CN220773287U - 一种高宽带ir滤光片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种高宽带IR滤光片，其包括沉积于基底层上的薄膜周期结构，薄膜周期结构包括相互交替的Ta2O5层与SiO2层；薄膜周期结构的膜系结构为G(aLbHaL)^P；其中，G为薄膜周期结构的初始系数，L为SiO2层，aL表示SiO2层的膜层厚度为a个基本厚度，H为Ta2O5层，bH表示Ta2O5层的膜层厚度为b个基本厚度，P为周期数。本实用新型利用光波干涉原理，通过膜系设计，采用高低折射率材料相互交替形成薄膜周期结构，使薄膜周期结构等效折射率接近于基底层折射率，进而使光线于空气‑薄膜周期结构、薄膜周期结构‑基底层两个界面反射，于工作波段具有良好的透光率。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学镀膜技术领域，具体涉及一种高宽带IR滤光片。
背景技术
滤光片是一种用来选取所需透射/反射波段的光学器件，按照滤光片的工作原理可分为三类：吸收滤光片、干涉滤光片、双折射滤光片，而最基本的滤光片是薄膜干涉滤光片，即于某种基板上利用各种真空镀膜法交替沉积具有一定厚度的高折射率或者低折射率材料形成金属膜-介质-金属膜或者全介质膜。目前，市场上充斥着形形色色的宽带、窄带、B+IR、Y+IR、R+IR等一系列适用于各种波段的滤光片，由于红外光会影响成像效果，导致色彩失真，所以大部分滤光片都采用红外截止技术。2018年，由美国达特茅斯学院开发的眼动追踪器用近红外光(NIR)和光电二极管取代了摄像头，从而实现提高能效和减小体积。穿戴眼动追踪器能够追踪瞳孔的2D位置和直径，镜框上的小型光电二极管感应眼球反射的光线，然后利用反射光根据瞳孔的光线吸收来推断其位置。这种用于VR眼镜的近红外光眼球追踪技术，是近年来智能眼镜的一次巨大的进步，基于此技术，设计出一款可实现可见光、红外光同时工作的滤光片是十分必要的。
实用新型内容
为了克服上述技术问题，本实用新型公开了一种高宽带IR滤光片。
本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种高宽带IR滤光片，所述滤光片包括沉积于基底层上的薄膜周期结构，所述薄膜周期结构包括相互交替的Ta2O5层与SiO2层；
所述薄膜周期结构的膜系结构为G(aLbHaL)^P；
其中，G为所述薄膜周期结构的初始系数，L为所述SiO2层，aL表示所述SiO2层的膜层厚度为a个基本厚度，H为所述Ta2O5层，bH表示所述Ta2O5层的膜层厚度为b个基本厚度，P为周期数。
上述的高宽带IR滤光片，其中相互交替的所述Ta2O5层与所述SiO2层的物理厚度之和大于6155.89nm，所述Ta2O5层的单层厚度为15～135.16nm，所述SiO2层的单层厚度为20～234.58nm。
上述的高宽带IR滤光片，其中所述薄膜周期结构包括66层以上的层结构。
上述的高宽带IR滤光片，其中所述Ta2O5层至少包括33层，所述SiO2层至少包括33层。
上述的高宽带IR滤光片，其中所述薄膜周期结构的膜系结构为1.55(0.5LH0.5L)^33。
上述的高宽带IR滤光片，其中所述Ta2O5层的折射率为2.10/500nm。
上述的高宽带IR滤光片，其中所述Ta2O5层包括直径为1～4mm的Ta2O5颗粒，且由1900～2200℃的蒸发温度共蒸发制备而成。
上述的高宽带IR滤光片，其中所述SiO2层的折射率为1.46/500nm。
上述的高宽带IR滤光片，其中所述SiO2层包括环状SiO2固体，且由1800～2200℃的蒸发温度共蒸发制备而成。
上述的高宽带IR滤光片，其中所述基底层采用常规肖特白玻璃。
本实用新型的有益效果包括以下几点：
(1)所述IR滤光片利用光波干涉原理，通过膜系设计，采用高低折射率材料相互交替形成所述薄膜周期结构，使所述薄膜周期结构等效折射率接近于所述基底层折射率，进而使光线于空气-薄膜周期结构、薄膜周期结构-基底层两个界面反射，取代光线仅被玻璃-空气界面反射的传统薄膜，于工作波段具有良好的透光率，满足高宽带、多角度入射下可见光与红外光同时工作的需求，实现优化分光反射率不稳定的问题，且所述薄膜周期结构的结构稳定性良好，兼具良好的抗激光损伤特性，适用于VR眼镜针对可见光和红外光的滤光需求；
(2)选用Ta2O5、SiO2材料作为高低折射率材料，使制得的所述IR滤光片具有良好的稳定性、致密性、抗激光损伤等特性；
