CN114994820B - 一种光学滤光片及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光学滤光片及其应用，所述光学滤光片包括：玻璃基板；设置于玻璃基板的一个表面上的增透膜层；光学复合薄膜单元；所述光学复合薄膜单元为多个，叠层设置于玻璃基板的另一个表面上；每个光学复合薄膜单元均由二氧化硅/二氧化铪复合薄膜、二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜、二氧化硅/三氧化二钛复合薄膜组成；所述二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜设位于二氧化硅/二氧化铪复合薄膜之上，所述二氧化硅/三氧化二钛复合薄膜位于二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜之上；该光学滤光片不会因温湿度的变化而影响折射率率，保证光学滤光片的光学性能，也保证了滤光片不受湿度温度影响而造成中心波长漂移。
Description
技术领域
本发明属于滤光片技术领域，具体涉及一种光学滤光片及其应用。
背景技术
光学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，传统的光学滤光片中使用五氧化二钽及二氧化硅搭配作为光学薄膜，其虽然具有好的折射率，但是缺点是，滤光片膜层吸湿后随着温度的上升和膜层中水的损失，折射率会减小，而这种折射率减小的影响远大于薄膜材料折射率随温度上升和热膨胀引起的几何厚度增大的影响，从而引起中心波长向短波方向漂移。。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光学滤光片及和应用，该光学滤光片不会因温湿度的变化而影响折射率率，保证光学滤光片的光学性能，也保证了滤光片不受湿度温度影响而造成中心波长漂移。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种光学滤光片，包括：玻璃基板；设置于玻璃基板的一个表面上的增透膜层；光学复合薄膜单元；
所述光学复合薄膜单元为多个，叠层设置于玻璃基板的另一个表面上；
每个光学复合薄膜单元均由二氧化硅/二氧化铪复合薄膜、二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜、二氧化硅/三氧化二钛复合薄膜组成；
所述二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜设位于二氧化硅/二氧化铪复合薄膜之上，所述二氧化硅/三氧化二钛复合薄膜位于二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜之上。
所述光学复合薄膜单元的个数为10-12个。
所述二氧化硅/二氧化铪复合薄膜中，二氧化铪薄膜位于二氧化硅薄膜之上。
所述二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜中，五氧化二钽薄膜位于二氧化硅薄膜之上。
所述二氧化硅/三氧化二钛复合薄膜中，三氧化二钛薄膜位于二氧化硅薄膜之上。
二氧化硅薄膜的厚度均为0.12-0.18μm。
所述氧化硅/二氧化铪复合薄膜的厚度为0.3-0.5μm。
所述二氧化硅/二氧化铪复合薄膜、二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜、二氧化硅/三氧化二钛复合薄膜的厚度之比为1:0.7-0.9:0.9-1.2。
所述玻璃基板的厚度为0.8～1.2mm。
本发明提供的光学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：
本发明提供的光学滤光片的结构中，在玻璃基板之上设置了多个光学复合薄膜单元，每个光学复合薄膜单元均由二氧化硅/二氧化铪复合薄膜、二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜、二氧化硅/三氧化二钛复合薄膜组成，而二氧化铪与二氧化硅的搭配、三氧化二钛与二氧化硅的搭配，由于配合紧密，不会因温湿度的变化而影响折射率，不仅保证了滤光片的光学性能，也保证了滤光片不受温湿度影响造成中心波长漂移。
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中的光学复合薄膜单元的结构示意图；
图3为图2中的二氧化硅/二氧化铪复合薄膜的结构示意图；
图4为图2中的二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜的结构示意图；
图5为图2中的二氧化硅/三氧化二钛复合薄膜的结构示意图；
图中1-增透膜、2-玻璃基板、3-光学复合薄膜单元、3-1-二氧化硅/二氧化铪复合薄膜、3-2-二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜、3-3-二氧化硅/三氧化二钛复合薄膜、3-1-1-二氧化硅薄膜、3-1-2-二氧化铪薄膜、3-2-2-五氧化二钽薄膜、3-3-2-三氧化二钛薄膜。
