CN109031491A - 一种阵列f-p腔滤光片的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种阵列F‑P腔滤光片的制备方法，包括以下步骤：①软模具制造；②下反射膜堆制造：基底上采用热蒸发镀膜的方法制备F‑P窄带滤光片一侧的反射膜堆和腔层；③牺牲层制造：在腔层上旋涂牺牲胶层；④图形转移：把①制备好的软模具图形，通过自然加压的形式转移到3制备好的牺牲层上；⑤腔层厚度调控：采用离子束刻蚀工艺，把牺牲层的图形转移到腔层上，实现一次完成多通道腔层厚度的调整；⑥上反射膜堆制造：采用热蒸发的方法制备上面的反射膜堆，完成滤光片的制造。本发明方法克服了现有技术存在的滤光片中心波长的透过率低和中心波长位置不准确的问题。

Description

一种阵列F-P腔滤光片的制备方法

技术领域：

本发明设计光学元件制备技术领域，具体涉及一种阵列F-P腔滤光片的制备方法。

背景技术：

光学滤光片的主要功能是起滤光的作用，允许某一窄波长范围内的波长光通过，其他的截止掉，主要应用在各种光谱相机等。目前，单个F-P腔滤光片的设计与制备工艺已经非常成熟，而阵列化滤光片研制在国内外也在慢慢地发展。阵列化滤光片的制备包括了制备方法、膜系设计、结构设计，工艺过程涉及薄膜光学和微光学等诸多领域，是一个较为复杂的问题。主要发展历程和阶段性成果如表1所示：

表1阵列滤光片发展历程和阶段性成果

综上表内所述，目前的技术总结如下：

（1）基本设计原理：膜系设计基于F-P滤光膜，通过调控F-P腔的厚度，实现波长通道选择。

（2）腔层厚度调整：主要通过两种方法，一种增材制造，结合掩膜光刻技术实现多通道对应腔层厚度调整；一种减材制造，结合离子束刻蚀和掩膜技术，实现多通道对应腔层厚度调整。

（3）薄膜制备方法：采用离子束辅助蒸发沉积制备上下高反射层和腔层。

目前制造阵列化滤光片存在的主要问题是不能精确地调控腔层厚度，这是因为现有技术主要集中在使用掩膜技术，采用多次光刻或者多次刻蚀的方法，比如为了实现16通道滤光片，至少需要4个掩模版配合多次离子束刻蚀，这样就很难保证工艺一致性，尤其是每次光刻和刻蚀对腔层薄膜表面态的影响，造成多个通道一致性差，进而影响中心波长的透过率和中心波长位置的准确性。

发明内容：

本发明要提供一种阵列F-P腔滤光片的制备方法，以克服现有技术存在的滤光片中心波长的透过率低和中心波长位置不准确的问题

为达到本发明的目的，本发明提供的技术方案是：

一种阵列F-P腔滤光片的制备方法，包括以下步骤：

①软模具制造：采用单点金刚石车削制造硬模具，模具图形对应需要调整各个通道的F-P腔厚度，并用纳米压印的方法把图形转移到软模具上；

②下反射膜堆制造：基底上采用热蒸发镀膜的方法制备F-P窄带滤光片一侧的反射膜堆和腔层；

③牺牲层制造：在腔层上旋涂牺牲胶层；

④图形转移：把①制备好的软模具图形，通过自然加压的形式转移到3制备好的牺牲层上；

⑤腔层厚度调控：采用离子束刻蚀工艺，把牺牲层的图形转移到腔层上，实现一次完成多通道腔层厚度的调整；

⑥上反射膜堆制造：采用热蒸发的方法制备上面的反射膜堆，完成滤光片的制造。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、通过图形转移，实现一次统一调整多个通道的腔层厚度，保证了工艺一致性，实现中心波长精准控制；

2、腔层厚度调控方法一致，：通过多次图形转换，即可完成一次统一调控腔层厚度，适于产业化大规模生产。

3、中心透过率高，高达85%以上；中心波长位置准确性高。

附图说明：

图1是本发明的流程示意图；

图2是实施例完成的 10通道阵列滤光片的透过率光谱曲线图。

具体实施方式：

下面将结合附图1和实施例对本发明进行详细地说明。

准备：本发明方法所采用的设备为常规的设备，首先在硫化锌基底经过超声波清洗，装入真空室，本地真空到3×10^-3Pa，打开离子束蒸发源，蒸发速率4A/s，蒸发温度230°，交替沉积SiO₂和Ge各三层，厚度均为十分之一波长；然后沉积二分之一厚度的腔层，腔层材料为SiO₂。

本发明提供的一种阵列F-P腔滤光片的制备方法，包括以下步骤：

1、软模具制造：采用单点金刚石车削的方式制备硬模具，模具图案对应不同通道的需要调整腔层厚度；采用纳米压印的方式把硬模具的图案转移到软模具上，其材料为PDMS。

2、下反射膜堆制造：在基底上采用热蒸发镀膜的方法制备F-P窄带滤光片一侧的反射膜堆和腔层。

3、牺牲层制造：在沉积完腔层的硫化锌基底上旋涂牺牲层材料，厚度10微米，材料为环氧树脂。

4、图形转移：把涂覆牺牲层的硫化锌基底和步骤1制作完成的软膜具自然结合，在自然重力作用下，把软膜具上的图案转移到牺牲层上。

5 把牺牲层带有图案的基底放置在等立体刻蚀设备中刻蚀，去除左右的牺牲层后，牺牲层上的图案转移到了腔层材料上，这样完成了腔层通道的一次调节。离子束能量在600-1000eV,作用时间90min。

6把完成腔层厚度调节的基底重新放入蒸发设备内，一次沉积Ge和SiO2，工艺同1.

参见图2，从制备出的10通道窄带滤光片（中红外区）的光谱图可以看出，中心波长4μm，其半高宽约在50nm，通道通过率高达85%以上，通过一次调节改变腔层的厚度从1.048μm变化到1.678μm，其中心波长从3.376μm到4.508μm呈线性变化。膜系基本结构为S/L(LH)^3LL(HL)^3/AIR，其中高折射率材料采用Ge，低折射率材料采用SiO₂，基底材料为ZnS。

Claims (1)

1.一种阵列F-P腔滤光片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

①软模具制造：采用单点金刚石车削制造硬模具，模具图形对应需要调整各个通道的F-P腔厚度，并用纳米压印的方法把图形转移到软模具上；

②下反射膜堆制造：基底上采用热蒸发镀膜的方法制备F-P窄带滤光片一侧的反射膜堆和腔层；

③牺牲层制造：在腔层上旋涂牺牲胶层；

④图形转移：把①制备好的软模具图形，通过自然加压的形式转移到3制备好的牺牲层上；

⑤腔层厚度调控：采用离子束刻蚀工艺，把牺牲层的图形转移到腔层上，实现一次完成多通道腔层厚度的调整；

⑥上反射膜堆制造：采用热蒸发的方法制备上面的反射膜堆，完成滤光片的制造。