CN106405709B

CN106405709B - 一种宽带截止超窄带滤光片

Info

Publication number: CN106405709B
Application number: CN201611007468.9A
Authority: CN
Inventors: 姜玉刚; 刘华松; 陈丹; 王利栓; 刘丹丹; 姜承慧; 季勤; 季一勤
Original assignee: Tianjin Jinhang Institute of Technical Physics
Current assignee: Tianjin Jinhang Institute of Technical Physics
Priority date: 2016-11-16
Filing date: 2016-11-16
Publication date: 2018-12-28
Anticipated expiration: 2036-11-16
Also published as: CN106405709A

Abstract

本发明属于光学薄膜领域，具体涉及一种宽带截止超窄带滤光片。本发明通过在基底一面上设计由多层反射膜的膜系构成的宽带截止滤光薄膜，在基底另一面设计由多层反射膜的膜系构成的全介质二腔超窄带滤光薄膜，最终可以实现带宽为1nm的宽带截止滤光薄膜。

Description

一种宽带截止超窄带滤光片

技术领域

本发明属于光学薄膜领域，具体涉及一种宽带截止超窄带滤光片。

背景技术

窄带滤光片作为滤光和选择谱线的器件，在激光技术、医疗、卫星遥感探测、光通讯技术、高分辨率成像系统等有着广泛的应用。常用的窄带滤光片为法布里-珀罗滤光片，是将中间耦合层作为一个F-P腔，实现多光束干涉，但其截止带宽一般较小，通常的做法是在短波处用颜色玻璃来实现宽截止的要求，但这样的做法有两个缺陷，首先是短波处的光是被颜色玻璃所吸收，而对于需要对短波复用的系统显然不适合，其次为颜色玻璃一般是掺杂了金属，在空间光学中，高能射线的作用会使得颜色玻璃的性能变化，因此随着近年来光学技术的不断发展，迫切需要研制具有在所需波长点有高的透过率，而在其他波长处有宽截止带的滤光片，即宽截止窄带滤光片。因此，对于宽带截止超窄带滤光片的设计与制备已成为窄带滤光片研究的重要课题。

关于窄带滤光片的设计已有文献报导。2009年，长春理工大学付秀华等人设计了1064nm的窄带滤光片，采用的为三腔结构，选择TiO2和SiO2为高低折射率材料，设计的1064nm峰值透过率为92％以上，带宽为5-10nm。2010年，她们同样采用三腔结构和膜层材料，设计了905nm窄带滤光片，设计的905nm峰值透过率达到95％，带宽约20nm。2010年，中科院长光所朱华新等人介绍了一种获得窄带宽截止滤光片的方法，即具有缺陷的多异质结结构，以多异质结结构为基础，通过设置缺陷，使得该结构实现缺陷通带，实现窄通带宽截止的特性，理论计算证明缺陷的位置和厚度都对通带的位置有影响。结果表明，通带中心波长为529nm，但透过率稍低一些，为60.13％，通带相对半宽度为2nm，而对于通带中心波长为709.8nm，透过率为94.83％，通带相对半宽度仅约为4nm，而且两者的截止带宽都很宽，短波的截止带从400nm一直延伸到约700nm，从而避免了常规的F-P型窄带滤光片截止带宽窄的缺点。这种结构能够展宽光子晶体的禁带同时实现窄通带效应，但该设计在通带附近的截止度性能较差以及制作起来难度较大。

目前，窄带滤光片设计研究主要集中在带宽为几纳米到几十纳米，膜系结构主要采用全介质三腔滤光片结构，而对于带宽为1nm的窄带滤光片的设计和制备还未见报道。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提出一种宽带截止超窄带滤光片，以解决如何设计一种带宽为1nm的宽带截止超窄带滤光片的技术问题。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提出一种宽带截止超窄带滤光片，该滤光片包括基底，基底的两个表面分别记为A面和B面，A面和B面均具有多层反射膜，其中，

在A面上具有宽带截止滤光薄膜，膜系结构为：基底/α_i(0.5H L0.5H)^aα_i-1(0.5HL 0.5H)^a...α₁(0.5H L 0.5H)^aβ₁(0.5L H 0.5L)^bβ₂(0.5L H 0.5L)^b...β_j(0.5L H0.5L)^b/空气，其中H为高折射率材料，L为低折射率材料，α_i＝0.8α_i-1，...，α₂＝0.8α₁，α₁＝0.8，β₁＝1.2，β₂＝1.2β₁，...，β_j＝1.2β_j-1；其中根据截止带宽要求选择i和j值，根据截止度要求选择a和b值；

