CN105676333A - 楔形滤波片及其制备方法 - Google Patents

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周红艳
倪争技
黄元申
陈鹏
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/28—Interference filters
    • G02B5/285—Interference filters comprising deposited thin solid films

Abstract

本发明实现了厚度线性变化的楔形波导片加工，从而实现输出一定波段的谱面的效果，也实现了输出一定光谱范围内的连续光谱。将本发明实施例的新型楔形滤波片用于光谱仪作为分光元件，还可以制作超微型光谱仪。根据本发明的用于输出一定光谱范围内的连续光谱的楔形滤波片，其包括基片、均匀分布在所述基片上且厚度呈线性变化纵截面形状为楔形的楔形波导薄膜层、以及形成在所述波导薄膜层上的光栅，所以，本发明的楔形滤波片具有输出一定光谱范围内的连续光谱的作用。

Description

楔形滤波片及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种楔形滤波片，具体涉及一种产生连续光谱的共振峰的形成有楔形波导薄膜的楔形滤波片及其制备方法。
背景技术
导模共振滤光片在理论和实际运用上都具有重要的物理意义和研究价值，在光学生物传感器方面有着广泛的应用。
一般的导模共振滤波片，是制作成等厚度的平面波导层，每一种厚度的波导层都有相对应的一个共振波峰；或者是当波导层达到一定厚度时，通过调制，会出现两个或两个以上的共振波峰，从而可以实现多通道的滤波片。
尽管已经可以通过控制波导层厚度来得到共振波峰以及在波导层达到一定厚度情况下通过调制能够得到两个或两个以上的共振波峰，却还无法获得一定光谱范围内的连续光谱。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种可输出一定光谱范围内的连续光谱的楔形滤波片。
本发明提供了一种楔形滤波片，用于输出一定光谱范围内的连续光谱，具有这样的特征，包括：基片；楔形波导薄膜层，均匀分布在基片上，厚度呈线性变化，纵截面形状为楔形；以及，光栅是形成在波导薄膜层上的低折射率介质层。
在本发明提供的楔形滤波片中，还可以具有这样的特征：其中，基片为石英玻璃片或K9玻璃中的任意一种。
在本发明提供的楔形滤波片中，还可以具有这样的特征：其中，楔形波导薄膜层的成分是氧化钽或氧化钛中的任意一种。
在本发明提供的楔形滤波片中，还可以具有这样的特征：其中，光栅的成分是光刻胶或二氧化硅中的任意一种。
在本发明提供的楔形滤波片中，还可以具有这样的特征：其中，光栅的间距为300nm～2000nm。
本发明还提供了一种楔形滤波片的制备方法，其特征在于，具有以下步骤：
步骤一，根据GSOLVER软件模拟仿真确定所需的参数；
步骤二，在基片上根据设计要求镀制相应厚度的均匀的薄膜，形成波导薄膜层；
步骤三，刻蚀所述波导薄膜层，将波导薄膜层刻蚀成楔形薄膜，形成楔形波导薄膜层；
步骤四，在楔形波导薄膜层上，通过甩胶法形成低折射率介质层，并放烘箱在85°～90°的温度条件下烘烤30～45分钟；
步骤五，根据设计出的光栅周期的要求，利用双光束激光干涉曝光，显影在低折射率介质层上制作一定槽深的光栅，得到楔形滤波片。
在本发明提供的楔形滤波片的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，在步骤三中，采用离子束对波导薄膜层进行刻蚀。
在本发明提供的楔形滤波片的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤五中将光栅图形通过离子束刻蚀的方法转移到预先镀制在波导薄膜层上的低折射率介质层上，形成所述光栅，从而得到楔形滤波片。
通过以上的制备方法制成了本发明的楔形滤光片。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的用于输出一定光谱范围内的连续光谱的楔形滤波片，楔形波导层导模共振滤波片在白光垂直入射下，其反射光将随楔形波导层导模共振滤波片的楔形厚度线性变化而输出一定光谱范围内的连续光谱。
