CN114397721A - 一种应用于窄带滤光片的介质薄膜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于窄带滤光片的介质薄膜，属于窄带滤光片技术领域，本发明包括数个由折射率不同的第一介质层和第二介质层组成的介质薄膜单元，所述介质薄膜单元中第一介质层的折射率记为na，第一介质层的da，所述第一介质层的光学厚度记为na*da，第二介质层的折射率记为nb，第二介质层的db，所述第二介质层的光学厚度记为nb*db，所述一个介质薄膜单元的光学厚度为na*da+nb*db=n，本发明的介质薄膜通过改变第一介质层和第二介质层厚度来实现改变透射峰的位置的同时保证带隙位置几乎不变，当第一介质层和第二介质层的光学厚度相同时，可通过控制介质薄膜单元的光学厚度来控制透射峰的位置。
Description
技术领域
本发明涉及窄带滤光片制备技术领域，尤其涉及一种应用于窄带滤光片的介质薄膜。
背景技术
窄带滤光片，是从带通滤光片中细分出来的，其定义与带通滤光片相同，也就是这种滤光片在特定的波段允许光信号通过，而偏离这个波段以外的两侧光信号被阻止，窄带滤光片的通带相对来说比较窄，一般为中心波长值的5%以下。
其主要参数有：中心波长、半高宽（带宽）、峰值透过率、截止范围、截止深度（OD值）。
中心波长：窄带滤光片的中心波长一般就是仪器或设备的工作波长，它是指通带中心位置的波长。
半高宽（带宽）：带宽是指通带中透过率为峰值透过率的一半的两个位置之间的距离，有时也叫半高宽（不叫半带宽），英文字母经常用FWHM（Full Width at Half Maximum）表示。
峰值透过率：指带通滤光片在通带中最高的透过率大小。
截止范围：截止范围是指除了通带以外，要求截止的波长范围。对于窄带滤光片来说，有一段是前截止，就是截止波长小于中心波长的一段，还有一段长截止，截止波长高于中心波长的那一段。
截止深度（OD值）：截止深度是指截止带中允许能透过光的最大透过率大小。对不同的应用系统对截止深度要求不同，比如对于使用在激发光荧光的场合，一般要求截止深度在T<0.001%以下，在普通的监控识别系统中，截止深度T<0.5%有时已经足够。为简便起见，经常用OD值来表示截止深度。OD=-lgT。
用途：机器视觉、生化分析、光学仪器、光谱测量等领域。
现有技术中，通过改变介质厚度或者材料来改变透射峰的位置，但通过带隙的位置也发生了改变，导致部分光进入到光子晶体中。由于一维光子结构是折射率周期变化的光子结构，具有光子带隙，可使波长位于带间隙的光不能通过一维光子结构的特点。研究表明镜像光子结构破坏了一维光子结构的周期性，表现为带间隙中产生透射峰，可使极窄波长范围的光通过光子结构，一维光子结构在窄带滤光片上的应用还未见报道。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种应用于窄带滤光片的介质薄膜，本发明的介质薄膜通过改变第一介质层和第二介质层厚度来实现改变透射峰的位置的同时保证带隙位置几乎不变，当第一介质层和第二介质层的光学厚度相同时，可通过控制介质薄膜单元的光学厚度来控制透射峰的位置，本发明的内容如下：
本发明的目的在于提供一种应用于窄带滤光片的介质薄膜，其技术点在于，所述介质薄膜为呈镜像结构的一维光子结构，包括数个由折射率不同的第一介质层和第二介质层组成的介质薄膜单元，所述介质薄膜单元中第一介质层的折射率记为na，第一介质层的da，所述第一介质层的光学厚度记为na*da，第二介质层的折射率记为nb，第二介质层的db，所述第二介质层的光学厚度记为nb*db，所述一个介质薄膜单元的光学厚度为na*da+nb*db=n。
在本发明的有的实施中，上述的第一介质层为MgF2薄膜或ZnS薄膜中的一种。
在本发明的有的实施中，上述的第二介质层为MgF2薄膜或ZnS薄膜中的一种。
