CN107561614A - 一种大口径均匀性滤光片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大口径均匀性滤光片的制备方法，属于光学薄膜技术领域，解决由于大口径窄带滤光片对中心波长的敏感程度较高，中心波长微小的漂移均可能会导致滤光片透过率的下降的问题。该制备方法在基底上镀制总膜系的一半，将镀制的二个膜片反方向进行光胶，能够有助于改进大口径窄带滤光片的均匀性。结果表明，该方法将有助于大口径窄带滤光片均匀性的改进，实现大口径均匀的窄带滤光片的制备。

Description

一种大口径均匀性滤光片及其制备方法

技术领域

本发明属于光学薄膜技术领域，特别是有关大口径滤光片均匀性的设计和制备技术，涉及一种能够改进大口径窄带滤光片均匀性的制备方法。

背景技术

随着真空镀膜技术的广泛应用,对薄膜均匀性的要求也越来越高。任何一种有实际应用价值的薄膜都对膜厚分布有特定的要求,除了少数特殊场合外,绝大多数情况下都要求薄膜厚度尽可能均匀一致。薄膜均匀性是指待镀基片上所镀的膜厚随着基片在真空室内位置的变化而变化的情况，它是衡量薄膜质量和镀膜装置性能的一项重要指标。

对于仅改变镀膜状态，所镀出来的膜厚均匀性还是欠佳。现有的镀膜技术一般依靠一下五个方面改善镀膜均匀性：1)提高真空室里的真空度的稳定性；2)利用一系列温控手段来合理地改变真空室中温度场的分布；3)平面中心的膜层厚,边缘的膜层薄。使用球形夹具,则均匀性可得到明显的改善；4)利用均匀性遮蔽板技术通过不断的做实验、测试、修整，最终可使镀膜的均匀性得到很好的改善；5)考虑基片架的公转、基片夹具的自转。

2006年，董宏奎等人对点源小面积薄膜均匀性的公式进行理论推导，分析了平面和球面夹具的基片薄膜均匀性公式。2010年，刘兴悦等人针对旋转基片的镀膜室，设计了精确的修正挡板形状，改善了薄膜的一致性。2012年，Dongjo Kim等人分析了靶材和镀膜基底之间的距离对薄膜均匀性的影响，实验表明随着靶材在使用过程中的不断减少，两者之间的距离不断增加，薄膜的均匀性呈现先变好再变差的趋势。

国内外关于薄膜均匀性的提高主要针对真空室内的情况进行改善。本文提出了一种全新的方法，通过对镀膜后的试片进行光学胶合，实现改变均匀性的目的，针对文中试片，将均匀性偏差从0.3％提高到接近0.03％。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：解决由于大口径窄带滤光片对中心波长的敏感程度较高，中心波长微小的漂移均可能会导致滤光片透过率的下降的问题。提供一种大口径均匀性滤光片的制备方法，通过光学胶合的方法，实现窄带滤光片中心点和边缘点中心波长的偏差的缩小。薄膜厚度的均匀性直接表现在各个测试点的中心波长的差异。本文通过两个试片的光学胶合，使得中心点和边缘点的中心波长的偏差接近消除，达到改善滤光片均匀性的目的。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种大口径均匀性滤光片的制备方法，其特征在于，该方法采用下述步骤：

1)单层薄膜的制备：采用离子束溅射镀膜方法，在两个基底上分别镀制高、低两种折射率材料的薄膜；

2)通过单层薄膜实验，计算获得高、低折射率材料的光学常数。

3)设计滤光片总膜系结构为Sub/L(HL)^4 4H(LH)^4L(HL)^4 4H(LH)^4L/Air，制作薄膜时选取总膜系的一半一次性镀制在两个相同的基底上，一半膜系为Sub/L(HL)^4 4H(LH)^4 0.5L/Air，以一半膜系为初始结构，根据参考波长，高、低折射率单层膜的光学常数，计算镀制的薄膜厚度。按照计算的膜厚结果，镀制完成两片薄膜。

4)在镀制完成后的两片薄膜上，选取膜面上的(直径上)三个点作为测试点，分别为中心点O点、离中心点O点等距离的A点和B点，A点和B点关于O点中心对称，或者三点在镀膜径向上呈一条直线上；见附图3。

5)将镀制完成的两个试片反向光学胶合在一起，除了中心点O要完全重合之外，其中第一片试片的A1点要与第二试片的B2点完全重合，第一片试片的B1点要与第二片的A2点完全重合，以实现相互补偿的目的。

