CN110146949A - 一种窄带光谱滤波结构及其制作方法 - Google Patents

一种窄带光谱滤波结构及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种窄带光谱滤波结构及其制作方法，属于集成光电子领域。该结构为基于固定介质层厚度的FP型窄带光谱滤波器结构，器件主要包括顶层布拉格反射镜1、中间介质层2、底层布拉格反射镜3和基底4；所述中间介质层2为低折射率介质材料，其上有亚波长孔阵列2‑1，及其填充在孔阵列内的高折射率介质材料亚波长柱阵列2‑2。基底4为滤波结构提供刚性支撑；布拉格反射镜1、3作为FP腔的上下反射镜；中间介质层2为FP腔的介质材料，通过改变其内部周期性亚波长结构的尺寸，便可控制高低折射率介质材料的比例，进而调节介质层的有效折射率，从而在厚度保持不变的情况下实现高效率窄带宽的多波段光谱滤波效果，同时依据亚波长结构的形状类型，可使得滤波结构具备相应的偏振敏感/无关特性。

Description

一种窄带光谱滤波结构及其制作方法
所属领域
本发明属于集成光电子领域，主要涉及结构-电磁波调控技术、光谱滤波技术、半导体制造技术等。
现有技术
近年来，光谱成像技术在深空探测、遥感遥测、军事国防、生物医学等领域得到了广泛应用，成为科学家密切关注的研究热点，它是一种将光谱分析技术与光学成像技术完美结合而产生的新型成像技术，集成了光学、光电子学、电子学、信息处理、计算机科学等多领域的先进技术，不仅可以实现光谱分析技术的定性定量分析功能，还可以通过光学成像技术，获取更准确直观的目标物体信息，为分析、检测、监控、测量等应用提供更为精准的技术手段。光谱滤波是进行光谱成像的核心功能之一，实现这个功能的滤波元件是光谱成像系统中的关键部件。光的传输效率、滤色纯度、偏振依懒性等是滤波元件的重要指标。传统的滤波器件主要采用染料聚合物等材料，不仅像素尺寸大，光学效率也仅仅达到40％左右，而且耐高温、抗辐射性能差。基于亚波长结构的新型滤波器件在与半导体加工工艺的兼容性、器件稳定性等方面都明显优于传统滤波器件。
1998年，Ebbesen等人发现的金属薄膜孔洞异常透射现象[Nature,391(6668):667,1998]引发了学者对表面等离激元滤波结构的关注。表面等离激元学的提出为新型亚波长结构式滤波器件的研制提供了新思路。目前，许多科研院所已经针对某些特征尺寸在亚波长尺度的滤波结构进行了研究。2011年，日本丰田中心研究与开发实验室提出了一种基于纳米圆孔、方形孔及三角形孔的周期性阵列滤波结构，通过改变铝孔的形状、周期及阵列晶格排布方式便可达到不同的滤波效果，该结构滤波范围广且具有偏振无关特性，然而光学效率较低[Applied Physics Letters,98(9):093113,2011]；2017年，美韩两国研究人员合作开发了一款新型的硅基RGB彩色滤光片，可用于配合CMOS图像传感器持续缩小的像素尺寸要求，该结构具有能量损耗低、效率高等特点，然而其带宽较大、滤波纯度低[NanoLetters,17(5):3159,2017]；2017年，哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室研究的一种基于TiO2的全介质二维光栅结构，可以实现对整个可见光范围内的滤波且具有较高的光学效率，然而其反射光谱曲线有两个波峰，滤波纯度低[ACS Nano,11(5):4445,2017]。综上所述，上述几种滤波结构存在光学效率低、带宽大、滤波效果差等问题，这些问题不利于亚波长结构式滤波器件在光谱成像中的实际应用。因此，迫切需要发明一种光学效率高、带宽窄的新型滤波结构。