(3)实现可见光和红外光双透过，其余波段杂散光截止，大大提升了滤光片的性能，具体为实现可见光0°入射425nm～980nm波段高透Tave>96％，30°入射角415nm～930nm波段高透Tave>96％，45°入射角405～875nm波段高透Tave>95％，其余波段深度截止；
(4)所述IR滤光片采用离子辅助真空镀膜工艺制备而成，工序流程简单，镀膜监控精度高，产品光谱易实现，实际光谱与设计光谱差异很小，满足可见光与红外光同时工作，大角度也具有相同特性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1位本实用新型的结构剖视示意图；
图2为本实用新型中IR滤光片0°、30°、45°入射角的透过率曲线图；
图3为本实用新型中IR滤光片0°、45°入射角的透过率曲线图；
图4为本实用新型中IR滤光片0°、30°入射角的透过率曲线图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本实用新型技术方案更易于理解、掌握，而非对本实用新型进行限制。
参见图1，本实施例提供的一种高宽带IR滤光片，所述滤光片包括沉积于基底层1上的薄膜周期结构2，所述薄膜周期结构2包括相互交替的Ta2O5层与SiO2层；
所述薄膜周期结构2的膜系结构为G(aLbHaL)^P；
其中，G为所述薄膜周期结构2的初始系数，L为所述SiO2层，aL表示所述SiO2层的膜层厚度为a个基本厚度，H为所述Ta2O5层，bH表示所述Ta2O5层的膜层厚度为b个基本厚度，P为周期数。
具体地，1H或1L对应的基本厚度代表该膜层于参考波长处具有1/4光学厚度。
在本实施例中，基于利用高低折射率材料相互交替的膜系设计理念，高折射率材料取Ta2O5材料制得Ta2O5层，低折射率材料取SiO2材料制得SiO2层。
较佳地，利用光波干涉原理，通过膜系设计，采用高低折射率材料相互交替形成所述薄膜周期结构2，使所述薄膜周期结构2等效折射率接近于所述基底层1折射率，进而使光线于空气-薄膜周期结构、薄膜周期结构-基底层两个界面反射，取代光线仅被玻璃-空气界面反射的传统薄膜，于工作波段具有良好的透光率，满足高宽带、多角度入射下可见光与红外光同时工作的需求，实现优化分光反射率不稳定的问题，且所述薄膜周期结构2的结构稳定性良好，兼具良好的抗激光损伤特性。
在较佳的实施例中，所述薄膜周期结构2包括66层以上的层结构，所述Ta2O5层至少包括33层，所述SiO2层至少包括33层；优选地，所述薄膜周期结构2的膜系结构为1.55(0.5LH0.5L)^33。
较佳地，相互交替的所述Ta2O5层与所述SiO2层的物理厚度之和大于6155.89nm，所述Ta2O5层的单层厚度为15～135.16nm，所述SiO2层的单层厚度为20～234.58nm。
较佳地，所述Ta2O5层的折射率为2.10/500nm；
任选地，所述Ta2O5层包括直径为1～4mm的Ta2O5颗粒，且由1900～2200℃的蒸发温度共蒸发制备而成。
较佳地，所述SiO2层的折射率为1.46/500nm；
任选地，所述SiO2层包括环状SiO2固体，且由1800～2200℃的蒸发温度共蒸发制备而成。
较佳地，所述基底层1采用常规肖特白玻璃。
本实施例的高宽带IR滤光片由高宽带IR滤光片的制备方法制备而成，所述制备方法包括以下步骤：
步骤1，取一已超声洗净的玻璃基底作为基底层1；所述玻璃基底优选采用常规肖特白玻璃；
步骤2，将所述基底层1置于镀膜治具中，并转入洁净的真空室内，抽真空至2.0E- 3Pa以下；
步骤3，利用射频离子源轰击所述基底层1的一侧表面；
步骤4，采用离子辅助真空镀膜工艺，于所述基底层1上沉积形成薄膜周期结构2，冷却后获得高宽带IR滤光片，其中，所述薄膜周期结构2包括相互交替的Ta2O5层与SiO2层。
较佳地，在所述步骤4中，通过设定相应的离子源相关参数以沉积形成Ta2O5层与SiO2层；
其中所述SiO2层的镀膜条件为：电压为650V，电流为750mA，加速电压为800V，离子源流入氧气流量为60sccm，离子源流入氩气流量为0sccm，中和器流入氩气流量为10sccm；
所述Ta2O5层的镀膜条件为：电压1200V，电流为1300mA，加速电压为800V，离子源流入氧气流量为80sccm，离子源流入氩气流量为8sccm，中和器流入氩气流量为10sccm。
较佳地，在所述步骤4中，采用晶控方式，全程监控所述薄膜周期结构2的镀膜厚度；
