CN202794585U - 一种多通道集成滤光片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多通道集成滤光片，该滤光片包括一基底，所述基底上设有三个膜系，所述三个膜系分别为近紫外膜系、可见光膜系以及近红外膜系，所述三个膜系均由不同波长的滤光薄膜构成，所述滤光薄膜均由不同折射率的薄膜层叠组成。本实用新型将近紫外膜系、可见光膜系和近红外膜系这三个不同膜系集成到一块滤光片的基底上，大大提高了滤光片的集成度并扩展了滤光片的工作范围。本实用新型广泛应用于薄膜及工程光学领域。
Description
技术领域
本实用新型属于薄膜及工程光学领域，尤其涉及一种多通道集成滤光片。
背景技术
多谱成像光谱技术正在向光谱通道更多、集成度更高、体积小和重量更轻的方向发展,而用于分光的多通道滤光片是其关键的光学器件。因此，需要发展相应的新型多光谱集成滤光片制备技术。
目前已有很多多通道分光滤光片制造技术，近年来国内外在多通道滤光片制作上主要有以下几种方法：
1.法布里-珀珞窄带滤光片（F-P narrow bandpass filter）
该方法是以法布里-珀罗（F-P）结构原理为基础，通过多次套刻的方式制作滤光片。F-B腔是在2个平行的平板反射镜中间间隔一个空腔,当2个反射镜具有同样的高反射率时,干涉仪对某一波段的波长实现高透。改变微调空腔的厚度可以改变透过的波长。实际应用中，空腔由一层介质膜构成（称为间隔层），间隔层的两面分别镀有一个多层膜的膜系，相当于上面提到的2个反射镜。只要改变间隔层的厚度，就可以调控透射光的波长。林炳等人（期刊论文，题目:16通道微型集成滤光片制备技术的研究 期刊:红外与毫米波学报,第25卷第4期，2006年8月）通过该方法，经过多次刻蚀，完成了16通道红外波段的滤光片制作。由于法布里-珀罗（F-P）滤光片本身性质的缺点，它在可见光没有较宽的截止深度，所以该滤光片不适合在可见光波段实现多通道滤光，极大地限制了它的应用范围。
2.光阻剂法
该方法是制作液晶显示器滤光片的常用方法，它是用不同颜色光阻剂来实现滤光片的制作。Ram W. Sabnis等人（期刊论文，题目: Color filter technology for liquid crystal displays期刊: Displays 20 （1999） 119–129）介绍了用于液晶显示器的彩色滤光片制作方法，主要有颜料分散法、染色法、印刷法和电铸法等。但是由于彩色光阻剂种类的限制，该方法只能对可见光进行有限种类的光谱分离，无法实现近红和近紫外的多通道滤光。并且，利用光阻剂制作的滤光片有很宽的带宽，因此它没有介质膜层分光性能好，对每种颜色的分光分辨率不高。
3.其他分光技术
Zhanshan Wang等人（期刊论文，题目: Multiple channeled phenomena in heterostructures with defects mode 期刊: Appl. Phys. Lett. 84, 1629 ，2004）介绍了一种以“具有缺陷的多异质结构”（multiple heterostructures with defects）为基础，通过膜层中设置缺陷结构，使得该结构实现缺陷通带，具有很好的分光性能。同时该小组 （期刊论文，题目: Guided-mode resonance Brewster filters with multiple channels 期刊: APPLIED PHYSICS LETTERS 88, 251115，2006）还介绍了一种利用导膜共振（guided-mode resonance）来设计滤光片的方法，该方法利用波导光栅结构的共振效应来实现滤光，可以实现单个、两个甚至多个窄带通滤光。但是，以这些分光技术制作的滤光片，只能实现较窄的带宽内某种或某几种光同时带通，不能达到对多种光线的单独滤光，满足不了现在的多谱成像系统要求。
综上所述，目前的多通道滤光片，都只能在某一个比较窄的波段内实现多通道滤光，远远满足不了多谱成像光谱技术的发展需求。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型的目的是：提供一种多通道集成滤光片，能同时工作在近紫外、可见光和近红外波段，相比传统的多通道滤光片具有更广的工作范围和更高的集成度。
为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：
一种多通道集成滤光片，包括一基底，所述基底上设有三个膜系，所述三个膜系分别为近紫外膜系、可见光膜系以及近红外膜系，所述三个膜系均由不同波长的滤光薄膜构成，所述滤光薄膜均由不同折射率的薄膜层叠组成。
优选地，所述近紫外膜系和可见光膜系的滤光薄膜均设有一中间层薄膜。
优选地，所述中间层薄膜的材料为银单质。
优选地，所述中间层薄膜的两侧对称地分布有由高折射率薄膜和低折射率薄膜交替层叠多次形成的多层膜。
优选地，所述近红外膜系的滤光薄膜由高折射率薄膜和低折射率薄膜交替层叠多次形成的多层膜组成。