具体实施方式
本发明提供了一种光学滤光片，包括：玻璃基板；设置于玻璃基板的一个表面上的增透膜层；光学复合薄膜单元；所述光学复合薄膜单元为多个，叠层设置于玻璃基板的另一个表面上；每个光学复合薄膜单元均由二氧化硅/二氧化铪复合薄膜、二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜、二氧化硅/三氧化二钛复合薄膜组成；所述二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜设位于二氧化硅/二氧化铪复合薄膜之上，所述二氧化硅/三氧化二钛复合薄膜位于二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜之上。
所述光学复合薄膜单元的个数为10-12个。
所述二氧化硅/二氧化铪复合薄膜中，二氧化铪薄膜位于二氧化硅薄膜之上。
所述二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜中，五氧化二钽薄膜位于二氧化硅薄膜之上。
所述二氧化硅/三氧化二钛复合薄膜中，三氧化二钛薄膜位于二氧化硅薄膜之上。
二氧化硅薄膜的厚度均为0.12-0.18μm。
所述氧化硅/二氧化铪复合薄膜的厚度为0.3-0.5μm。
所述二氧化硅/二氧化铪复合薄膜、二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜、二氧化硅/三氧化二钛复合薄膜的厚度之比为1:0.7-0.9:0.9-1.2。
所述玻璃基板的厚度为0.8～1.2mm。
本发明提供的光学滤光片的结构中，在玻璃基板之上设置了多个光学复合薄膜单元，每个光学复合薄膜单元均由二氧化硅/二氧化铪复合薄膜、二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜、二氧化硅/三氧化二钛复合薄膜组成，而二氧化铪与二氧化硅的搭配、三氧化二钛与二氧化硅的搭配，由于配合紧密，不会因温湿度的变化而影响折射率，不仅保证了滤光片的光学性能，也保证了滤光片不受温湿度影响造成中心波长漂移。
本发明提供的光学滤光片的制备方法，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、二氧化铪薄膜；
(3)然后在步骤(2)中的二氧化铪薄膜之上采用真空离子束溅射的方法依次镀制二氧化硅薄膜、五氧化二钽薄膜；
(4)然后在步骤(3)中的五氧化二钽薄膜之上采用真空离子束溅射的方法依次镀制二氧化硅薄膜、三氧化二钛薄膜；
(5)重复步骤(2)-(4)9～11次，即可得到所述光学滤光片。
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10～14cm3/s；反应气体为氧气和水汽，且水汽的流量为氧气流量的1.6％-2.5％，溅射速率为0.3nm/s-0.6nm/s；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9-13MHz，离子束压为1500V～1700V，离子束流的调整范围和550mA～650mA。沉积时间为14～16min。
步骤(2)中，镀制二氧化铪薄膜的条件为：用高纯Ar气产生的氩离子束对二氧化铪靶材进行轰击，氩气流速12～17cm3/s，离子源的射频频率均为9-12MHz，离子束压为1950V～2360V，离子束流的调整范围为590mA～640mA，沉积时间为11～14min。
步骤(3)中，镀制二氧化硅薄膜的条件为：溅射气体为氩气，氩气流速12～15cm3/s，反应气体为氧气和水汽，且水汽的流量为氧气流量的1.1％-1.5％，溅射速率为0.2nm/s-0.5nm/s，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8-12MHz，离子束压为1300V～1500V，离子束流的调整范围和490mA～580mA。沉积时间为13～16min。
步骤(3)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10～13cm3/s，反应气体为氧气和水汽，且水汽的流量为氧气流量的1.5％-1.7％，溅射速率为0.4nm/s-0.7nm/s，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1500V～1750V，离子束流的调整范围和580mA～620mA，沉积时间为10～12min。
步骤(4)中，镀制二氧化硅薄膜的条件为：溅射气体为氩气，氩气流速12～17cm3/s，反应气体为氧气和水汽，且水汽的流量为氧气流量的1.1％-1.5％，溅射速率为0.2nm/s-0.7nm/s，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9-12MHz，离子束压为1900V～2200V，离子束流的调整范围和450mA～520mA，沉积时间为10～15min。
