WO2019197754A1 - Spectral filter for electromagnetic radiation - Google Patents

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WO2019197754A1
WO2019197754A1 PCT/FR2019/050780 FR2019050780W WO2019197754A1 WO 2019197754 A1 WO2019197754 A1 WO 2019197754A1 FR 2019050780 W FR2019050780 W FR 2019050780W WO 2019197754 A1 WO2019197754 A1 WO 2019197754A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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filter
radiation
metal layer
filtered
metal
Prior art date
Application number
PCT/FR2019/050780
Other languages
French (fr)
Inventor
Mathilde MAKHSIYAN
Patrick BOUCHON
Sébastien HERON
Riad Haïdar
Original Assignee
Office National D'etudes Et De Recherches Aérospatiales
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Filing date
Publication date
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    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/20Filters
    • G02B5/28Interference filters
    • G02B5/285Interference filters comprising deposited thin solid films
    • G02B5/288Interference filters comprising deposited thin solid films comprising at least one thin film resonant cavity, e.g. in bandpass filters
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/18Diffraction gratings
    • G02B5/1809Diffraction gratings with pitch less than or comparable to the wavelength
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/18Diffraction gratings
    • G02B5/1814Diffraction gratings structurally combined with one or more further optical elements, e.g. lenses, mirrors, prisms or other diffraction gratings

Definitions

  • the present invention relates to a spectral filtering method of electromagnetic radiation.
  • spectral filters of very varied types have been developed, including absorbing filters, radiation dispersion filters, interference filters, diffraction filters, and so on.
  • Such a filter is based on two flat and parallel structures, one of which is partially reflective and partially transmissive, and forms the input face of the filter.
  • the other planar structure is also partially reflective and partially transmissive when the filter is to be used in transmission, or is completely reflective when the filter is intended to be used in reflection.
  • the two planar structures are continuous and uniform, that is to say invariant by any translations parallel to these structures, and are separated by a dielectric medium which is transparent for the radiation to be filtered.
  • Each planar structure may be a thin metal layer, or a suitable stack of several thin layers of dielectric materials, alternatively high index and low refractive index.
  • such a spectral filter has resonances for particular values of the wavelength of the radiation to be filtered, which mainly depend on the thickness of the dielectric medium, and its refractive index.
  • the quality factor of such a Fabry-Perot filter, as well as its rejection rate outside each resonance, are determined by the level of reflection of the plane structures, and beyond that by their level of absorption which reduces their reflection efficiency: the more the planar structures which limit a Fabry-Perot type filter are absorbent, the lower the quality factor and the rejection rate of this filter.
  • the Fabry-Perot type filters whose reflective structures are constituted stacks of thin layers of dielectric materials are more efficient than those based on reflective layers that are metallic. But their manufacture is longer, more complex and more expensive because of the number of layers to be deposited and deposition rates which are generally low for dielectric materials.
  • the simplest diffraction filters are each based on the implementation of a diffractive grating.
  • a network which can be designed to form a filter effective in transmission or reflection according to the constitution of the network, comprises a pattern which is repeated periodically a large number of times.
  • the spatial period resulting from the repetition of the pattern is greater than an upper limit of a spectral interval of the radiation to be filtered, expressed in wavelength values.
  • the optical path of the filtered radiation is not rectilinear at the network level, which makes their implementation more complex or incompatible with certain applications, particularly certain applications within imaging objectives.
  • An object of the invention is to provide such improved filters that are easy to manufacture, easy to implement and whose manufacturing cost is reduced.
  • Another object of the invention is to provide such improved filters for which the resonance value which is effective for the wavelength of the radiation to be filtered can be varied simply during the manufacture of the filter, without causing significant additional cost.
  • a first aspect of the invention provides a spectral filter for electromagnetic radiation that comprises: a first metal layer, which is partially reflective and partially transmissive for a radiation to be filtered according to a wavelength of this radiation;
  • a second metal layer which is parallel to the first metal layer and at least partially reflective for the radiation to be filtered
  • a dielectric medium which is transparent for the radiation to be filtered and intermediate between the first and second metal layers.
  • Such a filter is intended to be used in transmission or in reflection when the radiation to be filtered is incident on the first metal layer.
  • This filter has a resonance when a wavelength of the radiation to be filtered is equal to a resonance value K which is determined by the geometric characteristics of the filter and the characteristics of its materials. This resonance is due to the formation, when the radiation to be filtered is incident on the first metal layer, of at least one wave in the dielectric medium which is stationary in a direction perpendicular to the metal layers.
  • a filter as proposed by the invention has a Fabry-Perot operating principle. The propagation direction of the filtered radiation is thus collinear with that of the incident radiation, which facilitates the integration of the filter in many optical instruments, especially in imaging lenses.
  • At least one of the metal layers of the filter has at least one zone in which a thickness value of this micro-structured metal layer is reduced in comparison with the same micro-metallic layer. -structured outside each zone.
  • the layer thickness is measured perpendicular to the metal layers.
  • the thickness of the micro-structured layer may be zero in at least some areas of this layer where its thickness is reduced according to the invention.
  • each zone in which the thickness of the micro-structured layer is zero constitutes an opening through this layer.
  • each micro-structured layer may have some of its areas of reduced thickness where this layer thickness is zero, and others of its reduced thickness areas where this reduced thickness is not zero.
  • each zone of the micro-structured metal layer when this dimension is measured parallel to the metal layers, is smaller than the resonance value which is effective for the wavelength of the radiation.
  • this radiation has at least part of its spectrum corresponding to wavelengths greater than the size (s) of the zones of the micro-metallic layer. structured. In the jargon of the skilled person, such micro-structuring is called "sub-wavelength".
