡是符合本发明核心思想的设计，均属于其保护范围。

Claims (1)

1.一种关于多腔结构带通滤光片带外截止宽度的调整方法，其特征在于包括以下步骤：

1)建立3.5～4.0μm红外带通滤光片膜系结构，选取锗作为高折射率材料，一氧化硅作为低折射率材料，采用4半波膜系L2H LHL2H LHL2H LHL2H，参考波长为3.74μm；其中：H代表高折射率材料，L代表低折射率材料；

2)增加所有反射层中与间隔层为同类材料的膜层M的厚度：L2H L1.2HL2H L1.2HL2H L1.2HL2H；

3)将参考波长调整为3.66μm，借助TFCalc或FilmWizard光学薄膜设计软件，设定各M为待优化层，设定3.56～3.93μm为透过带，2.77～3.33μm为短波侧截止带，4.22～6μm为长波侧截止带，对膜系进行优化，最终得到优化的膜系：L2H L1.4HL2H LHL2H L1.4HL2H。