发明内容
发明目的
为了克服传统滤波器尺寸大、透过率低，现有亚波长结构式滤波器件光学效率低、带宽大等问题，本发明提出一种基于固定介质层厚度的Fabry-Perot(FP)型窄带光谱滤波器，旨在增加滤波的光学效率、提高滤波纯度。
技术方案
本发明提出的基于固定介质层厚度的FP型窄带光谱滤波器结构参阅图1和图2。器件主要包括顶层布拉格反射镜1、中间介质层2、底层布拉格反射镜3和基底4；
所述顶层布拉格反射镜1为两种高低折射率光学材料组成的多层膜结构，具体的，由一组或多组顶层布拉格反射镜高折射率介质材料层1-1和顶层布拉格反射镜低折射率介质材料层1-2间隔排列形成；
所述中间介质层2为低折射率介质材料，其上有亚波长孔阵列2-1，及其填充在孔阵列内的高折射率介质材料亚波长柱阵列2-2；
所述底层布拉格反射镜3由一组或多组底层布拉格反射镜高折射率介质材料层3-1和底层布拉格反射镜低折射率介质材料层3-2间隔排列形成；
所述基底4优选为玻璃、硅、锗等，其中，玻璃基底针对可见光波段，硅基底针对中波红外波段，锗基底针对长波红外波段等；
所述布拉格反射镜1、3选择为两种高低折射率光学材料组成的多层膜结构，依据不同工作波段，优选为氧化硅、氮化硅、二氧化钛等(可见光波段)，氟化钙、硒化锌(中波红外波段)，锗、碲化镉(长波红外波段)等材料；
进一步的，所述布拉格反射镜1、3选择高低折射率光学材料层对数为2对，也可为3对、4对、5对等；
所述中间介质层2选择材料为氧化硅、氮化硅、二氧化钛等(可见光波段)，氟化钙、硒化锌(中波红外波段)，锗、碲化镉(长波红外波段)等材料；
进一步的，所述中间介质层2中低折射率介质材料亚波长孔阵列2-1的形状除圆孔外，也可为方形孔、三角形孔、矩形孔等；
进一步的，所述中间介质层2中低折射率介质材料亚波长孔阵列2-1的排列形式可为三角形排列，也可为矩形排列等；
进一步的，所述中间介质层2中可无亚波长结构，即介质层为纯氧化硅、氮化硅、二氧化钛、硒化锌、碲化镉等；
本发明的基本工作原理是：本发明提出的滤波结构包括基底4、布拉格反射镜1、3，中间介质层2。根据多光束干涉理论，针对FP型滤波结构，可通过两种途径实现多波段光谱滤波，一种是改变中间介质层的厚度即腔长，另一种是改变中间介质层的折射率。现有的FP滤波结构通常需要调节腔长大小的方式来实现多波段光谱滤波，但是实现对腔长的精确控制难度较大。为此，根据Maxwell-Garnett有效介质理论，本发明提出通过在中间介质层2中制备周期性亚波长孔阵列，并在孔阵列中填充另一种介质，通过亚波长孔阵列的结构尺寸就可以调节中间介质层中两种介质材料的比例，达到调节介质层有效折射率的目的。这样，便可在保证中间介质层厚度不变的情况下，实现对入射光的调制，达到多光谱滤波目的。本发明中布拉格反射镜1、3可以将更多的光局域到中间介质层中，从而使得这种滤波结构可获得高的光学效率，窄的带宽。中间介质层中亚波长结构的制备能够支持这种滤波结构在保持厚度不变的情况下实现多波段光谱滤波，即在同一芯片上制备出多组不同尺寸的结构，便可在同一芯片上同时实现对不同波段的滤波；并且依据不同的亚波长结构类型，滤波结构可具备偏振敏感/无关特性：针对中心对称的亚波长结构形状，滤波结构具有偏振无关特性；而针对非中心对称的亚波长结构形状，滤波结构具有偏振敏感特性。该发明可在厚度保持不变的情况下实现高效率窄带宽的多波段光谱滤波效果，并可依据亚波长结构的类型，具备偏振敏感/无关特性。
