CN114959619B - 一种高信噪比的滤光片及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高信噪比的滤光片及其制备方法和应用，所述滤光片包括：玻璃基板；增透膜，所述增透膜设置于玻璃基板的一个表面上；多层薄膜复合单元，所述薄膜复合单元设置于玻璃基板的另一个表面上；每层薄膜复合单元均由多层二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜与一层五氧化二钽/氮化硼复合薄膜组成；本发明的高信噪比的滤光片的信噪比可达107以上。
Description
技术领域
本发明属于滤光片技术领域，具体涉及一种高信噪比的滤光片及其制备方法和应用。
背景技术
镀膜滤光片是现代光通信中最为主要的元件之一，有设计灵活、体积轻便、信号稳定等特点。在光通信系统中，许多光线发射和接收设备都需要高质量的镀膜滤光片。滤光片是DWDM模块的心脏，它能通过极窄光谱范围的光反射另外一些波长的光，多个滤光片串置起来，可将不同波长的光耦合进光纤或从光纤中分解出不同波长的光，形成复用器与解复用器，从而达到网络传输速率快、容量高、延时低的效果。
近年来随着通信技术和投影技术的发展，对光学薄膜的要求越来越高，但是现有技术中公开的镀膜滤光片的薄膜多是由二氧化硅搭配五氧化二钽形成，这样的滤光片光信号的信噪比不高，一般在105左右。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高信噪比的滤光片及其制备方法和应用，其信噪比可达107以上。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种高信噪比的滤光片，所述滤光片包括：
玻璃基板；
增透膜，所述增透膜设置于玻璃基板的一个表面上；
多层薄膜复合单元，所述薄膜复合单元设置于玻璃基板的另一个表面上；
每层薄膜复合单元均由多层二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜与一层五氧化二钽/氮化硼复合薄膜组成。
所述薄膜复合单元的层数为7～9层。
所述多层二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜的层数为五层。
每层薄膜复合单元中，五层二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜之上设置一层五氧化二钽/氮化硼复合薄膜。
二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜中，二氧化硅薄膜位于最下层，氮化硼薄膜位于二氧化硅薄膜与五氧化二钽复合薄膜的中间。
五氧化二钽/氮化硼复合薄膜中，氮化硼薄膜位于五氧化二钽薄膜之上。
二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜的厚度为0.5～0.9μm，二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜与五氧化二钽/氮化硼复合薄膜的厚度之比为1:0.3～0.5。
所述玻璃基板的厚度为0.8～1.2mm。
本发明还提供了所述的高信噪比的滤光片的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)对一面含有增透膜的玻璃基板进行清洗、晾干，
(2)采用真空离子束溅射的方法在玻璃基板的另一面依次镀制二氧化硅薄膜、氮化硼薄膜、五氧化二钽薄膜以形成二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜；
(3)重复步骤(2)四次，以在玻璃基板之上形成五层二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜；
(4)采用真空离子束溅射的方法在二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜之上依次镀制五氧化二钽薄膜、氮化硼薄膜得到五氧化二钽/氮化硼复合薄膜；
(5)重复步骤(2)-(5)六至八次，即可得到所述高信噪比的滤光片。
本发明提供的高信噪比的滤光片可应用在光学器件中。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供的高信噪比的滤光片的结构中，在玻璃基板之上设置了多层薄膜复合单元，薄膜复合单元中，通过在五氧化二钽薄膜、二氧化硅薄膜之间插入氮化硼薄膜，由于氮化硼的介电常数比五氧化二钽低，但比二氧化硅高，氮化硼薄膜插入后调整了二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜的介电常数；并以五氧化二钽薄膜、氮化硼薄膜组成五氧化二钽/氮化硼复合薄膜也改善了五氧化二钽的介电常数。同时，氮化硼与五氧化二钽及二氧化硅均具有很好的匹配，保证了界面集合的匹配度和致密性，因此也保证了有效光信号的稳定性，提升了光信号的信噪比。