  • the spectral filter of the invention is more efficient than a Fabry-Perot filter with metal layers which are invariant by any translations parallel to these layers, when the two filters - the filter of the invention and a filter as known before the invention - have the same resonance value A r and the same value of transmission or reflection at resonance, depending on whether the filter is intended to be used in transmission or reflection.
  • the filter of the invention has a quality factor value and / or a rejection ratio value which is (are) improved with respect to the Fabry-Perot filter with invariant metal layers by translations. This improvement results from the presence of the zones of reduced or zero thickness in the micro-structured metal layer.
  • Reductions in the amount of the metallic material that result from these reduced or zero thickness zones result in a reduction in the absorption by the metal of the energy of the radiation to be filtered.
  • This absorption reduction is at the origin of the improvement of the quality factor and / or of the rejection ratio for the filter of the invention.
  • the area (s) of reduced or zero thickness of the micro-structured metal layer may (may) form a pattern that is periodically repeated along at least one direction of repetition parallel to the metal layers.
  • a spatial period which is formed by repeating the pattern is preferably also less than the effective resonance value A r for the wavelength of the radiation.
  • the micro-structured metal layer in a pattern which is repeated periodically, may comprise straight metal strips which have identical widths, and which are separated by gaps devoid of metal material. These intervals, which form the zones of the micro-structured metal layer, are identical for any pairs of neighboring bands inside the layer.
  • Such embodiments may be simple to design and manufacture, including using lithographic methods and etching methods that are well known in the art of manufacturing integrated electronic circuits.
  • the pattern may be two-dimensional and periodically repeated along two repeating directions that are perpendicular to each other and parallel to the metal layers.
  • the zone (s) of reduced or zero thickness of each microstructured layer may be such that in normal incidence of the radiation to be filtered on the first layer metallic, a transmission coefficient or spectral reflection of the filter, which is effective for the transmitted or reflected radiation, respectively, is identical for two polarizations of the radiation to be filtered which are orthogonal to each other.
  • the filter thus has a spectral response that is independent of a state of polarization of the radiation to be filtered, in normal incidence.
  • a material of the dielectric medium may have variations which are aligned with edges of the zone (s) of reduced or zero thickness of the microstructured metal layer, in a direction of alignment that is perpendicular to the metal layers.
  • Such variations for the dielectric medium provide an additional degree of freedom for adjusting the resonance value A r , while keeping a manufacturing method for the filter that can be simple.
  • the micro-structured metal layer or a base portion of this layer can be used as an etching mask to locally replace an initial material of the dielectric medium with another material.
  • Such a mode of adjustment of the resonance value A r by local modification of the material of the dielectric medium, can also be combined with a variation of the resonance value A r which results from an appropriate selection of the dimensions of the zones to be made. reduced or no thickness of the micro-structured layer.
  • the zone (s) with a reduced or zero thickness of the micro-structured metal layer in particular at least one dimension of this (these) zone (s), can (can) be varied (s) between regions different from the filter, which are offset without overlapping relative to each other parallel to the metal layers, so that the resonance value A r is constant within each region but varies between at least two of the regions.
  • the region spectral filter that is thus obtained can be manufactured without increasing the number of steps of its manufacture, only by using a lithography mask that is adapted per region of the filter.
  • Such a filter then provides several resonance values A r which are different, while forming only one optical component. Its assembly in a multi-channel optical instrument, for example a multispectral imaging instrument or spectroscopy, remains simple.
  • a material of each metal layer may comprise at least one metal which is selected from among gold, aluminum, copper, silver, platinum, rhodium, titanium, zirconium, chromium, tungsten, or may comprise titanium nitride or zirconium nitride.
  • the material of each metal layer may comprise an alloy based on at least one of the metals or nitrides which have just been mentioned, and / or be different or different from the material of the other metal layer. These metals or nitrides have high electrical conductivity values, and thereby reduce the absorption of radiation by the metal layers. They thus contribute to increase to an additional extent the quality factor and / or the rejection rate of the filter.
  • the filter may further comprise a plane-face support which is transparent in a spectral range extending on either side of the resonance value A r . Then, the second metal layer, the dielectric medium and the first metal layer form a stack on the flat face of the support.
  • the dielectric medium may consist of a self-supporting film with two parallel faces and opposite, in particular by a film of organic material. Then the first and second metal layers can be worn one-on-one by both sides of the self-supporting film.
  • a second aspect of the invention provides a spectral filtering method of electromagnetic radiation, which is implemented using at least one spectral filter according to the first aspect of the invention.
  • the radiation to be filtered has wavelength values that are greater than the size of each zone of reduced or zero thickness of the metal layer (s) of the filter which is (are) micro -struct lawe (s).
  • the spectral extension range of the radiation to be filtered contains the resonance value K of the filter, when this interval is expressed in wavelength values.
  • Such a method may in particular be implemented for an application selected from a monochromatic or multispectral image acquisition, a spectroscopic analysis, a selective emission of radiation which is produced by heating the filter, etc.
  • the wavelength values of the radiation to be filtered are preferably also greater than this spatial period.
  • FIG. 1 is a perspective view of a spectral filter of electromagnetic radiation according to the present invention
  • FIG. 2 is a diagram which compares reflectivity spectral characteristics of a filter according to FIG. 1 and of a filter known from the prior art, for a normal incidence of the radiation to be filtered;
  • FIG. 3 is another diagram which shows variations of a resonance value of a filter according to FIG. 1, when a dimension of metal layer openings is varied;
  • FIG. 4 is yet another diagram, which shows variations in the resonance value of a filter according to FIG. 1 when a spatial period of the metal layer openings is varied;
  • FIGS. 5 to 7 correspond to FIG. 1 for three other embodiments of the invention.