本发明提出的窄带光谱滤波结构第一种制作方法，参阅图3，具体步骤如下：
(a)清洗基底4：将基底4用丙酮超声清洗，然后放酒精中超声清洗，之后用去离子水冲洗干净，氮气吹干；
(b)沉积底层布拉格反射镜3：将清洗好的基底4置于材料沉积设备腔室中，依次沉积不同厚度的高、低折射率介质层材料3-1、3-2作反射镜；
进一步的，所述材料沉积设备可以选择为PECVD、ALD、LPCVD等设备；
(c)沉积低折射率中间介质层2：将上述基片置于材料沉积设备腔室中，沉积一层低折射率材料作介质层；
进一步的，所述材料沉积设备可以选择为PECVD、ALD、LPCVD等设备；
(d)旋涂光刻胶5并热烘：将上述基片置于旋涂机上，设定转速及旋涂时间，完成光刻胶5旋涂，之后，置于热板上对基片热烘，固化光刻胶；
进一步的，所述光刻胶5可选择PMMA正胶、HSQ负胶等；
(e)光刻、显影：将旋涂好光刻胶5的基片置于光刻设备腔室中，按照光刻图案，设定好曝光剂量，完成曝光；之后将基片置于显影液中显影，并用异丙醇(IPA)清洗，氮气吹干，得到光刻胶周期性亚波长结构5-1；
进一步的，所述光刻设备可选择为EBL、激光直写、EUV光刻机等；
(f)刻蚀：将上述基片置于刻蚀设备腔室，以光刻胶周期性亚波长结构5-1为掩膜对低折射率介质层2进行刻蚀，得到低折射率介质材料亚波长孔阵列2-1；之后将其置于丙酮中清洗，去除光刻胶5；
进一步的，所述刻蚀设备可选择为RIE刻蚀机、ICP刻蚀机等；
(g)沉积高折射率材料2-2：将上述基片置于沉积设备中，沉积一层高折射率材料2-2，实现对低折射率介质材料亚波长孔阵列2-1的填充；之后用刻蚀设备将低折射率介质材料亚波长孔阵列2-1以外的高折射率材料刻蚀掉，使得高折射率材料亚波长柱阵列2-2与低折射率介质材料亚波长孔阵列2-1厚度保持一致；
进一步的，所述沉积设备可选择为PECVD、ALD、LPCVD等设备；
进一步的，所述刻蚀设备可选择为离子铣刻蚀机、CMP磨削机等；
(h)沉积顶层布拉格反射镜1：将上述基片置于材料沉积设备腔室中，依次沉积不同厚度的高、低折射率介质层材料1-1、1-2作反射镜；
进一步的，所述沉积设备可选择为PECVD、ALD、LPCVD等设备。
本发明提出的窄带光谱滤波结构第二种制作方法，参阅图4，具体步骤如下：
(a)清洗基底4：将基底4用丙酮超声清洗，然后放酒精中超声清洗，之后用去离子水冲洗干净，氮气吹干；
(b)沉积底层布拉格反射镜3并划片：将清洗好的基底4置于材料沉积设备腔室中，依次沉积不同厚度的高、低折射率介质层材料3-1、3-2作反射镜；之后将其置于划片设备中，按照设计的滤波片尺寸进行划片；
进一步的，所述材料沉积设备可以选择为PECVD、ALD、LPCVD等设备；
(c)沉积低折射率中间介质层2：选取划好的基片置于材料沉积设备腔室中，沉积一层低折射率材料作介质层；
进一步的，所述材料沉积设备可以选择为PECVD、ALD、LPCVD等设备；