一种大口径均匀性滤光片，其特征在于，针对中心波长为532nm双腔滤光片，上述的一种大口径均匀性滤光片的制备方法。

一种大口径均匀性滤光片的制备方法，其特征在于，

1)以直径为Φ40mm、厚度为1mm的熔融石英作为基底，选择薄膜材料主要为高折射率材料五氧化二钽薄膜和低折射率材料二氧化硅薄膜，设计参考波长λ0＝532nm，单位光学厚度为133nm；

2)通过单层薄膜实验，获得Ta₂O₅折射率为2.1175，SiO₂折射率为1.4631；

3)总膜系结构为Sub/L(HL)^4 4H(LH)^4L(HL)^4 4H(LH)^4L/Air，选取镀制一半的膜系结构为Sub/L(HL)^4 4H(LH)^4 0.5L/Air；根据步骤1)、步骤2)步骤获得的单层膜常数，计算获得多层膜的物理厚度，进行镀膜；

4)选取镀制完成的Φ40mm膜面上的三个点作为测试点，分别为中心点O、离中心点距离为16mm的A点和B点，三点在镀膜径向上呈一条直线上；

5)将镀制完成的两个试片反向光学胶合在一起，两试片的中心点O完全重合，第一片试片的A点要与第二试片的B点完全重合，第一片试片的B点与第二试片的A点完全重合。

一种大口径均匀性滤光片，其特征在于，采用上述的一种大口径均匀性滤光片的制备方法。

(三)有益效果

上述技术方案所提供的针对滤光片均匀性的改善具有通用性，不仅缩短了镀制时间，实现了对间隔层的控制，而且使得整个试片的均匀性有了很大的提高。这种方法制得的滤光片，中心波长的均匀性偏差为0.03％，相比较胶合前的均匀性有接近90％的提高,针对大口径窄带滤光片具有较高的应用价值和广泛的适用性。

附图说明

图1单层薄膜的制备中的离子束溅射制备五氧化二钽(Ta₂O₅)薄膜的光学常数

图2单层薄膜的制备中的离子束溅射制备二氧化硅(SiO₂)薄膜的光学常数

图3本发明的方法中试片测试点的位置图

图4本发明的方法中单片滤光片的透过率测试曲线

图5通过本发明的方法已胶合的两片滤光片的透过率测试曲线

其中n-折射率，k-消光系数，λ-波长，T-透过率。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作详细说明。

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。

该方法能够用于制作一种针对中心波长为532nm双腔滤光片，也适用于任意波长的其他滤光薄膜。

1)以直径为Φ40mm、厚度为1mm的熔融石英作为基底，选择薄膜材料主要为高折射率材料五氧化二钽(Ta₂O₅)薄膜和低折射率材料二氧化硅(SiO₂)薄膜，设计参考波长λ0＝532nm，单位光学厚度为133nm。

2)通过单层薄膜实验，获得Ta₂O₅折射率为2.1175，SiO₂折射率为1.4631。Ta₂O₅薄膜和SiO₂薄膜的光学常数分别见附图1和2；

3)总膜系结构为Sub/L(HL)^4 4H(LH)^4L(HL)^4 4H(LH)^4L/Air，选取镀制一半的膜系结构为Sub/L(HL)^4 4H(LH)^4 0.5L/Air。根据1)2)步骤获得的单层膜常数，计算获得多层膜的物理厚度，进行镀膜。

4)选取镀制完成的Φ40mm膜面上的三个点作为测试点，分别为中心点O、离中心点距离为16mm的A点和B点，三点在镀膜径向上呈一条直线上，见附图3。上述膜系结构测试的透射率光谱见附图4，图4中A点中心波长531.5nm，B点中心波长在533nm，O点的中心波长在532nm，边缘点A和边缘点B之间的偏差约为0.3％。

5)将镀制完成的两个试片反向光学胶合在一起，两试片的中心点O完全重合，第一片试片的A1点要与第二试片的B2点完全重合，第一片试片的B1点要与第二片的A2点完全重合，以实现相互补偿的目的。分别测量胶合好的三个点的透射率光谱，见附图5。胶合后，O点的中心波长为530.4nm，重合的A1B2点的中心波长为530.4nm，B1A2点的中心波长为530.6nm，边缘点的中心波长偏差约0.03％，相比胶合前的0.3％的偏差，提高了近90％，实现了中心波长即厚度均匀性的改进。