  • FIGS. 1 and 5-7 do not correspond to real dimensions or to actual dimension ratios.
  • identical references which are indicated in different figures designate identical elements or which have identical functions.
  • Reference numeral 10 generally designates a spectral filter conforming to to the invention, and references 1 and 2 denote two metal layers of this filter, which are parallel and spaced from each other by an intermediate distance noted h. Each of these two layers has a thickness: ei for the metal layer 1 and e 2 for the metal layer 2, which may be equal or different.
  • the gap that is intermediate between the two metal layers 1 and 2 is filled by a dielectric medium 3, which is assumed homogeneous at first.
  • This dielectric medium 3 is characterized by an optical refractive index value n, which can be assumed constant over a spectral range of use of the filter 10, but not necessarily.
  • the filter 10 may be provided for a spectral range of use which is between 0.75 ⁇ m (micrometer) and 4.0 ⁇ m, in wavelength values.
  • the spectral range of use is prescribed for each filter in a record of this filter.
  • the metal layers 1 and 2 can be made of gold (Au), and the dielectric medium 3 can be made of silica (SiO 2 ), zinc sulphide (ZnS) or polymethyl methacrylate (PMMA). ), or based on polyimide such as Kapton ® Dupont de Nemours material, or by an epoxy type resin, for example as designated by SU8.
  • the thickness ei of the metal layer 1 is such that this layer is partially reflective and partially transmissive for any electromagnetic radiation in the spectral range of use of the filter 10.
  • the thickness ei may be between 5 nm ( nanometer) and 60 nm when layer 1 is gold.
  • the thickness e 2 of the metal layer 2 may be such that this layer 2 is also partially reflective and partially transmissive in the spectral range of use of the filter 10.
  • the thickness e 2 may also be between 5 nm and 60 nm when the layer 2 is gold.
  • the two metal layers 1 and 2 then form, with the dielectric medium 3, a Fabry-Perot filter which is effective in transmission: the layer 1 forms the input face of the radiation to be filtered, and the layer 2 forms the face of filtered radiation output.
  • the thickness e 2 of the metal layer 2 may be such that this layer 2 is reflective with a transmission of radiation that is zero through it. In this other case, the thickness e 2 is greater than 60 nm if the layer 2 is gold. Then, in a still known manner, the two metal layers 1 and 2 form, with the dielectric medium 3, a Fabry-Perot filter which is efficient in reflection: the layer 1 forms both the input face of the radiation to be filtered. , and the exit face of the filtered radiation.
  • the resonances which have just been recalled for the two cases of Fabry-Perot filtering in transmission and in reflection, are due to stationary wave structures which are produced by the radiation to be filtered in the medium.
  • dielectric 3 according to the direction z.
  • z denotes the direction that is perpendicular to layers 1 and 2.
  • the expressions of the resonance values K that have just been recalled are approximations that do not take into account the thicknesses ei and e 2 of the two metal layers 1 and 2, but the person skilled in the art knows more precise expressions for these resonance values A r which take into account these thicknesses.
  • the metal layers 1 and 2 are continuous and homogeneous, each being invariant by any translations that are parallel to these layers, that is to say parallel to the x and y directions as shown in the figures.
  • the present invention proposes Fabry-Perot type filters for which at least one of the two metal layers 1 and 2 is micro-structured, with at least one dimension of micro-structuring, measured parallel to the xy plane, which is smaller than a lower bound of the spectral range of use of the filter, or smaller than a lower bound of a portion of that spectral range that is useful for the intended filtering application.
  • the micro-structuring dimension is smaller than at least some of the K resonance values of this filter.
  • At least one of the metal layers 1 and 2, for example the layer 1 may consist of rectilinear and parallel metal strips that have identical widths. These strips are separated by gaps 4 which are devoid of metal material, and which have identical widths between different pairs of neighboring bands. These ranges correspond to the reduced thickness zones which have been mentioned in the general part of the present description. Since in the present case, the thickness of the micro-structured layer 1 is zero in each gap 4 between two adjacent metal strips, each gap 4 constitutes an opening through the layer 1.
  • the references 1 a, 1 b and 1c denote three successive metal strips of the layer 1, A denotes the spatial period of the micro-structuring pattern thus formed, and w denotes the width of the separation intervals 4 between neighboring metal strips, which is also called the inter-band distance w .
  • the inter-band distance w and preferably also the spatial period A, is (are) less than the resonance value K of the filter 10.
  • the diagram of FIG. 2 compares the resonance profile at normal incidence obtained for this filter 10, corresponding to the numerical values which have just been mentioned, with that of a Fabry-Perot filter as previously known. that is to say continuous and uniform metal layers.
  • the Fabry-Perot filter as known previously called the reference filter, is parameterized to present a resonance value A r which is identical to that of the filter 10 of the invention, as well as a residual reflectivity value when the wavelength of the radiation to be filtered is equal to A r , which is the same as that of the filter 10.
  • Q 90.32 for the filter 10 of the invention
  • Q 35.1 for the reference filter.
  • the rejection ratio of the filter 10 of the invention that is to say the reflectivity value of the filter 10 outside the resonance, is on average about 0.05 greater than the rejection rate of the filter. reference.
  • the diagram of FIG. 3 shows variations of the resonance value A r which result from changes in the inter-band distance w when all the other parameters of the filter 10 of FIG. 1 remain identical to the values mentioned above.
  • the spatial period A is constant and equal to 2.1 ⁇ m.
  • the horizontal axis of the diagram identifies the values of the inter-band distance w between about 0.1 pm and about 2.3 pm.