在本发明的有的实施中，上述的MgF2薄膜的厚度为1-800nm。
在本发明的有的实施中，上述的ZnS薄膜的厚度为1-800nm。
在本发明的有的实施中，上述的介质薄膜包括20-100层介质薄膜单元。
本发明实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
本发明的一种应用于窄带滤光片的介质薄膜为呈镜像结构的一维光子结构，包括数个由折射率不同的第一介质层和第二介质层组成的介质薄膜单元，所述介质薄膜单元中第一介质层的折射率记为na，第一介质层的da，所述第一介质层的光学厚度记为na*da，第二介质层的折射率记为nb，第二介质层的db，所述第二介质层的光学厚度记为nb*db，所述一个介质薄膜单元的光学厚度为na*da+nb*db=n，本发明的介质薄膜通过改变第一介质层和第二介质层厚度来实现改变透射峰的位置的同时保证带隙位置几乎不变，防止其在应用的过程中引入杂光，当第一介质层和第二介质层的光学厚度相同时，可通过控制介质薄膜单元的光学厚度来控制透射峰的位置。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的应用于窄带滤光片的介质薄膜的结构示意图；
图2为当介质薄膜单体的光学厚度na*da+nb*db=n为定值时，第一介质层和第二介质层厚度改变的结构示意图；
图3为当第一介质层的光学厚度记为na*da=第二介质层的光学厚度记为nb*db，介质薄膜单体的光学厚度na*da+nb*db=900时，介质薄膜的透射峰和带隙的位置；
图4为当第一介质层的光学厚度记为na*da=第二介质层的光学厚度记为nb*db，介质薄膜单体的光学厚度na*da+nb*db=1000时，介质薄膜的透射峰和带隙的位置；
图5为当第一介质层的光学厚度记为na*da=第二介质层的光学厚度记为nb*db，介质薄膜单体的光学厚度na*da+nb*db=1100时，介质薄膜的透射峰和带隙的位置；
图6为当na*da+nb*db=1000，第一介质层为MgF2薄膜，第二介质层为ZnS薄膜时，改变第一介质层厚度，介质薄膜的透射峰的改变情况；
图7为当na*da+nb*db=1000，第一介质层为ZnS薄膜，第二介质层为MgF2薄膜时，改变第一介质层厚度，介质薄膜的透射峰的改变情况；
图8为当na*da+nb*db不为定值时，带隙的变化情况（R1的透射峰=1074nm，R2的透射峰=1068nm，R3的透射峰=1061nm，R4的透射峰=1054nm，R5的透射峰=1047nm，R6的透射峰=1040nm，R7的透射峰=1032nm，R8的透射峰=1024nm，R9的透射峰=1016nm，R10的透射峰=1008nm，R11的透射峰=1000nm，R12的透射峰=992nm，R13的透射峰=984nm，R14的透射峰=976nm，R15的透射峰=968nm，R16的透射峰=960nm，R17的透射峰=953nm，R18的透射峰=946nm，R19的透射峰=940nm，R20的透射峰=934nm，R21的透射峰=929nm）；
图9为当na*da+nb*db=1000，改变第一介质层厚度的时，带隙的变化情况（R1的透射峰=1074nm，R2的透射峰=1068nm，R3的透射峰=1061nm，R4的透射峰=1054nm，R5的透射峰=1047nm，R6的透射峰=1040nm，R7的透射峰=1032nm，R8的透射峰=1024nm，R9的透射峰=1016nm，R10的透射峰=1008nm，R11的透射峰=1000nm，R12的透射峰=992nm，R13的透射峰=984nm，R14的透射峰=976nm，R15的透射峰=968nm，R16的透射峰=960nm，R17的透射峰=953nm，R18的透射峰=946nm，R19的透射峰=940nm，R20的透射峰=934nm，R21的透射峰=929nm）。