(d)旋涂光刻胶5并热烘：将上述基片置于旋涂机上，设定转速及旋涂时间，完成光刻胶5旋涂，之后，置于热板上对基片热烘，固化光刻胶；
进一步的，所述光刻胶5可选择PMMA正胶、HSQ负胶等；
(e)光刻、显影：将旋涂好光刻胶5的基片置于光刻设备腔室中，按照光刻图案，设定好曝光剂量，完成曝光；之后将基片置于显影液中显影，并用异丙醇(IPA)清洗，氮气吹干，得到光刻胶周期性亚波长结构5-1；
进一步的，所述光刻设备可选择为EBL、激光直写、EUV光刻机等；
(f)刻蚀：将上述基片置于刻蚀设备腔室，以光刻胶周期性亚波长结构5-1为掩膜对低折射率介质层2进行刻蚀，得到低折射率介质材料亚波长孔阵列2-1；之后将其置于丙酮中清洗，去除光刻胶5；
进一步的，所述刻蚀设备可选择为RIE刻蚀机、ICP刻蚀机等；
(g)沉积高折射率材料2-2：将上述基片置于沉积设备中，沉积一层高折射率材料2-2，实现对低折射率介质材料亚波长孔阵列2-1的填充；之后用刻蚀设备将低折射率介质材料亚波长孔阵列2-1以外的高折射率材料刻蚀掉，使得高折射率材料亚波长柱阵列2-2与低折射率介质材料亚波长孔阵列2-1厚度保持一致；
进一步的，所述沉积设备可选择为PECVD、ALD、LPCVD等设备；
进一步的，所述刻蚀设备可选择为离子铣刻蚀机、CMP磨削机等；
(h)覆盖顶层布拉格反射镜1：将步骤(b)中划片获得的布拉格反射镜翻转并无缝贴合于步骤(g)所得的基片。
有益效果
基底4为滤波结构提供刚性支撑；布拉格反射镜1、3作为FP腔的上下反射镜；中间介质层2为FP腔的介质材料，通过改变其内部周期性亚波长结构的尺寸，便可控制高低折射率介质材料的比例，进而调节介质层的有效折射率，从而在厚度保持不变的情况下实现高效率窄带宽的多波段光谱滤波效果，同时依据亚波长结构的形状类型，可使得滤波结构具备相应的偏振敏感/无关特性。其具体的有益效果总结如下：
(1)本发明的滤波结构中布拉格反射镜增加了光在中间介质层中的多光束干涉效应，可将更多的光局域在中间介质层中，实现高效率，窄带宽的滤波效果。
(2)本发明的滤波结构提出FP结构与亚波长结构结合的方式，可保持中间介质层在厚度不变的情况下，通过调整亚波长结构参数调控滤波器件的工作波段和滤波通道，这种在保证中间介质层厚度不变的情况下实现对不同波段滤波的方法，减小了通过控制腔长实现多波段光谱滤波的技术难度，且便于与纳光子学器件集成。
(3)本发明中亚波长结构的引入，可使得滤波结构在厚度不变的情况下在同一芯片上同时实现对不同波段的滤波，获得多波段光谱滤波效果。
(4)本发明的滤波结构依据亚波长结构类型，具有偏振敏感/无关特性：针对中心对称的亚波长结构形状，滤波结构具有偏振无关特性；而针对非中心对称的亚波长结构形状，滤波结构具有偏振敏感特性。
附图说明
图1为滤波结构的三维示意图
图2为滤波结构的截面示意图
图3为滤波结构的第一种加工工艺流程图
图4为滤波结构的第二种加工工艺流程图
图5为不同结构尺寸的圆形孔矩形阵列排布对应的透射光谱曲线图
图6为圆形孔矩形阵列滤波结构在0-90度偏振态下的透射光谱曲线图
图7为不同结构尺寸的方形孔三角形阵列排布对应的透射光谱曲线图
图8为方形孔三角形阵列滤波结构在0-90度偏振态下的透射光谱曲线图
图9为多波段光谱滤波芯片示意图
图10为矩形三角排列结构在0-75度偏振态下的透射光谱曲线