根据本发明提供的楔形滤波片的制备方法，因为其具有以下步骤，即：
步骤一，根据GSOLVER软件模拟仿真确定所需的参数；
步骤二，在基片上根据设计要求镀制相应厚度的均匀的薄膜，形成波导薄膜层；
步骤三，刻蚀所述波导薄膜层，将所述波导薄膜层刻蚀成楔形薄膜，形成楔形波导薄膜层；这种刻蚀方法可以是采用离子束对所述波导薄膜层进行刻蚀；
步骤四，在所述楔形波导薄膜层上，通过甩胶法形成低折射率介质层，并放烘箱在85°～90°的条件下烘30分钟～45分钟；
步骤五，根据设计出的光栅周期的要求，利用双光束激光干扰曝光，显影在低折射率介质层上制作一定槽深的光栅，得到楔形滤波片；
所以，本发明的楔形滤波片的制备方法具有方便制作，能够简单制作出输出在一定光谱范围内的连续光谱的作用的楔形滤波片。
本发明的创想是通过离子束刻蚀技术，将波导层刻蚀成楔形，使波导层的厚度实现线性变化，从而不同的厚度来匹配不同的模式，产生不同的共振峰，也就可实现输出一定波段的谱面的效果。
还有，本发明的新型楔形滤波片，放在光谱仪中作为分光元件，可以制作出超微型光谱仪。
附图说明
图1是本发明的实施例中楔形滤波片示意图。
图2是本发明的实施例中楔形滤波片制作方法示意图。
图3是本发明的实施例中的离子刻蚀方法示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的楔形滤波片作具体阐述。
图1是本发明的实施例中楔形滤波片100示意图。
如图1所示，本发明的楔形滤波片100是用于输出一定光谱范围内的连续光谱的滤波片。
本发明的楔形滤波片100包括基片11、楔形波导薄膜层13和光栅15。
本发明的基片11是光学玻璃作为滤波片的基层。
本发明的楔形波导薄膜层13，均匀镀制在基片11上的，经过刻蚀使其厚度呈线性变化且纵截面形状为楔形的薄膜层12。
本发明的光栅13是由用甩胶法均匀甩成在楔形波导薄膜层13上后通过等距离曝光形成的低折射率介质层14构成的。
本发明的基片11为石英玻璃片或K9玻璃。
本发明的楔形波导薄膜层13的成分是氧化钽(Ta2O5)或氧化钛(TiO2)等。
本发明的光栅15的成分是光刻胶或二氧化硅等。
本发明的光栅15间距设定值是300nm～2000nm。
根据本发明的楔形滤波片100，其具有输出一定光谱范围内的连续光谱的作用。
图2是本发明的实施例中楔形滤波片制作方法示意图。
如图2所示，本发明的楔形滤波片100的制备方法具有以下步骤：
步骤一，根据GSOLVER软件模拟仿真确定所需的参数，如基片11的厚度、波导薄膜12的厚度以及光栅膜14的厚度等；
步骤二，在基片11上根据设计要求镀制相应厚度的均匀的薄膜形成波导薄膜层12；
步骤三，刻蚀波导薄膜层12成楔形波导薄膜层13；
步骤四，在楔形波导薄膜层13上甩成光低折射率介质层14后放入烘箱在85°～90°条件下烘30分钟～45分钟；
步骤五，根据设计出的光栅间隔的要求，采用氦镉激光器搭光路进行曝光，制作一定槽深的光栅15，最终得到具有输出一定光谱范围内的连续光谱的作用的楔形滤波片100。
本发明的楔形滤波片的制备方法中，还具有在步骤三中，采用离子束对波导薄膜层12进行刻蚀的制作方法得到具有输出一定光谱范围内的连续光谱的作用的楔形滤波片100。
本发明的楔形滤波片的制备方法中，还具有在步骤五中，将光栅15的图形通过离子束刻蚀的方法转移到预先镀制在波导薄膜层13上的低折射率介质层14上，形成所述光栅15，从而得到楔形滤波片的制作方法得到具有输出一定光谱范围内的连续光谱的作用的楔形滤波片100。
图3是本发明的实施例中的离子刻蚀方法示意图，也是本发明的楔形滤波片100制备方法中步骤三的制作方法。
如图3所示，离子刻蚀装置1000包括：待刻蚀样片101(参见图2)，三角形孔挡板200和离子束发生器300。
待刻蚀样板101是图2所示楔形滤波片100的制备方法中步骤一中所形成基片11与形成在基片11上的低折射率介质层12的组合片。组合片的低折射率介质层12设置为迎离子束面并垂直于离子束。
三角形孔挡板200中间按照刻蚀用离子束强度要求开设三角形开口，使得离子束通过这个开口照射到待刻蚀样板101上。待刻蚀样板101与三角形孔挡板200平行设置。