  • the resonance value A r corresponds to the Fabry-Perot formula for continuous and uniform metal layers, taking into account an effect of the thicknesses e 1 and e 2 of the metal layers 1 and 2.
  • the quality factor Q is low when the inter-band distance w is less than 0.4 ⁇ m, because of a too large amount of metal which causes a high level of radiation absorption.
  • the resonance value A r is an increasing function of the interband distance w. This variation of the resonance value A r as a function of the interband distance w, in particular for A r ranging from 3.58 ⁇ m to 3.68 ⁇ m under the conditions of this diagram, can be used to produce region filters. as described below with reference to FIG. 7.
  • the inter-band distance w is greater than about 0.8 ⁇ m, the quality factor Q becomes weak again, in particular because of the reflectivity of the metal layer. 1 which is too weak.
  • the diagram of FIG. 4 shows variations of the resonance value A r which result from changes in the spatial period A, when all the other parameters of the filter 10 of FIG. 1 remain identical to the values mentioned above.
  • the interband distance w is constant and equal to 0.55 ⁇ m.
  • the resonance value A r decreases toward the result of the Fabry-Perot formula for metal layers that are continuous and uniform.
  • the quality factor Q of the filter 10 has values that are low, less than 40, when the spatial period A is less than 1.2 ⁇ m, while it is very high, greater than 90, when the period A is between 1.5 ⁇ m and 3 ⁇ m, according to the invention.
  • FIG. 5 shows another embodiment of a spectral filter 10 according to the invention, which is obtained from that of FIG. 1 by applying the periodic pattern to rectilinear metal strips in the same way along the two directions x and y.
  • the reference 1 x denotes bands which are parallel to the direction x
  • the reference 1 y denotes bands which are parallel to the direction y, similar to the bands 1 a, 1 b and 1 c of the embodiment of FIG.
  • the inter-band distance w and the spatial period L appear in the two directions x and y.
  • the micro-structuring of the metal layer 1 which is thus obtained consists of square openings 4 which are distributed regularly and identically in the two directions x and y.
  • An advantage of such an embodiment, for which the micro-structuration has characteristics that are identical between the two directions x and y, is that the reflectivity of the filter 10 in normal incidence, and therefore its filtering efficiency, is independent of the polarization of the incident radiation.
  • the resonance value K is again greater than the inter-band distance w and the spatial period L.
  • the filter 10 of FIG. 5 therefore still has a spectral range of use, expressed in values of the wavelength of the radiation to be filtered, whose lower bound is greater than the interband distance w and the spatial period L.
  • FIG. 6 shows yet another embodiment of a spectral filter 10 according to the invention, which is obtained from that of FIG. 5 by using openings 4 of various shapes to constitute the micro structuring of the metal layer. 1.
  • these openings 4 may each have dimensions that are different between the two directions x and y, especially when they are elongated. At least some of the openings 4 may also have shapes which are symmetrical between the two x and y directions, such as cross-shaped or square-shaped openings 4, whatever the orientation of these forms of openings.
  • a Advantage of such openings which are symmetrical between the two directions x and y is to contribute to filter performance which is independent of the polarization of the radiation to be filtered.
  • each opening 4 of an embodiment according to FIG. 6 has at least one dimension w in the xy plane which is smaller than the resonance value K of the filter 10.
  • an average distance of separation which exists between respective centers of openings 4 which are adjacent, taken in pairs is preferably also less than the resonance value A r .
  • Such an average separation distance between apertures has a function which is similar to the spatial period A of the embodiments of FIGS. 1 and 5.
  • Spectral filters which are in accordance with the invention, in particular in accordance with FIGS. 1, 5 and 6, can be manufactured at low cost by using certain known techniques of selective etching, in particular such techniques which have been developed for the manufacture of electronic circuits.
  • the metallic layer 2, continuous and uniform can be deposited on a flat face S of a support 5 which is transparent for the radiation to be filtered. Such a support is shown in FIG. 7.
  • a continuous and uniform layer of a material of the dielectric medium 3 can then be deposited on top of the metal layer 2, and finally the metal layer 1 on top of the layer of the dielectric medium 3.
  • the metal layer 1 is deposited in the form of a layer which is also continuous and uniform.
  • the material deposition processes that are implemented can be selected according to each material to be deposited and the desired thickness.
  • vacuum cathode sputtering can be used for metal layers 1 and 2
  • plasma-assisted value phase chemical deposition known by the acronym PECVD.
  • PECVD plasma-assisted value phase chemical deposition
  • silica silica as a material of the dielectric medium 3.
  • an application method that is appropriate as a function of the nature of the resin can be used.
  • a photolithography technique can then be used to form, on the metal layer 1, a mask which has openings corresponding to those desired for this layer 1.
  • the metal layer 1 is then etched through the openings of the mask to form the openings 4 ( Figures 1 and 5-7).
  • a chemical etching process for example with aqua regia, or a dry etching process, that is to say using an etching plasma, can be used for this, depending on the metal that constitutes the layer. 1.
  • a filter 10 which is in accordance with the invention is thus obtained, with a number of successive steps for its manufacture which is reduced.
  • a dimension of the openings 4 which are formed in the metal layer 1, for example the interband distance w for embodiments according to FIG. 1, can be varied between regions.
  • 10 shows a first value w 1 for the inter-band distance that is used in the region R 1 of the filter 10, and a second value w 2 , smaller than w i , which is used for the inter-band distance in the region R 2 , close to the region Ri.
  • a variation of the resonance value A r between these two regions of the filter 10 results, in particular from the diagram of FIG. 3 when the spatial period A is the same in the two regions R 1 and R 2 .