其中1.顶层布拉格反射镜；1-1.顶层布拉格反射镜高折射率介质材料层；1-2.顶层布拉格反射镜低折射率介质材料层；2.中间介质层；2-1.低折射率介质材料亚波长孔阵列；2-2.高折射率介质材料亚波长柱阵列；3.底层布拉格反射镜；3-1.底层布拉格反射镜高折射率介质材料层；3-2.底层布拉格反射镜低折射率介质材料层；4.基底；5.光刻胶；5-1.光刻胶周期性亚波长结构；T为布拉格反射镜低折射率介质材料层厚度；t为布拉格反射镜高折射率介质材料层厚度；h为中间介质层厚度；P为周期性亚波长孔阵列的周期；r为孔的半径。
具体实施方式
下面结合附图，通过实例对本发明做进一步说明：
实施例1：
本发明提出的基于固定介质层厚度的FP型窄带光谱滤波器结构参阅图1和图2。器件主要包括顶层布拉格反射镜1、中间介质层2、底层布拉格反射镜3和基底4；
所述顶层布拉格反射镜1为两种高低折射率光学材料组成的多层膜结构，具体的，由一组或多组顶层布拉格反射镜高折射率介质材料层1-1和顶层布拉格反射镜低折射率介质材料层1-2间隔排列形成；
所述中间介质层2为低折射率介质材料，其上有亚波长孔阵列2-1，及其填充在孔阵列内的高折射率介质材料亚波长柱阵列2-2；
所述底层布拉格反射镜3由一组或多组底层布拉格反射镜高折射率介质材料层3-1和底层布拉格反射镜低折射率介质材料层3-2间隔排列形成；
所述基底4选择玻璃；
所述布拉格反射镜1、3选择为两种高低折射率光学材料组成的多层膜结构，低折射率材料选择氧化硅，高折射率材料选择二氧化钛；
进一步的，所述布拉格反射镜1、3选择高低折射率光学材料层对数为2对；
所述中间介质层2选择材料为：低折射率介质材料亚波长孔阵列2-1选用材料为氧化硅，高折射率介质材料亚波长柱阵列2-2选用材料为二氧化钛；
进一步的，所述中间介质层2中低折射率介质材料亚波长孔阵列2-1的形状为圆孔；
进一步的，所述中间介质层2中低折射率介质材料亚波长孔阵列2-1的排列形式为矩形排列；
本发明实施的一种窄带光谱滤波结构的制作方法，参阅图3，具体步骤如下：
(a)清洗基底4：将基底4用丙酮超声清洗5min，然后放酒精中超声清洗5min，之后用去离子水冲洗干净，氮气吹干；
(b)PECVD沉积底层布拉格反射镜3：将清洗好的基底4置于PECVD腔室中，依次沉积58nm TiO2，100nm SiO2，58nm TiO2，100nm SiO2，58nm TiO2的高、低折射率介质材料层3-1、3-2作反射镜；
(c)PECVD沉积低折射率中间介质层2：将上述基片置于PECVD腔室中，沉积一层200nm SiO2低折射率材料作介质层；
(d)旋涂光刻胶5并热烘：将上述基片置于旋涂机上，设定转速及旋涂时间，完成光刻胶PMMA的旋涂，之后，置于热板上对基片热烘，固化光刻胶；
(e)光刻、显影：将旋涂好光刻胶5的基片置于EBL腔室中，以矩形阵列排布的周期为250nm，半径为30～100nm的周期性圆形柱阵列为光刻版图，设定好曝光剂量，完成曝光；之后将样片置于显影液中显影，并用异丙醇(IPA)清洗，氮气吹干，得到光刻胶周期性亚波长结构5-1；
(f)RIE刻蚀：将上述基片置于RIE刻蚀机，以光刻胶周期性亚波长结构5-1为掩膜对低折射率介质层2进行刻蚀，得到低折射率介质材料亚波长孔阵列2-1；之后将其置于丙酮中清洗，去除光刻胶5；
