CN109655955A - 一种多通道法布里-珀罗滤光片及其制备方法 - Google Patents

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高劲松
王笑夷
李资政
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Abstract

本发明提供了一种多通道法布里‑珀罗滤光片及其制备方法，在多通道法布里‑珀罗滤光片制备过程中，采用聚焦离子束刻蚀的方法而达到仅需一次刻蚀就能集成多个通道。聚焦离子束刻蚀为计算机控制下的无掩膜刻蚀方法，可以直接对于高光谱滤光片不同位置的法布里‑珀罗腔层进行不同时间的刻蚀，从而利用单个刻蚀工艺实现多个通道的腔长长度的调节。

Description

一种多通道法布里-珀罗滤光片及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种光学薄膜制备技术，尤其涉及一种多通道法布里-珀罗滤光片的制备技术。
背景技术
高光谱成像技术被广泛应用，在气象测绘，地质、资源调查、农林、海洋等环境检测以及医疗和科学实验领域都有着重要的应用，高光谱成像技术正在向光谱通道更多、集成度更广、体积更小和重量更轻的方向发展，这就需要需要制备相应的多通道窄带微型集成滤光片。目前有的多通道集成滤光片制备方法主要通过组合刻蚀法和多次掩膜相结合的方法，组合刻蚀法的方法主要是基于法布里-珀罗原理来进行的，通过刻蚀离子束技术改变滤光片的法布里-珀罗腔的厚度，来实现光学通道的选择，将其与掩膜技术相结合，可以通过组合刻蚀和多次掩膜实现多通道集成的目的，得到多通道集成滤光片。但是这种制备工艺过程较为复杂，当通道数增加时，所需套刻次数随之增加，每一次工艺步骤所造成的误差都会迭代到下一个工艺步骤中，这使得成品率的提升面临诸多困难，另外多次的刻蚀与掩膜的重复对准会给膜面带来污染，对滤光片的性能也会产生很大的影响。
鉴于此，克服以上现有技术中的缺陷，提供一种新的多通道法布里-珀罗滤光片的制备方法成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的上述缺陷，提供一种多通道法布里-珀罗滤光片及其制备方法，旨在解决目前的组合刻蚀和多次掩膜相结合的方法容易造成滤光片成品率降低以及膜面污染的问题。
本发明提供了一种多通道法布里-珀罗滤光片的制备方法，所述滤光片的制备方法包括以下步骤：
S1：提供一基底，在所述基底上形成第一膜系；
S2：在所述第一膜系上形成法布里-珀罗腔层，采用聚焦离子束对所述法布里-珀罗腔层进行刻蚀，以形成多个具有不同厚度的法布里-珀罗腔；
S3：在所述法布里-珀罗腔上形成第二膜系，以形成多通道法布里-珀罗滤光片。
进一步的，所述“采用聚焦离子束对所述法布里-珀罗腔层进行刻蚀，以形成多个具有不同厚度的法布里-珀罗腔”的步骤包括：采用多束聚焦离子束分别对法布里-珀罗腔层的多个通道范围进行刻蚀，多个通道范围的刻蚀时间不同。
进一步的，所述第一膜系和/或所述第二膜系包括多个高折射率膜和多个低折射率膜，所述高折射率膜和所述低折射率膜交错层叠，所述第二膜系与所述第一膜系对称设置。
进一步的，所述高折射率膜为二氧化钛薄膜，所述低折射率薄膜为二氧化硅薄膜。
进一步的，在第一膜系和第二膜系的形成过程中，二氧化硅的沉积速率为二氧化钛的沉积速率为真空度小于1×10-1Pa。
和/或，所述法布里-珀罗腔层包括依次排列的四个通道范围，每个通道范围为20×20μm，所述四个通道范围的刻蚀时间依次递减。