任选地，所述Ta2O5层的镀膜速率为2.5～4A/S，所述SiO2层的镀膜速率为8～12A/S。
现根据本实施例的制备方法制备获得IR滤光片，其中所述IR滤光片的所述薄膜周期结构2中各膜层的参数如表1所示：
表1薄膜周期结构中各膜层的参数
所述IR滤光片能够实现可见光0°入射425nm～980nm波段高透Tave>96％，30°入射角415nm～930nm波段高透Tave>96％，45°入射角405～875nm波段高透Tave>95％，其余波段深度截止。
所述IR滤光片0°、30°、45°入射角的透过率曲线如图2所示。
所述IR滤光片0°、45°入射角的透过率曲线如图3所示，所述IR滤光片0°、30°入射角的透过率曲线如图4所示。
本实用新型的高宽带IR滤光片具有以下优点：
(1)所述IR滤光片利用光波干涉原理，通过膜系设计，采用高低折射率材料相互交替形成所述薄膜周期结构，使所述薄膜周期结构等效折射率接近于所述基底层折射率，进而使光线于空气-薄膜周期结构、薄膜周期结构-基底层两个界面反射，取代光线仅被玻璃-空气界面反射的传统薄膜，于工作波段具有良好的透光率，满足高宽带、多角度入射下可见光与红外光同时工作的需求，实现优化分光反射率不稳定的问题，且所述薄膜周期结构的结构稳定性良好，兼具良好的抗激光损伤特性，适用于VR眼镜针对可见光和红外光的滤光需求；
(2)选用Ta2O5、SiO2材料作为高低折射率材料，使制得的所述IR滤光片具有良好的稳定性、致密性、抗激光损伤等特性；
(3)实现可见光和红外光双透过，其余波段杂散光截止，大大提升了滤光片的性能，具体为实现可见光0°入射425nm～980nm波段高透Tave>96％，30°入射角415nm～930nm波段高透Tave>96％，45°入射角405～875nm波段高透Tave>95％，其余波段深度截止；
(4)所述IR滤光片采用离子辅助真空镀膜工艺制备而成，工序流程简单，镀膜监控精度高，产品光谱易实现，实际光谱与设计光谱差异很小，满足可见光与红外光同时工作，大角度也具有相同特性。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术手段和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。故凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型之形状、构造及原理所作的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种高宽带IR滤光片，其特征在于，所述滤光片包括沉积于基底层上的薄膜周期结构，所述薄膜周期结构包括相互交替的Ta2O5层与SiO2层；
所述薄膜周期结构的膜系结构为G(aLbHaL)^P；
其中，G为所述薄膜周期结构的初始系数，L为所述SiO2层，aL表示所述SiO2层的膜层厚度为a个基本厚度，H为所述Ta2O5层，bH表示所述Ta2O5层的膜层厚度为b个基本厚度，P为周期数。
2.根据权利要求1所述的高宽带IR滤光片，其特征在于，相互交替的所述Ta2O5层与所述SiO2层的物理厚度之和大于6155.89nm，所述Ta2O5层的单层厚度为15～135.16nm，所述SiO2层的单层厚度为20～234.58nm。
3.根据权利要求2所述的高宽带IR滤光片，其特征在于，所述薄膜周期结构包括66层以上的层结构。
4.根据权利要求3所述的高宽带IR滤光片，其特征在于，所述Ta2O5层至少包括33层，所述SiO2层至少包括33层。
5.根据权利要求4所述的高宽带IR滤光片，其特征在于，所述薄膜周期结构的膜系结构为1.55(0.5LH0.5L)^33。
6.根据权利要求2所述的高宽带IR滤光片，其特征在于，所述Ta2O5层的折射率为2.10/500nm。
7.根据权利要求6所述的高宽带IR滤光片，其特征在于，所述Ta2O5层包括直径为1～4mm的Ta2O5颗粒，且由1900～2200℃的蒸发温度共蒸发制备而成。
8.根据权利要求5所述的高宽带IR滤光片，其特征在于，所述SiO2层的折射率为1.46/500nm。
9.根据权利要求8所述的高宽带IR滤光片，其特征在于，所述SiO2层包括环状SiO2固体，且由1800～2200℃的蒸发温度共蒸发制备而成。
10.根据权利要求2所述的高宽带IR滤光片，其特征在于，所述基底层采用常规肖特白玻璃。
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