附图标记
1-第二介质层；2-第二介质层。
具体实施方式
本发明的一种如图1所示的应用于窄带滤光片的介质薄膜呈镜像结构的一维光子结构，包括数个由折射率不同的第一介质层1和第二介质层2组成的介质薄膜单元，所述介质薄膜单元中第一介质层1的折射率记为na，第一介质层1的da，所述第一介质层1的光学厚度记为na*da，第二介质层2的折射率记为nb，第二介质层2的db，所述第二介质层2的光学厚度记为nb*db，所述一个介质薄膜单元的光学厚度为na*da+nb*db=n。当第一介质层和第二介质层的光学厚度相同时，可通过控制介质薄膜单元的光学厚度来控制透射峰的位置。
当na*da+nb*db=n为定值时，可以通过如图2所示的方式来改变本发明的第一介质层和第二介质层厚度来实现改变透射峰的位置的同时保证带隙位置几乎不变。
作为优选的，上述的第一介质层1为MgF2薄膜或ZnS薄膜中的一种。
作为优选的，上述的第二介质层2为MgF2薄膜或ZnS薄膜中的一种。
作为优选的，上述的MgF2薄膜的厚度为1-800nm。
作为优选的，上述的ZnS薄膜的厚度为1-800nm。
作为优选的，上述的介质薄膜包括20-100层介质薄膜单元。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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。
以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。
实施例1
本实施例的应用于窄带滤光片的介质薄膜呈镜像结构的一维光子结构，包括数个由折射率不同的第一介质层1和第二介质层2组成的介质薄膜单元，所述介质薄膜单元中第一介质层1的折射率记为na，第一介质层1的da，所述第一介质层1的光学厚度记为na*da，第二介质层2的折射率记为nb，第二介质层2的db，所述第二介质层2的光学厚度记为nb*db，所述一个介质薄膜单元的光学厚度为na*da+nb*db=n，当第一介质层1的光学厚度记为na*da=第二介质层1的光学厚度记为nb*db，介质薄膜单体的光学厚度na*da+nb*db=900时，从图3可以看出，其介质薄膜透射峰为900nm，当反射率为100%时候带隙的范围大概为760-1150nm。
实施例2
本实施例的应用于窄带滤光片的介质薄膜呈镜像结构的一维光子结构，包括数个由折射率不同的第一介质层1和第二介质层2组成的介质薄膜单元，所述介质薄膜单元中第一介质层1的折射率记为na，第一介质层1的da，所述第一介质层1的光学厚度记为na*da，第二介质层2的折射率记为nb，第二介质层2的db，所述第二介质层2的光学厚度记为nb*db，所述一个介质薄膜单元的光学厚度为na*da+nb*db=n，当第一介质层1的光学厚度记为na*da=第二介质层1的光学厚度记为nb*db，介质薄膜单体的光学厚度na*da+nb*db=1000时，从图4可以看出，其介质薄膜透射峰为1000nm，当反射率为100%时候带隙的范围大概为800-1250nm。
实施例3
本实施例的应用于窄带滤光片的介质薄膜呈镜像结构的一维光子结构，包括数个由折射率不同的第一介质层1和第二介质层2组成的介质薄膜单元，所述介质薄膜单元中第一介质层1的折射率记为na，第一介质层1的da，所述第一介质层1的光学厚度记为na*da，第二介质层2的折射率记为nb，第二介质层2的db，所述第二介质层2的光学厚度记为nb*db，所述一个介质薄膜单元的光学厚度为na*da+nb*db=n，当第一介质层1的光学厚度记为na*da=第二介质层1的光学厚度记为nb*db，介质薄膜单体的光学厚度na*da+nb*db=1000时，从图5可以看出，其介质薄膜透射峰为1100nm，当反射率为100%时候带隙的范围大概为900-1400nm。