  • Such a variation in size for the openings 4 of the metal layer 1 can be achieved by adapting the photolithography mask which is used to define these openings. No additional step in the manufacturing process of the filter 10 is therefore necessary.
  • the resulting filter with resonance values K which are different between different regions of the filter, can be used in a multispectral imaging instrument or spectroscopy. It then simultaneously defines the spectral sensitivity windows for several optical acquisition channels that are juxtaposed in parallel in the instrument. The spectral window of each acquisition channel can thus be defined precisely while being very fine and spectrally close to the windows of the other channels.
  • the filter can be assembled in the device in a single mounting operation, common for all channels. The assembly of the apparatus can thus be faster than if independent filters were used for all the channels.
  • the dielectric medium 3 can be varied between zones 3b of the spectral filter 10 which are exposed through the openings 4 of the metal layer 1, and complementary zones 3a of the filter Which are covered by the metal layer 1 between the openings 4.
  • the dielectric medium 3 may be silica (SiO 2 ) in the zones 3a, and a silicon oxynitride (SiO x N y ) in the zones 3b.
  • such a dielectric medium 3 which is composite appears in the operation of the filter 10 as a medium whose effective value of refractive index is intermediate between the respective values of refractive index of the two materials which constitute this medium 3: the refractive index value of the silica in the zones 3a, and that of the silicon oxynitride in the zones 3b, for the example considered.
  • the embodiment of the invention which is represented in FIG. 7 combines the two improvements which have just been mentioned.
  • the difference in resonance value A r which is thus obtained between the two regions R 1 and R 2 results from two contributions which are combined.
  • the first contribution corresponds to the diagram of FIG. 3, as already mentioned, and the second contribution is produced by the variation in proportion between the two constituent materials of the dielectric medium 3, which exists between the regions R 1 and R 2 .
  • the combination of the two contributions makes it possible to obtain resonance values which have a greater difference between them.
  • the spectral filter may be designed to be used in transmission, instead of a filter to be used in reflection.
  • the metal layer 2 has a thickness e 2 which is reduced, for example, to the thickness ei of the metal layer 1, in order to produce a residual transmission of radiation that is not zero;
  • the two metal layers 1 and 2 may each have openings, these openings may be identical or not between the two layers, and aligned or not in the direction z which is perpendicular to the layers. 1 and 2 ;
  • the two metal layers 1 and 2 may be formed on both opposite sides of a self-supported film of uniform thickness, for example one type of polyimide film Kapton ®.
  • the spectral filter 10 which is thus obtained is particularly light and fast to manufacture, since the synthesis of the dielectric medium 3 by a material deposition process is no longer necessary;
  • the base metal layer When one of the two metal layers 1 and 2 has openings 4 according to the invention, it is possible to deposit on this metal layer, called the base metal layer, a conformal metal layer.
  • the conformal metal overlayer covers with an additional thickness of metal that is constant the dielectric medium 3 in the openings 4 and the base metal layer between the openings 4. Then the base metal layer and the conformal metal overlayer together constitute the metal layer 1 or 2 within the meaning of the invention.
  • the resulting metal layer, or composite thus has a thickness value which is reduced in the areas corresponding to the openings 4 of the base metal layer, in comparison with its thickness. outside these areas, but non-zero.
  • a thickness profile of such a composite metal layer is shown in broken lines in FIG. 7, and designated by the reference P.
  • Such an embodiment of at least one of the metal layers 1 and 2 makes it possible to adjust precisely its reflectivity level;
  • a spectral filter in accordance with the invention can be advantageously used for many applications, among which the acquisition of monochromatic or multispectral images, and spectroscopic analysis. Such applications are well known, so there is no need to describe them again here.
  • Another type of application may be the spectral control of a thermal radiative emission.
  • a spectral filter which is in accordance with the invention, or a portion of material to which the filter is applied, is heated, for example by means of an electrical resistance which is inserted into the portion of material.
  • the thermal emission of radiation that is caused by the heating is then concentrated in the spectral range where the reflectivity of the filter is the lowest, that is to say around each resonance value A r .

Abstract

A spectral filter (10) of the Fabry-Pérot type for electromagnetic radiation comprises two parallel metal layers (1, 2) which are arranged at each side of a dielectric medium (3). One of the two metal layers is micro-structured, with a dimension (w) of zones (4) with a reduced or zero thickness which is smaller than wavelengths of a radiation which is to be filtered. The filter has values with a quality factor and/or rejection rate which are improved in relation to a filter with metal layers which are continuous and uniform.

Description

FILTRAGE SPECTRAL DE RAYONNEMENT ELECTROMAGNETIQUE  SPECTRAL FILTRATION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION
La présente invention concerne un procédé de filtrage spectral de rayonnement électromagnétique. The present invention relates to a spectral filtering method of electromagnetic radiation.
De nombreuses applications nécessitent de filtrer un rayonnement électromagnétique en fonction de sa longueur d’onde, en particulier des applications d’imagerie et de spectroscopie. Pour cela, des filtres spectraux de types très variés ont été développés, dont des filtres absorbants, des filtres par dispersion du rayonnement, des filtres interférentiels, des filtres par diffraction, etc.  Many applications require filtering electromagnetic radiation as a function of its wavelength, in particular imaging and spectroscopy applications. For this, spectral filters of very varied types have been developed, including absorbing filters, radiation dispersion filters, interference filters, diffraction filters, and so on.