离子束发生器300隔着三角形孔挡板200设置在待刻蚀样板101的另一侧，并使得产生的离子束垂直并通过三角形孔挡板200中间的三角形孔射向待刻蚀样板101。
本发明的楔形滤波片100制备方法中，步骤三采用离子束对波导薄膜层12进行刻蚀。
根据本发明的楔形滤波片100制备方法，通过简单的制作过程即可得楔形滤波片100，也就可以得到输出在一定光谱范围内的连续光谱，还可以得到超小型的光谱仪。
实施例的作用与效果
根据本发明的实施例，因为本发明的楔形滤波片100所包括的基片11、楔形波导薄膜层12和光栅15，且基层11和光栅15之间的楔形波导薄膜层13为楔形，所以楔形滤波片100的输出是一定光谱范围内的连续光谱。
根据本发明的实施例，因为楔形滤波片100的制备方法具有：根据GSOLVER软件模拟仿真确定所需参数的步骤一，在基片11上根据设计要求镀制相应厚度的均匀的薄膜形成波导薄膜层12的步骤二，刻蚀波导薄膜层12成楔形薄膜，形成楔形波导薄膜层13的步骤三，在楔形波导薄膜层13上用甩胶法形成低折射率介质层14后放入烘箱在85°～90°条件下烘30分钟～45分钟的步骤四，根据设计出的光栅间隔的要求，采用氦镉激光器搭光路进行曝光，制作一定槽深的光栅15，最终得到楔形滤波片100的步骤五，所以，能够简单方便地得到本发明的楔形滤波片100。
根据本发明的实施例，因为本发明的楔形滤波片100的制备方法中的步骤三是采用离子束对波导薄膜层12进行刻蚀的，所以，可以简单快捷地得到楔形波导薄膜层13，就可以到输出一定光谱范围内的连续光谱的楔形滤波片100。
根据发明的实施例，因为本发明的楔形滤波片100的制备方法中的步骤五中是将光栅15图形通过离子束刻蚀的方法转移到预先镀制在波导薄膜层12上的低折射率介质层14上，形成所述光栅15，从而得到楔形滤波片的制作方法，所以，可以简单快捷地得到楔形波导薄膜层13，就可以到输出一定光谱范围内的连续光谱的楔形滤波片100。
本发明实施例实现了厚度线性变化的楔形波导片加工，从而实现输出一定波段的谱面的效果，也实现了输出一定光谱范围内的连续光谱；将本发明实施例的新型楔形滤波片用于光谱仪作为分光元件，还可以制作超微型光谱仪。
上述实施例为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种楔形滤波片，用于输出一定光谱范围内的连续光谱，其特征在于，包括：
基片，为光学玻璃；
楔形波导薄膜层，均匀分布在所述基片上，厚度呈线性变化，纵截面形状为楔形；以及
光栅，形成在所述波导薄膜层上。
2.根据权利要求1所述的楔形滤波片，其特征在于：
其中，所述光学玻璃是石英玻璃片或K9玻璃片。
3.根据权利要求1所述的楔形滤波片，其特征在于：
其中，所述楔形波导薄膜层由高折射率介质层形成。
4.根据权利要求3所述的楔形滤波片，其特征在于：
其中，所述高折射率介质层是氧化钽或氧化钛。
5.根据权利要求1所述的楔形滤波片，其特征在于：
其中，所述光栅是由低折射率介质层形成。
6.根据权利要求5所述的楔形滤波片，其特征在于：
其中，所述低折射率介质层是光刻胶或二氧化硅。
7.根据权利要求1所述的楔形滤波片，其特征在于：
其中，所述光栅的间距300nm～2000nm。
8.一种楔形滤波片的制备方法，其特征在于，具有以下步骤：
步骤一，根据GSOLVER软件模拟仿真确定所需光栅参数；
步骤二，在基片上根据设计要求镀制相应厚度的均匀的薄膜，形成波导薄膜层；
步骤三，刻蚀所述波导薄膜层，将所述波导薄膜层蚀刻成楔形薄膜，形成楔形波导薄膜层；
步骤四，在所述楔形波导薄膜层上，形成低折射率介质层，并放烘箱在85°～90°条件下烘30分钟～45分钟；
步骤五，根据设计出的光栅周期的要求，利用双光束干涉曝光，显影在低折射率介质层上制作具有一定槽深的光栅，得到楔形滤波片。
9.根据权利要求8所述的楔形滤波片的制备方法，其特征在于：
其中，步骤三中采用离子束对所述波导薄膜层进行刻蚀。
10.根据权利要求8所述的楔形滤波片的制备方法，其特征在于：
其中，步骤五中将光栅图形通过离子束刻蚀的方法转移到预先镀制在所述波导薄膜层上的低折射率介质层上，形成所述光栅，从而得到所述楔形滤波片。
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