在B面上具有超窄带滤光薄膜，膜系结构为：基底/L(HL)^m nH(LH)^m L(HL)^m nH(LH)^m L H L/空气，其中根据超窄带滤光薄膜的带宽和截止度要求选择m和n值。

进一步地，基底材料为K9玻璃。

进一步地，高折射率材料为Ta₂O₅，低折射率材料为SiO₂。

进一步地，宽带截止滤光薄膜的截止带宽为280nm-480nm和580nm-900nm。

进一步地，10≤a≤20，10≤b≤20；i＝3，j＝3。

进一步地，a＝16，b＝16。

进一步地，超窄带滤光薄膜的带宽为1nm。

进一步地，4≤m≤8，4≤n≤8。

进一步地，m＝6，n＝6。

(三)有益效果

本发明通过在基底一面上设计宽带截止滤光薄膜，在基底另一面设计全介质二腔超窄带滤光薄膜，最终可以实现带宽为1nm的宽带截止滤光薄膜。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中K9玻璃的透过率曲线；

图2为本发明具体实施方式中两种薄膜材料的折射率；

图3为本发明具体实施方式中宽带截止滤光薄膜的透过率曲线；

图4为本发明具体实施方式中超窄带滤光薄膜的透过率曲线；

图5为本发明具体实施方式中宽带截止超窄带滤光片的透过率曲线。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明具体实施方式公开一种532nm宽带截止(200nm-530nm和534nm-900nm)超窄带(带宽～1nm)滤光片，基底材料为K9玻璃(280nm以下截止)。K9玻璃的透过率曲线如图1所示。

基底的两个表面分别记为A面和B面。在基底的A面具有宽带截止滤光薄膜，截止带宽为280nm-480nm和580nm-900nm。高折射率材料H选择为Ta₂O₅，低折射率材料L选择为SiO₂。两种薄膜材料对于不同波长的折射率，如图2所示。膜系结构为：基底/(0.26H 0.52L0.26H)^16(0.32H 0.64L 0.32H)^16(0.4H 0.8L 0.4H)^16(0.6L 1.2H0.6L)^16(0.72L 1.44H0.72L)^16(0.86L 1.72H 0.86L)^16/空气。A面的宽带截止滤光薄膜的透过率曲线，如图3所示。在基底的B面具有全介质二腔超窄带滤光薄膜(带宽1nm)，膜系结构为：基底/L(HL)^66H(LH)^6L(HL)^6 6H(LH)^6L H L/空气。B面的超窄带滤光薄膜的透过率曲线，如图4所示。

将宽带截止滤光薄膜透过率曲线与超窄带滤光薄膜透过率曲线相结合，可以获得532nm宽带截止超窄带滤光片。宽带截止超窄带滤光片的透过率曲线，如图5所示。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种宽带截止超窄带滤光片，其特征在于，所述滤光片包括基底，所述基底的两个表面分别记为A面和B面，所述A面和所述B面均具有多层反射膜，其中，

在所述A面上具有宽带截止滤光薄膜，膜系结构为：基底/α_i(0.5H L 0.5H)^aα_i-1(0.5HL 0.5H)^a...α₁(0.5H L 0.5H)^aβ₁(0.5L H 0.5L)^bβ₂(0.5LH0.5L)^b...β_j(0.5LH0.5L)^b/空气，其中H为高折射率材料，L为低折射率材料，α_i＝0.8α_i-1，...，α₂＝0.8α₁，α₁＝0.8，β₁＝1.2，β₂＝1.2β₁，...，β_j＝1.2β_j-1；其中根据截止带宽要求选择i和j值，根据截止度要求选择a和b值，其中，10≤a≤20，10≤b≤20；i＝3，j＝3；

在所述B面上具有超窄带滤光薄膜，膜系结构为：基底/L(HL)^m nH(LH)^mL(HL)^m nH(LH)^m L HL/空气，其中根据所述超窄带滤光薄膜的带宽和截止度要求选择m和n值。

2.如权利要求1所述的滤光片，其特征在于，所述基底材料为K9玻璃。

3.如权利要求2所述的滤光片，其特征在于，所述高折射率材料为Ta₂O₅，低折射率材料为SiO₂。

4.如权利要求3所述的滤光片，其特征在于，所述宽带截止滤光薄膜的截止带宽为280nm-480nm和580nm-900nm。

5.如权利要求4所述的滤光片，其特征在于，a＝16，b＝16。

6.如权利要求3所述的滤光片，其特征在于，所述超窄带滤光薄膜的带宽为1nm。

7.如权利要求6所述的滤光片，其特征在于，4≤m≤8，4≤n≤8。

8.如权利要求7所述的滤光片，其特征在于，m＝6，n＝6。