Parmi les filtres interférentiels, ceux dits de type Fabry-Pérot sont très utilisés. Un tel filtre est basé sur deux structures planes et parallèles, dont l’une est partiellement réfléchissante et partiellement transmissive, et forme la face d’entrée du filtre. L’autre structure plane est aussi partiellement réfléchissante et partiellement transmissive lorsque le filtre est destiné à être utilisé en transmission, ou bien est complètement réfléchissante lorsque le filtre est destiné à être utilisé en réflexion. Les deux structures planes sont continues et uniformes, c’est-à-dire invariantes par des translations quelconques parallèles à ces structures, et sont séparées par un milieu diélectrique qui est transparent pour le rayonnement à filtrer. Chaque structure plane peut être une couche mince métallique, ou un empilement approprié de plusieurs couches minces de matériaux diélectriques, alternativement à haut indice et à bas indice de réfraction. De façon connue, un tel filtre spectral présente des résonances pour des valeurs particulières de la longueur d’onde du rayonnement à filtrer, qui dépendent principalement de l’épaisseur du milieu diélectrique, et de son indice de réfraction. Le facteur de qualité d’un tel filtre de Fabry-Pérot, ainsi que son taux de réjection en dehors de chaque résonance, sont déterminés par le niveau de réflexion des structures planes, et au-delà par leur niveau d’absorption qui réduit leur efficacité de réflexion : plus les structures planes qui limitent un filtre de type Fabry-Pérot sont absorbantes, moins élevés sont le facteur de qualité et le taux de réjection de ce filtre. Pour cette raison, les filtres de type Fabry-Pérot dont les structures réfléchissantes sont constituées d’empilements de couches minces de matériaux diélectriques sont plus performants que ceux à base de couches réfléchissantes qui sont métalliques. Mais leur fabrication est plus longue, plus complexe et plus onéreuse à cause du nombre de couches à déposer et des vitesses de dépôt qui sont en général faibles pour les matériaux diélectriques. Among the interference filters, those known as Fabry-Perot type are widely used. Such a filter is based on two flat and parallel structures, one of which is partially reflective and partially transmissive, and forms the input face of the filter. The other planar structure is also partially reflective and partially transmissive when the filter is to be used in transmission, or is completely reflective when the filter is intended to be used in reflection. The two planar structures are continuous and uniform, that is to say invariant by any translations parallel to these structures, and are separated by a dielectric medium which is transparent for the radiation to be filtered. Each planar structure may be a thin metal layer, or a suitable stack of several thin layers of dielectric materials, alternatively high index and low refractive index. In known manner, such a spectral filter has resonances for particular values of the wavelength of the radiation to be filtered, which mainly depend on the thickness of the dielectric medium, and its refractive index. The quality factor of such a Fabry-Perot filter, as well as its rejection rate outside each resonance, are determined by the level of reflection of the plane structures, and beyond that by their level of absorption which reduces their reflection efficiency: the more the planar structures which limit a Fabry-Perot type filter are absorbent, the lower the quality factor and the rejection rate of this filter. For this reason, the Fabry-Perot type filters whose reflective structures are constituted stacks of thin layers of dielectric materials are more efficient than those based on reflective layers that are metallic. But their manufacture is longer, more complex and more expensive because of the number of layers to be deposited and deposition rates which are generally low for dielectric materials.
Les filtres par diffraction les plus simples sont chacun basés sur la mise en œuvre d’un réseau diffractant. Un tel réseau, qui peut être conçu pour former un filtre efficace en transmission ou en réflexion selon la constitution du réseau, comporte un motif qui est répété périodiquement un grand nombre de fois. En général, et notamment lorsque le réseau est destiné à être utilisé en incidence normale pour le rayonnement à filtrer, la période spatiale qui résulte de la répétition du motif est plus grande qu’une borne supérieure d’un intervalle spectral du rayonnement à filtrer, exprimé en valeurs de longueur d’onde. Pour les réseaux diffractants les plus simples, le trajet optique du rayonnement filtré n’est pas rectiligne au niveau du réseau, ce qui rend leur mise en œuvre plus complexe ou incompatible avec certaines applications, notamment certaines applications au sein d’objectifs imageurs.  The simplest diffraction filters are each based on the implementation of a diffractive grating. Such a network, which can be designed to form a filter effective in transmission or reflection according to the constitution of the network, comprises a pattern which is repeated periodically a large number of times. In general, and especially when the network is intended to be used at normal incidence for the radiation to be filtered, the spatial period resulting from the repetition of the pattern is greater than an upper limit of a spectral interval of the radiation to be filtered, expressed in wavelength values. For the simplest diffracting gratings, the optical path of the filtered radiation is not rectilinear at the network level, which makes their implementation more complex or incompatible with certain applications, particularly certain applications within imaging objectives.
A partir de cette situation, il existe un besoin pour des filtres spectraux de rayonnement électromagnétique qui présentent des valeurs de facteur de qualité et/ou de taux de réjection qui sont encore améliorées par rapport à des filtres existants.  From this situation, there is a need for spectral filters of electromagnetic radiation that exhibit quality factor values and / or rejection rates which are further improved over existing filters.
Un but annexe de l’invention est de fournir de tels filtres améliorés qui soient faciles à fabriquer, faciles à mettre en œuvre et dont le coût de fabrication est réduit.  An object of the invention is to provide such improved filters that are easy to manufacture, easy to implement and whose manufacturing cost is reduced.
Enfin, un autre but annexe de l’invention est de fournir de tels filtres améliorés pour lesquels la valeur de résonance qui est effective pour la longueur d’onde du rayonnement à filtrer puisse être variée simplement lors de la fabrication du filtre, sans provoquer de surcoût important.  Finally, another object of the invention is to provide such improved filters for which the resonance value which is effective for the wavelength of the radiation to be filtered can be varied simply during the manufacture of the filter, without causing significant additional cost.