附图说明
图1为本发明中的滤光片的结构示意图；
图2为图1中的薄膜复合单元的结构示意图；
图3为图2中的二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜的结构示意图；
图4为图2中的五氧化二钽/氮化硼复合薄膜的结构示意图；
图中1-增透膜、2-玻璃基板、3-薄膜复合单元、3-1-二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜、3-2-五氧化二钽/氮化硼复合薄膜、3-1-1-二氧化硅薄膜、3-1-2-氮化硼薄膜、3-1-3-五氧化二钽薄膜、3-2-1-五氧化二钽薄膜、3-2-2-氮化硼薄膜。
具体实施方式
本发明提供了一种高信噪比的滤光片，所述滤光片包括：
玻璃基板；
增透膜，所述增透膜设置于玻璃基板的一个表面上；
多层薄膜复合单元，所述薄膜复合单元设置于玻璃基板的另一个表面上；
每层薄膜复合单元均由多层二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜与一层五氧化二钽/氮化硼复合薄膜组成。
所述薄膜复合单元的层数为7～9层。
所述多层二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜的层数为五层。
每层薄膜复合单元中，五层二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜之上设置一层五氧化二钽/氮化硼复合薄膜。
二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜中，二氧化硅薄膜位于最下层，氮化硼薄膜位于二氧化硅薄膜与五氧化二钽复合薄膜的中间；五氧化二钽/氮化硼复合薄膜中，氮化硼薄膜位于五氧化二钽薄膜之上。
二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜的厚度为0.5～0.9μm，二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜与五氧化二钽/氮化硼复合薄膜的厚度之比为1:0.3～0.5。
所述玻璃基板的厚度为0.8～1.2mm。
本发明提供的上述高信噪比的滤光片的结构中，在玻璃基板之上设置了多层薄膜复合单元，薄膜复合单元中，通过在五氧化二钽薄膜、二氧化硅薄膜之间插入氮化硼薄膜，由于氮化硼的介电常数比五氧化二钽低，但比二氧化硅高，氮化硼薄膜插入后调整了二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜的介电常数；并以五氧化二钽薄膜/氮化硼薄膜组成五氧化二钽/氮化硼复合薄膜也调整了五氧化二钽的介电常数，而信噪比与介电常数有关。同时，氮化硼与五氧化二钽及二氧化硅均具有很好的匹配，保证了界面集合的匹配度和致密性，因此也保证了有效光信号的稳定性，提升了光信号的信噪比。
本发明提供的高信噪比的滤光片的制备方法，包括以下步骤：
(1)对一面含有增透膜的玻璃基板进行清洗、晾干，
(2)采用真空离子束溅射的方法在玻璃基板的另一面依次镀制二氧化硅薄膜、氮化硼薄膜、五氧化二钽薄膜以形成二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜；
(3)重复步骤(2)四次，以在玻璃基板之上形成五层二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜；
(4)采用真空离子束溅射的方法在二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜之上依次镀制五氧化二钽薄膜、氮化硼薄膜得到五氧化二钽/氮化硼复合薄膜；
(5)重复步骤(2)-(5)六至八次，即可得到所述高信噪比的滤光片。
步骤(2)中，镀制二氧化硅薄膜的条件为：溅射气体为氩气，氩气流速12～14cm3/s，反应气体为氧气和水汽，且水汽的流量为氧气流量的0.9％-1.3％，溅射速率为0.1nm/s-0.3nm/s，用主离子源产生的低能氩离子束轰击硅靶材表面2-3min，去除靶材表面杂质，然后打开工件台的挡板，用主离子源产生的高能氩气离子束轰击硅靶材，硅靶材溅射出来的粒子与辅离子源产生的氧离子束发生反应，形成二氧化硅化合物沉积在基片区域表面。离子源作为溅射离子源，离子源的射频频率均为13-15MHz，离子束压为1100V～1250V，离子束流的调整范围和460mA～560mA，沉积时间为12～15min。
步骤(2)中，镀制氮化硼薄膜的条件为：用高纯Ar气产生的氩离子束对氮化硼靶材进行轰击，氩气流速16～21cm3/s，离子源的射频频率均为10-13MHz，离子束压为1450V～1880V，离子束流的调整范围为580mA～680mA，沉积时间为3～8min。