该制备方法通过采用在基板上镀制双腔窄带滤光片薄膜膜系的一半，然后采用光学胶合的方法，能够有助于实现窄带滤光薄膜间隔层的控制和其均匀性的改进。实现过程中，选择熔融石英基底，设计532nm双腔窄带滤光薄膜，在基底上镀制总膜系的一半，将镀制的二个膜片反方向进行光胶，改进大口径窄带滤光片的均匀性。结果表明，该方法将有助于大口径窄带滤光片均匀性的改进，实现大口径均匀的窄带滤光片的制备。

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 (10)

1.一种大口径均匀性滤光片的制备方法，其特征在于，该方法采用下述步骤：

1)单层薄膜的制备：采用离子束溅射镀膜方法，在两个基底上分别镀制高、低两种折射率材料的薄膜；

2)通过单层薄膜实验，计算获得高、低折射率材料的光学常数；

3)设计大口径均匀性滤光片总膜系结构为Sub/L(HL)^4 4H(LH)^4L(HL)^4 4H(LH)^4L/Air，制作薄膜时选取总膜系的一半一次性镀制在两个相同的基底上，一半膜系为Sub/L(HL)^4 4H(LH)^4 0.5L/Air，以一半膜系为初始结构，根据参考波长，高、低折射率单层膜的光学常数，计算镀制的薄膜厚度；按照计算的膜厚结果，镀制完成两片薄膜；

4)在镀制完成后的两片薄膜上，选取膜面上的三个点作为测试点，分别为中心点O点、离中心点O点等距离的A点和B点，A点和B点关于O点中心对称，或者三点在镀膜径向上呈一条直线上；

5)将镀制完成的两个试片反向光学胶合在一起，除了中心点O要完全重合之外，其中第一片试片的A点要与第二试片的B点完全重合，第一片试片的B点要与第二试片的A点完全重合。

2.根据权利要求1所述的一种大口径均匀性滤光片的制备方法，其特征在于，熔融石英作为基底。

3.根据权利要求1所述的一种大口径均匀性滤光片的制备方法，其特征在于，基底熔融石英的直径为Φ40mm。

4.根据权利要求1所述的一种大口径均匀性滤光片的制备方法，其特征在于，基底熔融石英的厚度为1mm。

5.根据权利要求1所述的一种大口径均匀性滤光片的制备方法，其特征在于，单层薄膜的制备步骤中，选择薄膜材料主要为高折射率材料五氧化二钽薄膜和低折射率材料二氧化硅薄膜。

6.根据权利要求1所述的一种大口径均匀性滤光片的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述的参考波长选取参考波长λ0＝532nm。

7.根据权利要求1所述的一种大口径均匀性滤光片的制备方法，其特征在于，A点和B点离中心点距离为16mm。

8.一种大口径均匀性滤光片，其特征在于，针对中心波长为532nm双腔滤光片，采用权利要求1至7所述的一种大口径均匀性滤光片的制备方法。

9.一种大口径均匀性滤光片的制备方法，其特征在于，

1)以直径为Φ40mm、厚度为1mm的熔融石英作为基底，选择薄膜材料主要为高折射率材料五氧化二钽薄膜和低折射率材料二氧化硅薄膜，设计参考波长λ0＝532nm，单位光学厚度为133nm；

2)通过单层薄膜实验，获得Ta₂O₅折射率为2.1175，SiO₂折射率为1.4631；

3)总膜系结构为Sub/L(HL)^4 4H(LH)^4L(HL)^4 4H(LH)^4L/Air，选取镀制一半的膜系结构为Sub/L(HL)^4 4H(LH)^4 0.5L/Air；根据步骤1)、步骤2)步骤获得的单层膜常数，计算获得多层膜的物理厚度，进行镀膜；

4)选取镀制完成的Φ40mm膜面上的三个点作为测试点，分别为中心点O、离中心点距离为16mm的A点和B点，三点在镀膜径向上呈一条直线上；

5)将镀制完成的两个试片反向光学胶合在一起，两试片的中心点O完全重合，第一片试片的A点要与第二试片的B点完全重合，第一片试片的B点与第二试片的A点完全重合。

10.一种大口径均匀性滤光片，其特征在于，采用权利要求8所述的一种大口径均匀性滤光片的制备方法。