(g)PECVD沉积高折射率材料2-2：将上述基片置于PECVD沉积设备中，沉积一层300nm厚的高折射率材料TiO2，实现对低折射率介质材料亚波长孔阵列2-1的填充；之后用离子铣刻蚀机将低折射率介质材料亚波长孔阵列2-1以外的高折射率材料刻蚀掉，使得高折射率材料亚波长柱阵列2-2与亚波长孔阵列2-1厚度保持一致，均为200nm；
(h)PECVD沉积顶层布拉格反射镜1：将上述基片置于PECVD腔室中，依次沉积58nmTiO2，100nm SiO2，58nm TiO2，100nm SiO2，58nm TiO2的高、低折射率介质层材料1-1、1-2作反射镜。
进一步的，参阅图5，制作的周期250nm，半径30～100nm的滤波结构在550～700nm波段，透过率达90％以上，带宽均在10nm以内。
进一步的，参阅图6，制作的周期250nm，半径70nm的滤波结构在不同偏振态下透射光谱曲线几乎保持一致，滤波结构具有较好的偏振无关特性。
实施例2：
本发明提出的基于固定介质层厚度的FP型窄带光谱滤波器结构参阅图1和图2。器件主要包括顶层布拉格反射镜1、中间介质层2、底层布拉格反射镜3和基底4；
所述顶层布拉格反射镜1为两种高低折射率光学材料组成的多层膜结构，具体的，由一组或多组顶层布拉格反射镜高折射率介质材料层1-1和顶层布拉格反射镜低折射率介质材料层1-2间隔排列形成；
所述中间介质层2为低折射率介质材料，其上有亚波长孔阵列2-1，及其填充在孔阵列内的高折射率介质材料亚波长柱阵列2-2；
所述底层布拉格反射镜3由一组或多组底层布拉格反射镜高折射率介质材料层3-1和底层布拉格反射镜低折射率介质材料层3-2间隔排列形成；
所述基底4选择石英；
所述布拉格反射镜1、3选择为两种高低折射率光学材料组成的多层膜结构，低折射率材料选择氧化硅，高折射率材料选择二氧化钛；
进一步的，所述布拉格反射镜1、3选择高低折射率光学材料层对数为2对；
所述中间介质层2选择材料为：低折射率介质材料亚波长孔阵列2-1选用材料为氧化硅，高折射率介质材料亚波长柱阵列2-2选用材料为二氧化钛；
进一步的，所述中间介质层2中低折射率介质材料亚波长孔阵列2-1的形状为方形孔、矩形孔；
进一步的，所述中间介质层2中低折射率介质材料亚波长孔阵列2-1的排列形式为三角形排列；
本发明实施的一种窄带光谱滤波结构的制作方法，参阅图4，具体步骤如下：
(a)清洗基底4：将基底4用丙酮超声清洗5min，然后放酒精中超声清洗5min，之后用去离子水冲洗干净，氮气吹干；
(b)ALD沉积底层布拉格反射镜3并划片：将清洗好的基底4置于ALD腔室中，依次沉积58nm TiO2，100nm SiO2，58nmTiO2，100nm SiO2，58nm TiO2的高、低折射率介质材料层3-1、3-2作反射镜；之后将其置于划片机中，按照1cm*1cm的尺寸进行划片；
(c)ALD沉积低折射率中间介质层2：选取划好的基片置于ALD腔室中，沉积一层200nm SiO2低折射率材料作介质层；
(d)旋涂光刻胶5并热烘：将上述基片置于旋涂机上，设定转速及旋涂时间，完成光刻胶HSQ旋涂，之后，置于热板上对基片热烘，固化光刻胶；