步骤(2)中，镀制五氧化二钽薄膜的条件为：溅射气体为氩气，氩气流速15～18cm3/s，反应气体为氧气和水汽，且水汽的流量为氧气流量的1.0％-1.5％，溅射速率为0.4nm/s-0.6nm/s，用主离子源产生的低能氩离子束轰击钽靶材表面3-5min，去除靶材表面杂质，然后打开工件台的挡板，用主离子源产生的高能氩气离子束轰击钽靶材，钽靶材溅射出来的粒子与辅离子源产生的氧离子束发生反应，形成五氧化二钽膜，离子源作为溅射离子源，离子源的射频频率均为10-14MHz，离子束压为1160V～1290V，离子束流的调整范围和450mA～550mA，沉积时间为10～15min。
步骤(4)中，镀制五氧化二钽薄膜的条件为：溅射气体为氩气，氩气流速17～20cm3/s；反应气体为氧气和水汽，且水汽的流量为氧气流量的0.8％-1.3％，溅射速率为0.3nm/s-0.6nm/s；用主离子源产生的低能氩离子束轰击钽靶材表面3-5min，去除靶材表面杂质；然后打开工件台的挡板，用主离子源产生的高能氩气离子束轰击钽靶材，钽靶材溅射出来的粒子与辅离子源产生的氧离子束发生反应，形成五氧化二钽膜；离子源作为溅射离子源，离子源的射频频率均为11-14MHz，离子束压为1200V～1290V，离子束流的调整范围和600mA～710mA。沉积时间为9～12min。
步骤(4)中镀制氮化硼薄膜的条件为：用高纯Ar气产生的氩离子束对氮化硼靶材进行轰击，氩气流速12～16cm3/s，离子源的射频频率均为10-13MHz，离子束压为2250V～2480V，离子束流的调整范围为450mA～550mA，沉积时间为4～8min。
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种高信噪比的滤光片，所述滤光片包括：玻璃基板；增透膜，所述增透膜设置于玻璃基板的一个表面上；七层薄膜复合单元，首层的薄膜复合单元设置于玻璃基板的另一个表面上；每层薄膜复合单元均由五层二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜与一层五氧化二钽/氮化硼复合薄膜组成；二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜中，二氧化硅薄膜位于最下层，氮化硼薄膜位于二氧化硅薄膜与五氧化二钽复合薄膜的中间；五氧化二钽/氮化硼复合薄膜中，氮化硼薄膜位于五氧化二钽薄膜之上；二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜的厚度为0.5μm，二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜与五氧化二钽/氮化硼复合薄膜的厚度之比为1:0.3。
实施例2
一种高信噪比的滤光片，所述滤光片包括：玻璃基板；增透膜，所述增透膜设置于玻璃基板的一个表面上；八层薄膜复合单元，首层的薄膜复合单元设置于玻璃基板的另一个表面上；每层薄膜复合单元均由五层二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜与一层五氧化二钽/氮化硼复合薄膜组成；二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜中，二氧化硅薄膜位于最下层，氮化硼薄膜位于二氧化硅薄膜与五氧化二钽复合薄膜的中间；五氧化二钽/氮化硼复合薄膜中，氮化硼薄膜位于五氧化二钽薄膜之上；二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜的厚度为0.7μm，二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜与五氧化二钽/氮化硼复合薄膜的厚度之比为1:0.4。
实施例3
一种高信噪比的滤光片，所述滤光片包括：玻璃基板；增透膜，所述增透膜设置于玻璃基板的一个表面上；九层薄膜复合单元，首层的薄膜复合单元设置于玻璃基板的另一个表面上；每层薄膜复合单元均由五层二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜与一层五氧化二钽/氮化硼复合薄膜组成；二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜中，二氧化硅薄膜位于最下层，氮化硼薄膜位于二氧化硅薄膜与五氧化二钽复合薄膜的中间；五氧化二钽/氮化硼复合薄膜中，氮化硼薄膜位于五氧化二钽薄膜之上；二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜的厚度为0.9μm，二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜与五氧化二钽/氮化硼复合薄膜的厚度之比为1:0.5。
对比例1