步骤(4)中，镀制三氧化二钛薄膜的条件为：用高纯Ar气产生的氩离子束对三氧化二钛靶材进行轰击，氩气流速14～19cm3/s，离子源的射频频率均为12-18MHz，离子束压为2650V～2980V，离子束流的调整范围为590mA～690mA，沉积时间为12～17min。
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种光学滤光片，包括：玻璃基板；设置于玻璃基板的一个表面上的增透膜层；光学复合薄膜单元；所述光学复合薄膜单元为10个，叠层设置于玻璃基板的另一个表面上；每个光学复合薄膜单元均由二氧化硅/二氧化铪复合薄膜、二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜、二氧化硅/三氧化二钛复合薄膜组成；所述二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜设位于二氧化硅/二氧化铪复合薄膜之上，所述二氧化硅/三氧化二钛复合薄膜位于二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜之上；
所述二氧化硅/二氧化铪复合薄膜中，二氧化铪薄膜位于二氧化硅薄膜之上；
所述二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜中，五氧化二钽薄膜位于二氧化硅薄膜之上；
所述二氧化硅/三氧化二钛复合薄膜中，三氧化二钛薄膜位于二氧化硅薄膜之上；
二氧化硅薄膜的厚度均为0.12μm；
所述氧化硅/二氧化铪复合薄膜的厚度为0.3μm；
所述二氧化硅/二氧化铪复合薄膜、二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜、二氧化硅/三氧化二钛复合薄膜的厚度之比为1:0.7:0.9。
实施例2
一种光学滤光片，包括：玻璃基板；设置于玻璃基板的一个表面上的增透膜层；光学复合薄膜单元；所述光学复合薄膜单元为11个，叠层设置于玻璃基板的另一个表面上；每个光学复合薄膜单元均由二氧化硅/二氧化铪复合薄膜、二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜、二氧化硅/三氧化二钛复合薄膜组成；所述二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜设位于二氧化硅/二氧化铪复合薄膜之上，所述二氧化硅/三氧化二钛复合薄膜位于二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜之上；
所述二氧化硅/二氧化铪复合薄膜中，二氧化铪薄膜位于二氧化硅薄膜之上；
所述二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜中，五氧化二钽薄膜位于二氧化硅薄膜之上；
所述二氧化硅/三氧化二钛复合薄膜中，三氧化二钛薄膜位于二氧化硅薄膜之上；
二氧化硅薄膜的厚度均为0.15μm；
所述氧化硅/二氧化铪复合薄膜的厚度为0.4μm；
所述二氧化硅/二氧化铪复合薄膜、二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜、二氧化硅/三氧化二钛复合薄膜的厚度之比为1:0.8:1.0。
实施例3
一种光学滤光片，包括：玻璃基板；设置于玻璃基板的一个表面上的增透膜层；光学复合薄膜单元；所述光学复合薄膜单元为12个，叠层设置于玻璃基板的另一个表面上；每个光学复合薄膜单元均由二氧化硅/二氧化铪复合薄膜、二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜、二氧化硅/三氧化二钛复合薄膜组成；所述二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜设位于二氧化硅/二氧化铪复合薄膜之上，所述二氧化硅/三氧化二钛复合薄膜位于二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜之上；
所述二氧化硅/二氧化铪复合薄膜中，二氧化铪薄膜位于二氧化硅薄膜之上；
所述二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜中，五氧化二钽薄膜位于二氧化硅薄膜之上；
所述二氧化硅/三氧化二钛复合薄膜中，三氧化二钛薄膜位于二氧化硅薄膜之上；
二氧化硅薄膜的厚度均为0.18μm；
所述氧化硅/二氧化铪复合薄膜的厚度为0.5μm；
所述二氧化硅/二氧化铪复合薄膜、二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜、二氧化硅/三氧化二钛复合薄膜的厚度之比为1:0.9:1.2。
对比例1