进一步的，所述第一膜系、所述法布里-珀罗腔层和所述第二膜系是通过电子束蒸发、磁控溅射、或离子束溅射法镀制形成。
进一步的，在所述第一膜系、所述法布里-珀罗腔层和所述第二膜系的镀制过程中，对沉积的光学物质的厚度进行监控。
进一步的，该制备方法在步骤S3之后还包括：
S4：对所制备的多通道法布里-珀罗滤光片的透射率进行检测。
进一步的，该制备方法在步骤S1之前还包括：
S0：确定制备所述滤光片所需的镀膜材料以及对应的第一膜系和第二膜系的结构。
本发明提供了一种多通道法布里-珀罗滤光片，所述滤光片通过上述任一所述滤光片的制备方法制备形成。
本发明的有益效果是在多通道法布里-珀罗滤光片制备过程中，采用聚焦离子束刻蚀的方法形成具有多个不同厚度的法布里-珀罗腔，就可以改变滤光片的光学厚度。采用聚焦离子束刻蚀的方法替代现有技术中组合刻蚀和多次掩膜的方法来改变法布里-珀罗腔层的光学厚度，可以省去多次刻蚀和多次掩膜的步骤，而达到仅需一次刻蚀就能集成多个通道。聚焦离子束刻蚀为计算机控制下的无掩膜刻蚀方法，可以直接对于高光谱滤光片不同位置的法珀腔进行不同时间的刻蚀，从而利用单个刻蚀工艺实现多个通道的腔长长度的调节。
附图说明
图1是本发明实施例的多通道法布里-珀罗滤光片的制备方法的流程图。
图2是本发明实施例的4个通道法布里-珀罗滤光片结构图。
图3是本发明实施例的4个通道的透过滤曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其它具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。
图1示出了本发明实施例的多通道法布里-珀罗滤光片的制备方法的流程图，请参阅图1所示，该制备方法包括如下步骤：
S0：确定制备所述滤光片所需的镀膜材料以及对应的第一膜系和第二膜系的结构。
S1：提供一基底，在该基底上形成第一膜系。
S2：在该第一膜系上形成法布里-珀罗腔层，采用聚焦离子束对所述法布里-珀罗腔层进行刻蚀，以形成多个具有不同厚度的法布里-珀罗腔。
S3：在该法布里-珀罗腔上形成第二膜系，以形成多通道法布里-珀罗滤光片。
S4：对所制备的多通道法布里-珀罗滤光片的透射率进行检测。
本发明实施例以一个4通道工作波长位于600nm-750nm范围内的法布里-珀罗滤光片的制备方法为例进行详细说明。
在步骤S0中，利用SiO2、TiO2介质材料设计膜系结构。
上述滤光片膜系结构为“基底(LH)^7 2.8L(HL)^7”，膜系结构一共包含了29层薄膜，其设计的中心波长为650nm，其中L代表低折射率膜，这里是SiO2层，其光学厚度为中心波长的1/4，即110nm。H代表高折射率膜，这里是TiO2，其光学厚度同样为中心波长的1/4，即71nm。第一膜系结构为(LH)^7，其中SiO2和TiO2交错设置，第二膜系结构为(HL)^7，第一膜系和第二膜系中的SiO2和TiO2对称设置，法布里-珀罗腔层为2.8L，即光学厚度300nm的SiO2。
在步骤S1中，采用离子束辅助的电子束蒸发镀膜方法在基底上先沉积L层再沉积H层，沉积薄膜时真空度小于1×10-1Pa，其中SiO2沉积速率为TiO2沉积速率为依次交错沉积膜系结构中的(LH)^7，这里是前14层，在基底上形成第一膜系。沉积过程中要对第一膜系的SiO2和TiO2的厚度进行监测。
在步骤S2中，请参考图2，采用离子束辅助的电子束蒸发镀膜方法在第一膜系1上沉积2.8L层，这里是第15层，形成法布里-珀罗腔层2，沉积薄膜时真空度小于1×10-1Pa，SiO2沉积速率为沉积过程中要对法布里-珀罗腔层2中SiO2的厚度进行监测。