优选地，所述高折射率薄膜的材料为二氧化钛，低折射率薄膜的材料为二氧化硅。
优选地，所述滤光薄膜的最底层和最顶层薄膜均为所述高折射率薄膜。
优选地，所述滤光薄膜的薄膜层总数均为奇数。
本实用新型的有益效果是：将近紫外膜系、可见光膜系和近红外膜系这三个不同膜系集成到一块滤光片的基底上，大大提高了滤光片的集成度并扩展了滤光片的工作范围。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的紫光滤光薄膜的膜层结构示意图。
附图标记：1.基底；2.近红外膜系；3.可见光膜系；4.近紫外膜系；5.二氧化钛；6.二氧化硅；7.银单质。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：
如图1所示，本多通道集成滤光片包括一基底1，所述基底1上设有三个膜系，所述三个膜系分别为近紫外膜系4、可见光膜系3以及近红外膜系2，所述三个膜系均由不同波长的滤光薄膜构成，所述滤光薄膜均由不同折射率的薄膜层叠组成。
作为进一步作为优选的实施方式，所述近紫外膜系4和可见光膜系3的滤光薄膜均设有一中间层薄膜。
作为进一步作为优选的实施方式，所述中间层薄膜的材料为银单质7。
作为进一步作为优选的实施方式，所述中间层薄膜两侧对称地分布有由高折射率薄膜和低折射率薄膜交替层叠多次形成的多层膜。
作为进一步作为优选的实施方式，所述近红外膜系2的滤光薄膜由高折射率薄膜和低折射率薄膜交替层叠多次形成的多层膜组成。
作为进一步作为优选的实施方式，所述高折射率薄膜的材料为二氧化钛5，低折射率薄膜的材料为二氧化硅6。
作为进一步作为优选的实施方式，所述滤光薄膜的最底层和最顶层薄膜均为所述高折射率薄膜。
作为进一步作为优选的实施方式，所述滤光薄膜的薄膜层总数均为奇数。
表1～6分别给出了紫光、蓝光、青光、绿光、黄光、红光这六种可见光膜系3滤光薄膜的膜层结构（没有给出橙光滤光薄膜的膜层结构主要是因为橙光滤光薄膜与黄光滤光薄膜结构相近），表7给出了近紫外膜系4滤光薄膜的一种膜层结构。由于可见光膜系3的滤光薄膜与近紫外膜系4滤光薄膜的膜层结构类似，故在这里以可见光膜系3中紫光滤光薄膜的膜层结构为例，对可见光膜系3和近紫外膜系4的滤光薄膜具体膜层结构进行阐述。
如表1和图2所示的紫光滤光薄膜，其可透过光的波长为400nm，使用的光学材料为高折射率材料二氧化钛5（TiO2），低折射率材料二氧化硅6（SiO2），以及中间层材料银单质7（Ag）。该紫光滤光薄膜共有5层，为奇数层。位于第3层的中间层薄膜材料为银单质7，二氧化钛5薄膜和二氧化硅6薄膜交替层叠1次形成的双层膜对称地分布在所述中间薄膜的两侧。该紫光滤光薄膜的最底层与最顶层（第5层）薄膜的材料均为高折射率材料二氧化钛5，而膜层的厚度则要根据实际需要来调整。另外，可见光膜系3和近紫外膜系4的滤光薄膜的具体结构还可以根据实际的需要作相应的扩展，例如采用不同的膜厚和不同的膜层总数来构成上述滤光薄膜。
表8则给出了近紫外滤光膜系薄膜的一种膜层结构，与前面所述的6种可见光膜系滤光薄膜和近紫外膜系滤光薄膜的不同之处在于，该滤光薄膜没有中间层薄膜，而是由高折射率薄膜和低折射率薄膜交替层叠7次形成的多层膜构成的。
以上是对本实用新型的较佳实施例进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可以作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (8)
1.一种多通道集成滤光片，其特征在于，该滤光片包括一基底（１），所述基底（１）上设有三个膜系，所述三个膜系分别为近紫外膜系（４）、可见光膜系（３）以及近红外膜系（２），所述三个膜系均由不同波长的滤光薄膜构成，所述滤光薄膜均由不同折射率的薄膜层叠组成。
2.根据权利要求１所述的一种多通道集成滤光片，其特征在于，所述近紫外膜系（４）和可见光膜系（３）的滤光薄膜均设有一中间层薄膜。
3.根据权利要求２所述的一种多通道集成滤光片，其特征在于，所述中间层薄膜的材料为银单质（７）。
4.根据权利要求２所述的一种多通道集成滤光片，其特征在于，所述中间层薄膜的两侧对称地分布有由高折射率薄膜和低折射率薄膜交替层叠多次而形成的多层膜。
5.根据权利要求1所述的一种多通道集成滤光片，其特征在于，所述近红外膜系（２）的滤光薄膜由高折射率薄膜和低折射率薄膜交替层叠多次形成的多层膜组成。
6.根据权利要求４或５所述的一种多通道集成滤光片，其特征在于，所述高折射率薄膜的材料为二氧化钛（５），低折射率薄膜的材料为二氧化硅（６）。
7.根据权利要求4或5所述的一种多通道集成滤光片，其特征在于，所述滤光薄膜的最底层和最顶层薄膜均为所述高折射率薄膜。
8.根据权利要求１～5任一项所述的一种多通道集成滤光片，其特征在于，所述滤光薄膜的薄膜层总数均为奇数。
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