Pour atteindre l’un au moins de ces buts ou d’autres, un premier aspect de l’invention propose un filtre spectral pour rayonnement électromagnétique qui comprend : - une première couche métallique, qui est partiellement réfléchissante et partiellement transmissive pour un rayonnement à filtrer en fonction d’une longueur d’onde de ce rayonnement ; To achieve at least one of these or other objects, a first aspect of the invention provides a spectral filter for electromagnetic radiation that comprises: a first metal layer, which is partially reflective and partially transmissive for a radiation to be filtered according to a wavelength of this radiation;
- une seconde couche métallique, qui est parallèle à la première couche métallique et au moins partiellement réfléchissante pour le rayonnement à filtrer ; et  a second metal layer, which is parallel to the first metal layer and at least partially reflective for the radiation to be filtered; and
- un milieu diélectrique, qui est transparent pour le rayonnement à filtrer et intermédiaire entre les première et seconde couches métalliques.  a dielectric medium, which is transparent for the radiation to be filtered and intermediate between the first and second metal layers.
Un tel filtre est destiné à être utilisé en transmission ou en réflexion lorsque le rayonnement à filtrer est incident sur la première couche métallique.  Such a filter is intended to be used in transmission or in reflection when the radiation to be filtered is incident on the first metal layer.
Ce filtre présente une résonance lorsqu’une longueur d’onde du rayonnement à filtrer est égale à une valeur de résonance K qui est déterminée par des caractéristiques géométriques du filtre et des caractéristiques de ses matériaux. Cette résonance est due à la formation, lorsque le rayonnement à filtrer est incident sur la première couche métallique, d’au moins une onde dans le milieu diélectrique qui est stationnaire selon une direction perpendiculaire aux couches métalliques. Autrement dit, un filtre tel que proposé par l’invention possède un principe de fonctionnement de type Fabry-Pérot. La direction de propagation du rayonnement filtré est donc colinéaire avec celle du rayonnement incident, ce qui facilite l’intégration du filtre dans de nombreux instruments optiques, notamment dans des objectifs imageurs.  This filter has a resonance when a wavelength of the radiation to be filtered is equal to a resonance value K which is determined by the geometric characteristics of the filter and the characteristics of its materials. This resonance is due to the formation, when the radiation to be filtered is incident on the first metal layer, of at least one wave in the dielectric medium which is stationary in a direction perpendicular to the metal layers. In other words, a filter as proposed by the invention has a Fabry-Perot operating principle. The propagation direction of the filtered radiation is thus collinear with that of the incident radiation, which facilitates the integration of the filter in many optical instruments, especially in imaging lenses.
En outre, l’une au moins des couches métalliques du filtre, dite couche métallique micro-structurée, présente au moins une zone dans laquelle une valeur d’épaisseur de cette couche métallique micro-structurée est réduite en comparaison avec la même couche métallique micro-structurée en dehors de chaque zone. Pour cela, l’épaisseur de couche est mesurée perpendiculairement aux couches métalliques. Possiblement, l’épaisseur de la couche micro-structurée peut être nulle dans certaines au moins des zones de cette couche où son épaisseur est réduite selon l’invention. Dans ce cas, chaque zone dans laquelle l’épaisseur de la couche micro-structurée est nulle constitue une ouverture à travers cette couche. Possiblement encore, chaque couche micro-structurée peut avoir certaines de ses zones à épaisseur réduite où cette épaisseur de couche est nulle, et d’autres de ses zones à épaisseur réduite où cette épaisseur réduite n’est pas nulle. In addition, at least one of the metal layers of the filter, called the micro-structured metal layer, has at least one zone in which a thickness value of this micro-structured metal layer is reduced in comparison with the same micro-metallic layer. -structured outside each zone. For this, the layer thickness is measured perpendicular to the metal layers. Possibly, the thickness of the micro-structured layer may be zero in at least some areas of this layer where its thickness is reduced according to the invention. In this case, each zone in which the thickness of the micro-structured layer is zero constitutes an opening through this layer. Possibly again, each micro-structured layer may have some of its areas of reduced thickness where this layer thickness is zero, and others of its reduced thickness areas where this reduced thickness is not zero.
Selon l’invention, au moins une dimension de chaque zone de la couche métallique micro-structurée, lorsque cette dimension est mesurée parallèlement aux couches métalliques, est inférieure à la valeur de résonance qui est effective pour la longueur d’onde du rayonnement. Alors, lorsque le filtre est utilisé pour filtrer un rayonnement électromagnétique, ce rayonnement possède une partie au moins de son spectre qui correspond à des longueurs d’onde plus grandes que la (les) dimension(s) des zones de la couche métallique micro-structurée. Dans le jargon de l’Homme du métier, une telle micro-structuration est dite «sub-longueur d’onde».  According to the invention, at least one dimension of each zone of the micro-structured metal layer, when this dimension is measured parallel to the metal layers, is smaller than the resonance value which is effective for the wavelength of the radiation. Then, when the filter is used to filter electromagnetic radiation, this radiation has at least part of its spectrum corresponding to wavelengths greater than the size (s) of the zones of the micro-metallic layer. structured. In the jargon of the skilled person, such micro-structuring is called "sub-wavelength".