一种光学滤光片，包括：玻璃基板；设置于玻璃基板的一个表面上的增透膜层；光学复合薄膜单元；所述光学复合薄膜单元为9个，叠层设置于玻璃基板的另一个表面上；每个光学复合薄膜单元均由二氧化硅/二氧化铪复合薄膜、二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜、二氧化硅/三氧化二钛复合薄膜组成；所述二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜设位于二氧化硅/二氧化铪复合薄膜之上，所述二氧化硅/三氧化二钛复合薄膜位于二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜之上；
所述二氧化硅/二氧化铪复合薄膜中，二氧化铪薄膜位于二氧化硅薄膜之上；
所述二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜中，五氧化二钽薄膜位于二氧化硅薄膜之上；
所述二氧化硅/三氧化二钛复合薄膜中，三氧化二钛薄膜位于二氧化硅薄膜之上；
二氧化硅薄膜的厚度均为0.10μm；
所述氧化硅/二氧化铪复合薄膜的厚度为0.2μm；
所述二氧化硅/二氧化铪复合薄膜、二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜、二氧化硅/三氧化二钛复合薄膜的厚度之比为1:0.6:0.8。
对比例2
一种光学滤光片，包括：玻璃基板；设置于玻璃基板的一个表面上的增透膜层；光学复合薄膜单元；所述光学复合薄膜单元为13个，叠层设置于玻璃基板的另一个表面上；每个光学复合薄膜单元均由二氧化硅/二氧化铪复合薄膜、二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜、二氧化硅/三氧化二钛复合薄膜组成；所述二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜设位于二氧化硅/二氧化铪复合薄膜之上，所述二氧化硅/三氧化二钛复合薄膜位于二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜之上；
所述二氧化硅/二氧化铪复合薄膜中，二氧化铪薄膜位于二氧化硅薄膜之上；
所述二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜中，五氧化二钽薄膜位于二氧化硅薄膜之上；
所述二氧化硅/三氧化二钛复合薄膜中，三氧化二钛薄膜位于二氧化硅薄膜之上；
二氧化硅薄膜的厚度均为0.20μm；
所述氧化硅/二氧化铪复合薄膜的厚度为0.6μm；
所述二氧化硅/二氧化铪复合薄膜、二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜、二氧化硅/三氧化二钛复合薄膜的厚度之比为1:1:1.4。
各实施例及对比例中的滤光片的中心波偏差如表1所示。
表1
上述参照实施例对一种光学滤光片及其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 (8)
1.一种光学滤光片，其特征在于，所述光学滤光片包括：玻璃基板；设置于玻璃基板的一个表面上的增透膜层；光学复合薄膜单元；
所述光学复合薄膜单元为多个，叠层设置于玻璃基板的另一个表面上；
每个光学复合薄膜单元均由二氧化硅/二氧化铪复合薄膜、二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜、二氧化硅/三氧化二钛复合薄膜组成；
所述二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜设位于二氧化硅/二氧化铪复合薄膜之上，所述二氧化硅/三氧化二钛复合薄膜位于二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜之上；
所述光学复合薄膜单元的个数为10-12个；
所述二氧化硅/二氧化铪复合薄膜、二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜、二氧化硅/三氧化二钛复合薄膜的厚度之比为1:0.7-0.9:0.9-1.2。
2.根据权利要求1所述的光学滤光片，其特征在于，所述二氧化硅/二氧化铪复合薄膜中，二氧化铪薄膜位于二氧化硅薄膜之上。
3.根据权利要求1所述的光学滤光片，其特征在于，所述二氧化硅/五氧化二钽复合薄膜中，五氧化二钽薄膜位于二氧化硅薄膜之上。
4.根据权利要求1所述的光学滤光片，其特征在于，所述二氧化硅/三氧化二钛复合薄膜中，三氧化二钛薄膜位于二氧化硅薄膜之上。
5.根据权利要求3-4任意一项所述的光学滤光片，其特征在于，二氧化硅薄膜的厚度均为0.12-0.18μm。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的光学滤光片，其特征在于，所述氧化硅/二氧化铪复合薄膜的厚度为0.3-0.5μm。
7.根据权利要求1所述的光学滤光片，其特征在于，所述玻璃基板的厚度为0.8～1.2mm。
8.如权利要求1-7任意一项所述的光学滤光片在光学器件中的应用。
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