(e)光刻、显影：将旋涂好光刻胶5的基片置于EUV光刻机中，以三角形阵列排布的周期为250nm，边长为40～180nm的周期性方形孔阵列及周期为250nm，长边边长为200nm，短边边长为100nm的周期性矩形孔阵列为光刻版图，设定好曝光剂量，完成曝光；之后将基片置于显影液中显影，并用异丙醇(IPA)清洗，氮气吹干，得到光刻胶周期性亚波长结构5-1；(f)ICP刻蚀：将上述基片置于ICP刻蚀设备中，以光刻胶周期性亚波长结构5-1为掩膜对低折射率介质层2进行刻蚀，得到低折射率介质材料亚波长孔阵列2-1；之后将其置于丙酮中清洗，去除光刻胶5；
(g)ALD沉积高折射率材料2-2：将上述基片置于ALD原子层沉积设备中，沉积一层300nm厚的高折射率材料TiO2，实现对低折射率介质材料亚波长孔阵列2-1的填充；之后用CMP磨削机将低折射率介质材料亚波长孔阵列2-1以外的高折射率材料刻蚀掉，使得高折射率材料亚波长柱阵列2-2与低折射率介质材料亚波长孔阵列2-1厚度保持一致，均为200nm；；
(h)覆盖顶层布拉格反射镜1：将步骤(b)中划片获得的布拉格反射镜翻转并无缝贴合于步骤(g)所得的基片；
进一步的，参阅图7，制作的周期250nm，边长40～180nm的滤波结构在550～700nm波段，透过率达90％以上，带宽均在10nm以内。
进一步的，参阅图8，制作的周期250nm，边长120nm的方形三角阵列的滤波结构在不同偏振态下透射光谱曲线几乎保持一致，表明针对中心对称的亚波长结构，滤波器件具有较好的偏振无关特性。
进一步的，参阅图9，将周期250nm，边长40nm，60nm，80nm，100nm，120nm，140nm，160nm，180nm的滤波结构制备于同一芯片上，可以在同一芯片上实现对中心波长为587nm，593nm，601nm，611nm，623nm，636nm，649nm，661nm的多波段光谱滤波。
进一步的，参阅图10，制作的周期250nm，长边200nm，短边100nm的矩形三角排列的滤波结构在不同偏振态下透射光谱曲线发生变化，随着偏振角度的改变，滤波结构的滤波效果有所改变，表明针对非对称性的亚波长结构，滤波器件具有偏振敏感特性。

Claims (8)

1.一种窄带光谱滤波结构，其特征在于，为基于固定介质层厚度的FP型窄带光谱滤波器结构，主要包括顶层布拉格反射镜1、中间介质层2、底层布拉格反射镜3和基底4；
所述顶层布拉格反射镜1为两种高低折射率光学材料组成的多层膜结构，具体的，由一组或多组顶层布拉格反射镜高折射率介质材料层1-1和顶层布拉格反射镜低折射率介质材料层1-2间隔排列形成；
所述中间介质层2为低折射率介质材料，其上有亚波长孔阵列2-1，及其填充在孔阵列内的高折射率介质材料亚波长柱阵列2-2；
所述底层布拉格反射镜3由一组或多组底层布拉格反射镜高折射率介质材料层3-1和底层布拉格反射镜低折射率介质材料层3-2间隔排列形成。
2.如权利要求1所述的窄带光谱滤波结构，其特征在于，所述基底4为玻璃、硅或锗。
3.如权利要求1所述的窄带光谱滤波结构，其特征在于，所述布拉格反射镜1、3的两种高低折射率光学材料为氧化硅、氮化硅、二氧化钛等，氟化钙、硒化锌，锗或碲化镉。
4.如权利要求1所述的窄带光谱滤波结构，其特征在于，所述中间介质层2材料为氧化硅、氮化硅、二氧化钛等，氟化钙、硒化锌，锗或碲化镉。
5.如权利要求1所述的窄带光谱滤波结构，其特征在于，所述中间介质层2中低折射率介质材料亚波长孔阵列2-1的形状为圆孔、方形孔、三角形孔或矩形孔。
6.如权利要求1所述的窄带光谱滤波结构，其特征在于，所述中间介质层2中低折射率介质材料亚波长孔阵列2-1的排列形式为三角形排列、或矩形排列。