实施例4
本实施例的应用于窄带滤光片的介质薄膜呈镜像结构的一维光子结构，包括数个由折射率不同的第一介质层1和第二介质层2组成的介质薄膜单元，所述介质薄膜单元中第一介质层1的折射率记为na，第一介质层1的da，所述第一介质层1的光学厚度记为na*da，第二介质层2的折射率记为nb，第二介质层2的db，所述第二介质层2的光学厚度记为nb*db，所述一个介质薄膜单元的光学厚度为na*da+nb*db=n，当第一介质层1的光学厚度记为na*da=第二介质层2的光学厚度记为nb*db，为当na*da+nb*db=1000，第一介质层1为MgF2薄膜，第二介质层2为ZnS薄膜时，改变第一介质层1厚度，介质薄膜的透射峰的改变情况，从图6可以看出，随着第一介质层1厚度的增加，透射峰的峰值数值向左移动，如图9所示，随着透射峰的改变带隙的范围变化不大大概为还在800-1250nm与第二实施例相同。
实施例5
本实施例的应用于窄带滤光片的介质薄膜呈镜像结构的一维光子结构，包括数个由折射率不同的第一介质层1和第二介质层2组成的介质薄膜单元，所述介质薄膜单元中第一介质层1的折射率记为na，第一介质层1的da，所述第一介质层1的光学厚度记为na*da，第二介质层2的折射率记为nb，第二介质层2的db，所述第二介质层2的光学厚度记为nb*db，所述一个介质薄膜单元的光学厚度为na*da+nb*db=n，当第一介质层的光学厚度记为na*da=第二介质层的光学厚度记为nb*db，为当na*da+nb*db=1000，第一介质层1为ZnS薄膜，第二介质层2为MgF2薄膜时，改变第一介质层1厚度，介质薄膜的透射峰的改变情况，从图7可以看出，随着第一介质层1厚度的增加，透射峰的峰值数值向左移动，带隙的范围大概为还在800-1250nm与第二实施例相同，由此可知第一介质层1材质和第二介质层2材质对透射峰的峰值数的改变无影响。
对比例
如图8所示，当不考虑na*da+nb*db为一个定值时，单纯的通过改变厚度或者材料来控制透射峰的位置，就会出现带隙的改变，从而在实际使用中引入不必要的杂光，例如要得到在波长1074nm位置处出现透射峰，此时带隙为范围为850-1300nm，在窄带滤光片的应用中就会引入1250-1300nm的杂光。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (6)
1.一种应用于窄带滤光片的介质薄膜，其特征在于，所述介质薄膜为呈镜像结构的一维光子结构，包括数个由折射率不同的第一介质层（1）和第二介质层（2）组成的介质薄膜单元，所述介质薄膜单元中第一介质层（1）的折射率记为na，第一介质层（1）的da，所述第一介质层（1）的光学厚度记为na*da，第二介质层（2）的折射率记为nb，第二介质层（2）的db，所述第二介质层（2）的光学厚度记为nb*db，所述一个介质薄膜单元的光学厚度为na*da+nb*db=n。
2.根据权利要求1所述的一种应用于窄带滤光片的介质薄膜，其特征在于，所述第一介质层（1）为MgF2薄膜或ZnS薄膜中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种应用于窄带滤光片的介质薄膜，其特征在于，所述第二介质层（2）为MgF2薄膜或ZnS薄膜中的一种。
4.根据权利要求2或3任一所述的一种应用于窄带滤光片的介质薄膜，其特征在于，所述MgF2薄膜的厚度为1-800nm。
5.根据权利要求2或3任一所述的一种应用于窄带滤光片的介质薄膜，其特征在于，所述ZnS薄膜的厚度为1-800nm。
6.根据权利要求1所述的一种应用于窄带滤光片的介质薄膜，其特征在于，所述介质薄膜包括20-100层介质薄膜单元。
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