CN111552019B - 一种具有高质量面形偏差的窄带滤波片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有高质量面形偏差的窄带滤波片，包括基底，所述基底的上端面和下端面分别设有主膜系和背面膜系，所述基底采用在紫外可见光区具有高吸收系数的有色玻璃。本发明为一种具有高质量面形偏差的窄带滤波片，通过调节正反面膜系的相对厚度偏差在100nm以内以达到最优的面形偏差控制，从而提高光学系统的精度。
Description
技术领域
本发明涉及窄带滤波片相关技术领域，具体为一种具有高质量面形偏差的窄带滤波片。
背景技术
窄带滤波片特指半带宽与中心波长之比小于0.05的滤波片，它主要作用是对光具有选择性，收集某个特定波段的光转换成所需要的信息而其余波段截止。窄带滤波片的应用领域日益广泛，可用于酶标仪、生物识别、红外医疗仪器、荧光分析仪、生化仪、光学测量仪器、医疗检测设备、监控摄像机、荧光显微镜、半导体激光器及传感器封装等；窄带滤光片作为基础的光学系统元件，它的性能指标直接影响了整个光学系统的精确度以及成像质量；其中，面形偏差是评估窄带滤光片成像质量的重要指标；光学元件的面形误差对光束线的焦点尺寸有极大影响，因此实现高质量面形偏差的窄带滤波片是亟待解决的问题，所以这里设计了一种具有高质量面形偏差的窄带滤波片，以便于解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有高质量面形偏差的窄带滤波片，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种具有高质量面形偏差的窄带滤波片，包括基底，所述基底的上端面和下端面分别设有主膜系和背面膜系。
优选的，所述基底采用在紫外可见光区具有高吸收系数的有色玻璃。
优选的，所述有色玻璃可为截止型有色玻璃WB260、WB280、WB300、WB360、WB380、JB400、JB420、JB450、JB470、JB490、JB510、CB535、CB550、CB565、CB580、HB600、HB610、HB630、HB640、HB650、HB670、HB680、HB700、HB715、HB780、HB800、HB830、HB850等中的任一种。
优选的，所述主膜系的初始膜系结构为：
Sub|(LH)^42L(HL)^4H
(LH)^32L(HL)^3H
(LH)^42L(HL)^4H
(LH)^32L(HL)^3|Air。
优选的，所述背面膜系的膜系结构为短波通：
Sub|(0.5LH0.5L)^151.07(HL)^9|Air。
优选的，一种具有高质量面形偏差的窄带滤波片，其具体制备方法为：
A1、为了减少主膜系的膜厚，在本发明中的基底材料选择的是在紫外可见光区具有高吸收系数的有色玻璃，通过调整不同的着色剂以及离子浓度而实现在不同的可见光区波段不同程度的吸收，从而呈现出不同的颜色，并且在本发明中，基底的材料主要起到前截止次峰和减少主膜系厚度的作用；
A2、通过调整两面膜系的参考波长，λ主膜系/λ背面膜系＝0.5-1之间使得两面膜厚尽可能小，在以上膜系中，Sub代表基板，H代表厚度为1/4光学厚度的高折射率材料，可以是HfO2，Ta2O5，Ti3O5或TiO2中的任一种，L代表厚度为1/4光学厚度的低折射率材料MgF2或SiO2中的任一种；Air代表空气，通过调节参考波长，窄带的中心波长在400-2000nm之间可调，窄带膜系的参考波长就是中心波长，将参考波长在400-2000nm之间调整时，就实现了中心波长的调整；
A3、制备出中心波长在430nm的窄带滤波片，它以光学玻璃ZJB380作为基底材料，五氧化二钽和二氧化硅分别作为高折射率和低折射率材料，λ主膜系/λ背面膜系≈0.8，两面膜厚偏差在80nm，面形偏差△N在0.2以内，这样制备的优点在于能够避免单面镀膜导致镀膜后的窄带滤光片产生应力、面形等问题；通过使用有色镜片作为基底从而减少主膜系厚度的同时，调节背面膜系的厚度使得两面膜厚相近，两面沉积膜层应力抵消以实现滤光片总体应力趋向于零，从而达成高质量面形偏差控。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明为一种具有高质量面形偏差的窄带滤波片，通过调节正反面膜系的相对厚度偏差在100nm以内以达到最优的面形偏差控制，从而提高光学系统的精度。
2.本发明通过选择合适的有色玻璃作为基底，修正两面的参考波长在0.5-1之间使得两面膜层厚度偏差在100nm以内以降低膜层应力使总体应力趋于0，从而获得高质量面形偏差。
3.本发明中膜系的中心波长可从400-2000nm可调。
附图说明
图1为本发明主体结构主视图；
图2为本发明的波长示意视图。
图中：1、主膜系；2、基底；3、背面膜系。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种具有高质量面形偏差的窄带滤波片，解决了现有技术中提出的问题；下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