7.如权利要求1所述的窄带光谱滤波结构的第一种制作方法，其特征在于，包括步骤如下：
(a)清洗基底4：将基底4用丙酮超声清洗，然后放酒精中超声清洗，之后用去离子水冲洗干净，氮气吹干；
(b)沉积底层布拉格反射镜3：将清洗好的基底4置于材料沉积设备腔室中，依次沉积不同厚度的高、低折射率介质层材料3-1、3-2作反射镜；
(c)沉积低折射率中间介质层2：将上述基片置于材料沉积设备腔室中，沉积一层低折射率材料作介质层；
(d)旋涂光刻胶5并热烘：将上述基片置于旋涂机上，设定转速及旋涂时间，完成光刻胶5旋涂，之后，置于热板上对基片热烘，固化光刻胶；
(e)光刻、显影：将旋涂好光刻胶5的基片置于光刻设备腔室中，按照光刻图案，设定好曝光剂量，完成曝光；之后将基片置于显影液中显影，并用异丙醇(IPA)清洗，氮气吹干，得到光刻胶周期性亚波长结构5-1；
(f)刻蚀：将上述基片置于刻蚀设备腔室，以光刻胶周期性亚波长结构5-1为掩膜对低折射率介质层2进行刻蚀，得到低折射率介质材料亚波长孔阵列2-1；之后将其置于丙酮中清洗，去除光刻胶5；
(g)沉积高折射率材料2-2：将上述基片置于沉积设备中，沉积一层高折射率材料2-2，实现对低折射率介质材料亚波长孔阵列2-1的填充；之后用刻蚀设备将低折射率介质材料亚波长孔阵列2-1以外的高折射率材料刻蚀掉，使得高折射率材料亚波长柱阵列2-2与低折射率介质材料亚波长孔阵列2-1厚度保持一致；
(h)沉积顶层布拉格反射镜1：将上述基片置于材料沉积设备腔室中，依次沉积不同厚度的高、低折射率介质层材料1-1、1-2作反射镜。
8.如权利要求1所述的窄带光谱滤波结构的第二种制作方法，其特征在于，包括步骤如下：
(a)清洗基底4：将基底4用丙酮超声清洗，然后放酒精中超声清洗，之后用去离子水冲洗干净，氮气吹干；
(b)沉积底层布拉格反射镜3并划片：将清洗好的基底4置于材料沉积设备腔室中，依次沉积不同厚度的高、低折射率介质层材料3-1、3-2作反射镜；之后将其置于划片设备中，按照设计的滤波片尺寸进行划片；
(c)沉积低折射率中间介质层2：选取划好的基片置于材料沉积设备腔室中，沉积一层低折射率材料作介质层；
(d)旋涂光刻胶5并热烘：将上述基片置于旋涂机上，设定转速及旋涂时间，完成光刻胶5旋涂，之后，置于热板上对基片热烘，固化光刻胶；
(e)光刻、显影：将旋涂好光刻胶5的基片置于光刻设备腔室中，按照光刻图案，设定好曝光剂量，完成曝光；之后将基片置于显影液中显影，并用异丙醇(IPA)清洗，氮气吹干，得到光刻胶周期性亚波长结构5-1；
(f)刻蚀：将上述基片置于刻蚀设备腔室，以光刻胶周期性亚波长结构5-1为掩膜对低折射率介质层2进行刻蚀，得到低折射率介质材料亚波长孔阵列2-1；之后将其置于丙酮中清洗，去除光刻胶5；
(g)沉积高折射率材料2-2：将上述基片置于沉积设备中，沉积一层高折射率材料2-2，实现对低折射率介质材料亚波长孔阵列2-1的填充；之后用刻蚀设备将低折射率介质材料亚波长孔阵列2-1以外的高折射率材料刻蚀掉，使得高折射率材料亚波长柱阵列2-2与低折射率介质材料亚波长孔阵列2-1厚度保持一致；
(h)覆盖顶层布拉格反射镜1：将步骤(b)中划片获得的布拉格反射镜翻转并无缝贴合于步骤(g)所得的基片。
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