为了形成4个通道的法布里-珀罗滤光片，利用聚焦离子束刻蚀法布里-珀罗腔层。我们设定聚焦离子束刻蚀的刻蚀范围和刻蚀时间，每个通道的刻蚀范围为20×20μm，刻蚀时间逐渐递减。通过聚焦离子束刻蚀的选择性刻蚀，形成4个不同厚度的法布里-珀罗腔21、法布里-珀罗腔22、法布里-珀罗腔23和法布里-珀罗腔24，其厚度分别为300nm，270nm，240nm，210nm。
在步骤S3中，将经过刻蚀后的上述滤光片放入真空镀膜设备中，利用与步骤S1相同的工艺参数继续镀制第二膜系3，镀制过程中SiO2和TiO2的镀制顺序与步骤S1相对称镀制，即(HL)^7层，膜系结构的后14层，完成4通道工作波长位于600nm-750nm法布里-珀罗滤光片的制备，沉积过程中要对第二膜系的SiO2和TiO2的厚度进行监测。
在步骤S4中，制备过程完成后利用微区分光光度计测得如图3所示的透过率曲线。可以看到这4个通道的光的投射波长都在600nm-750nm范围内。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多通道法布里-珀罗滤光片的制备方法，其特征在于，所述滤光片的制备方法包括以下步骤：
S1：提供一基底，在所述基底上形成第一膜系；
S2：在所述第一膜系上形成法布里-珀罗腔层，采用聚焦离子束对所述法布里-珀罗腔层进行刻蚀，以形成多个具有不同厚度的法布里-珀罗腔；
S3：在所述法布里-珀罗腔上形成第二膜系，以形成多通道法布里-珀罗滤光片。
2.如权利要求1所述的滤光片的制备方法，其特征在于，所述“采用聚焦离子束对所述法布里-珀罗腔层进行刻蚀，以形成多个具有不同厚度的法布里-珀罗腔”的步骤包括：采用多束聚焦离子束分别对法布里-珀罗腔层的多个通道范围进行刻蚀，多个通道范围的刻蚀时间不同。
3.如权利要求1或2所述的滤光片的制备方法，其特征在于，所述第一膜系和/或所述第二膜系包括多个高折射率膜和多个低折射率膜，所述高折射率膜和所述低折射率膜交错层叠，所述第二膜系与所述第一膜系对称设置。
4.如权利要求3所述的滤光片的制备方法，其特征在于，所述高折射率膜为二氧化钛薄膜，所述低折射率薄膜为二氧化硅薄膜。
5.如权利要求4所述的滤光片的制备方法，其特征在于，在第一膜系和第二膜系的形成过程中，二氧化硅的沉积速率为二氧化钛的沉积速率为真空度小于1×10-1Pa；
和/或，所述法布里-珀罗腔层包括依次排列的四个通道范围，每个通道范围为20×20μm，所述四个通道范围的刻蚀时间依次递减。
6.如权利要求1所述的滤光片的制备方法，其特征在于，所述第一膜系、所述法布里-珀罗腔层和所述第二膜系是通过电子束蒸发、磁控溅射、或离子束溅射法镀制形成。
7.如权利要求6所述的滤光片的制备方法，其特征在于，在所述第一膜系、所述法布里-珀罗腔层和所述第二膜系的镀制过程中，对沉积的光学物质的厚度进行监控。
8.如权利要求1所述的滤光片的制备方法，其特征在于，该制备方法在步骤S3之后还包括：
S4：对所制备的多通道法布里-珀罗滤光片的透射率进行检测。
9.如权利要求1所述的滤光片的制备方法，其特征在于，该制备方法在步骤S1之前还包括：
S0：确定制备所述滤光片所需的镀膜材料以及对应的第一膜系和第二膜系的结构。
10.一种多通道法布里-珀罗滤光片，其特征在于，所述滤光片通过权利要求1-9任一所述滤光片的制备方法制备形成。
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