一种高信噪比的滤光片，所述滤光片包括：玻璃基板；增透膜，所述增透膜设置于玻璃基板的一个表面上；六层薄膜复合单元，首层的薄膜复合单元设置于玻璃基板的另一个表面上；每层薄膜复合单元均由五层二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜与一层五氧化二钽/氮化硼复合薄膜组成；二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜中，二氧化硅薄膜位于最下层，氮化硼薄膜位于二氧化硅薄膜与五氧化二钽复合薄膜的中间；五氧化二钽/氮化硼复合薄膜中，氮化硼薄膜位于五氧化二钽薄膜之上；二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜的厚度为0.4μm，二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜与五氧化二钽/氮化硼复合薄膜的厚度之比为1:0.2。
对比例2
一种高信噪比的滤光片，所述滤光片包括：玻璃基板；增透膜，所述增透膜设置于玻璃基板的一个表面上；十层薄膜复合单元，首层的薄膜复合单元设置于玻璃基板的另一个表面上；每层薄膜复合单元均由五层二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜与一层五氧化二钽/氮化硼复合薄膜组成；二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜中，二氧化硅薄膜位于最下层，氮化硼薄膜位于二氧化硅薄膜与五氧化二钽复合薄膜的中间；五氧化二钽/氮化硼复合薄膜中，氮化硼薄膜位于五氧化二钽薄膜之上；二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜的厚度为1.0μm，二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜与五氧化二钽/氮化硼复合薄膜的厚度之比为1:0.6。
各实施例及对比例中的滤光片的光信号的信噪比如表1所示。
表1
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 | |
| 信噪比优于 | 107 | 109 | 108 | 106 | 106 |
上述参照实施例对一种高信噪比的滤光片及其制备方法和应用进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种高信噪比的滤光片，其特征在于，所述滤光片包括：
玻璃基板；
增透膜，所述增透膜设置于玻璃基板的一个表面上；
多层薄膜复合单元，所述薄膜复合单元设置于玻璃基板的另一个表面上；
每层薄膜复合单元均由多层二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜与一层五氧化二钽/氮化硼复合薄膜组成；
所述薄膜复合单元的层数为7～9层；
所述多层二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜的层数为五层；
每层薄膜复合单元中，五层二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜之上设置一层五氧化二钽/氮化硼复合薄膜；
二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜中，二氧化硅薄膜位于最下层，氮化硼薄膜位于二氧化硅薄膜与五氧化二钽复合薄膜的中间；
五氧化二钽/氮化硼复合薄膜中，氮化硼薄膜位于五氧化二钽薄膜之上；
二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜的厚度为0.5～0.9μm，二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜与五氧化二钽/氮化硼复合薄膜的厚度之比为1:0.3～0.5。
2.根据权利要求1所述的高信噪比的滤光片，其特征在于，所述玻璃基板的厚度为0.8～1.2mm。
3.如权利要求1或2所述的高信噪比的滤光片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)对一面含有增透膜的玻璃基板进行清洗、晾干，
(2)采用真空离子束溅射的方法在玻璃基板的另一面依次镀制二氧化硅薄膜、氮化硼薄膜、五氧化二钽薄膜以形成二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜；
(3)重复步骤(2)四次，以在玻璃基板之上形成五层二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜；
(4)采用真空离子束溅射的方法在二氧化硅/氮化硼/五氧化二钽复合薄膜之上依次镀制五氧化二钽薄膜、氮化硼薄膜得到五氧化二钽/氮化硼复合薄膜；
(5)重复步骤(2)-(4)六至八次，即可得到所述高信噪比的滤光片。
4.如权利要求1或2所述的高信噪比的滤光片在光学器件中的应用。
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