请参阅图1-2，本实施例提供了一种具有高质量面形偏差的窄带滤波片，包括基底2，基底2的上端面和下端面分别设有主膜系1和背面膜系3。
其中，基底2采用在紫外可见光区具有高吸收系数的有色玻璃；
主膜系1的初始膜系结构为：
Sub|(LH)^42L(HL)^4H
(LH)^32L(HL)^3H
(LH)^42L(HL)^4H
(LH)^32L(HL)^3|Air；
背面膜系3的膜系结构为短波通：
Sub|(0.5LH0.5L)^151.07(HL)^9|Air；
本实施例中，为了减少主膜系1的膜厚，在本发明中的基底2的材料选择的是在紫外可见光区具有高吸收系数的有色玻璃，通过调整不同的着色剂以及离子浓度而实现在不同的可见光区波段不同程度的吸收，从而呈现出不同的颜色，并且在本发明中，基底2的材料主要起到前截止次峰和减少主膜系1厚度的作用，通过调整两面膜系的参考波长，λ主膜系/λ背面膜系＝0.5-1之间使得两面膜厚尽可能小100nm以内，在以上膜系1中，Sub代表基板，H代表厚度为1/4光学厚度的高折射率材料，可以是HfO2，Ta2O5，Ti3O5或TiO2中的任一种，L代表厚度为1/4光学厚度的低折射率材料MgF2或SiO2中的任一种；Air代表空气，通过调节参考波长，窄带的中心波长在400-2000nm之间可调，窄带膜系的参考波长就是中心波长，将参考波长在400-2000nm之间调整时，就实现了中心波长的调整，通过选择合适的有色玻璃作为基底2，修正两面的参考波长在0.5-1之间使得两面膜层厚度偏差在100nm以内以降低膜层应力使总体应力趋于0，从而获得高质量面形偏差，提高光学系统的精度；
制备出中心波长在430nm的窄带滤波片，它以光学玻璃ZJB380作为基底2材料，五氧化二钽和二氧化硅分别作为高折射率和低折射率材料，λ主膜系/λ背面膜系≈0.8，两面膜厚偏差在80nm，面形偏差△N在0.2以内，这样制备的优点在于能够避免单面镀膜导致镀膜后的窄带滤光片产生应力、面形等问题；通过使用有色镜片作为基底2从而减少主膜系1厚度的同时，调节背面膜系3的厚度使得两面膜厚相近，两面沉积膜层应力抵消以实现滤光片总体应力趋向于零，从而达成高质量面形偏差控；比方说，要求前截止波长是250-400nm；如果不用有色镜片作为基底2的话，需要在设计光学膜阶段就设定这个截止目标，这样镀出来的膜会比较厚，并且与背面光学膜膜厚差别较大，面形偏差也就大；如果用ZJB380有色镜作为基底2的话，由于该有色镜的特点是380nm之前全截止，那么在设计阶段就只要设定截止目标从380-400nm，这样膜层就会薄一点，通过简单调整就能与背面光学膜厚度相匹配，就能保证高精度的面形偏差；
另外，有色玻璃可为截止型有色玻璃WB260、WB280、WB300、WB360、WB380、JB400、JB420、JB450、JB470、JB490、JB510、CB535、CB550、CB565、CB580、HB600、HB610、HB630、HB640、HB650、HB670、HB680、HB700、HB715、HB780、HB800、HB830、HB850等中的任一种，根据窄带中心波段的不同，可选择任一种均可。
本发明采用真空镀膜的方法制备，滤波片中心波长的偏移小于5nm，使用精度较高的光控系统来进行膜厚监控；
采用PerkinElemer Spectrum傅里叶变换光谱仪对中心波长为433nm的窄带滤波片进行测试，该滤波片最终测试性能如下：
1.中心波长λ0＝433nm；
2.半带宽△λ＝19nm；
3.峰值透射率T＝91.2％；
4.矩形度n＝1.2；
5.指定区域250-1000nm次峰截止深度Tc＜0.5％；
6.产品外形：方形，圆形均可；平面镜与凹凸透镜均可；
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (1)
1.一种具有高质量面形偏差的窄带滤波片，包括基底（2），其特征在于：所述基底（2）的上端面和下端面分别设有主膜系（1）和背面膜系（3）；
所述基底（2）采用在紫外可见光区具有高吸收系数的有色玻璃；
所述有色玻璃可为截止型有色玻璃WB260、WB280、WB300、WB360、WB380、JB400、JB420、JB450、JB470、JB490、JB510、CB535、CB550、CB565、CB580、HB600、HB610、HB630、HB640、HB650、HB670、HB680、HB700、HB715、HB780、HB800、HB830、HB850中的任一种；
所述主膜系（1）的初始膜系结构为：
Sub|(LH)^4 2L(HL)^4H (LH)^3 2L(HL)^3H (LH)^4 2L(HL)^4H (LH)^3 2L(HL)^3|Air；
所述背面膜系（3）的膜系结构为短波通：
Sub|(0.5LH0.5L)^15 1.07(HL)^9|Air；
Sub代表基板，H代表厚度为1/4光学厚度的高折射率材料HfO2，Ta2O5，Ti3O5或TiO2中的任一种，L代表厚度为1/4光学厚度的低折射率材料MgF2或SiO2中的任一种；Air代表空气。
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