Les inventeurs ont en effet observé que, pour un même matériau des couches métalliques, le filtre spectral de l’invention est plus performant qu’un filtre de Fabry-Pérot à couches métalliques qui sont invariantes par des translations quelconques parallèles à ces couches, lorsque les deux filtres - le filtre de l’invention et un filtre tel que connu avant l’invention - possèdent la même valeur de résonance Ar et une même valeur de transmission ou de réflexion à la résonance, selon que le filtre est destiné à être utilisé en transmission ou en réflexion. Plus précisément, le filtre de l’invention possède une valeur de facteur de qualité et/ou une valeur de taux de réjection qui est (sont) améliorée(s) par rapport au filtre de Fabry-Pérot à couches métalliques invariantes par translations. Cette amélioration résulte de la présence des zones à épaisseur réduite ou nulle dans la couche métallique micro-structurée. Les réductions dans la quantité du matériau métallique qui résultent de ces zones à épaisseur réduite ou nulle engendrent une réduction de l’absorption par le métal de l’énergie du rayonnement à filtrer. Cette réduction d’absorption est à l’origine de l’amélioration du facteur de qualité et/ou du taux de réjection pour le filtre de l’invention. The inventors have indeed observed that, for the same material of the metal layers, the spectral filter of the invention is more efficient than a Fabry-Perot filter with metal layers which are invariant by any translations parallel to these layers, when the two filters - the filter of the invention and a filter as known before the invention - have the same resonance value A r and the same value of transmission or reflection at resonance, depending on whether the filter is intended to be used in transmission or reflection. More precisely, the filter of the invention has a quality factor value and / or a rejection ratio value which is (are) improved with respect to the Fabry-Perot filter with invariant metal layers by translations. This improvement results from the presence of the zones of reduced or zero thickness in the micro-structured metal layer. Reductions in the amount of the metallic material that result from these reduced or zero thickness zones result in a reduction in the absorption by the metal of the energy of the radiation to be filtered. This absorption reduction is at the origin of the improvement of the quality factor and / or of the rejection ratio for the filter of the invention.
Ces améliorations apportées par l’invention sont corrélées avec la surface de la zone ou de l’ensemble des zones à épaisseur réduite ou nulle dans chaque couche du filtre spectral qui est microstructurée. Le nombre de ces zones peut alors être quelconque, y compris une seule zone par exemple en forme d’une succession de méandres dont la largeur de trace est inférieure à la valeur de résonance Ar, ou des zones multiples qui sont disjointes, dont chacune possède aussi au moins une dimension inférieure à la valeur de résonance Ar, et dont la surface totale peut être équivalente à celle d’une zone en méandres. These improvements provided by the invention are correlated with the area of the zone or set of zones of reduced or zero thickness in each layer of the spectral filter which is microstructured. The number of these zones can then be arbitrary, including a single zone for example in the form of a succession of meanders whose trace width is smaller than the resonance value A r , or multiple zones which are disjoint, each of which also has at least one dimension less than the resonance value A r , and the total area may be equivalent to that of a meandering area.
Dans des modes de réalisation préférés de l’invention, la ou les zone(s) à épaisseur réduite ou nulle de la couche métallique micro-structurée peut (peuvent) former un motif qui est répété périodiquement le long d’au moins une direction de répétition parallèle aux couches métalliques. Dans ce cas, une période spatiale qui est formée par la répétition du motif est de préférence aussi inférieure à la valeur de résonance Ar effective pour la longueur d’onde du rayonnement. Ainsi, aucun faisceau de rayonnement émergent à valeur d’ordre de diffraction non-nulle ne peut être produit par effet de réseau diffractant à partir d’un rayonnement à filtrer qui est envoyé sur le filtre avec une incidence normale. Une quantité de lumière parasite qui pourrait être gênante pour certaines applications du filtre est évitée de cette façon. In preferred embodiments of the invention, the area (s) of reduced or zero thickness of the micro-structured metal layer may (may) form a pattern that is periodically repeated along at least one direction of repetition parallel to the metal layers. In this case, a spatial period which is formed by repeating the pattern is preferably also less than the effective resonance value A r for the wavelength of the radiation. Thus, no radiation beam emerging at a non-zero diffraction order value can be produced by diffractive grating effect from a radiation to be filtered which is sent onto the filter with a normal incidence. A quantity of stray light that could be annoying for some filter applications is avoided in this way.
Dans des premiers modes de réalisation préférés de l’invention, à motif qui est répété périodiquement, la couche métallique micro-structurée peut comprendre des bandes métalliques rectilignes qui ont des largeurs identiques, et qui sont séparées par des intervalles dépourvus de matériau métallique. Ces intervalles, qui forment les zones de la couche métallique micro-structurée, sont identiques pour des paires quelconques de bandes voisines à l’intérieur de la couche. De tels modes de réalisation peuvent être simples à concevoir et à fabriquer, notamment en utilisant des procédés lithographiques et des procédés de gravure qui sont très connus dans le domaine technique de la fabrication de circuits électroniques intégrés.  In preferred first embodiments of the invention, in a pattern which is repeated periodically, the micro-structured metal layer may comprise straight metal strips which have identical widths, and which are separated by gaps devoid of metal material. These intervals, which form the zones of the micro-structured metal layer, are identical for any pairs of neighboring bands inside the layer. Such embodiments may be simple to design and manufacture, including using lithographic methods and etching methods that are well known in the art of manufacturing integrated electronic circuits.
Dans d’autres modes de réalisation, le motif peut être bidimensionnel et répété périodiquement le long de deux directions de répétition qui sont perpendiculaires entre elles et parallèles aux couches métalliques.  In other embodiments, the pattern may be two-dimensional and periodically repeated along two repeating directions that are perpendicular to each other and parallel to the metal layers.
De façon générale pour l’invention, la ou les zone(s) à épaisseur réduite ou nulle de chaque couche micro-structurée peut (peuvent) être telle(s) qu’en incidence normale du rayonnement à filtrer sur la première couche métallique, un coefficient de transmission ou de réflexion spectrale du filtre, qui est effectif pour le rayonnement transmis ou réfléchi, respectivement, soit identique pour deux polarisations du rayonnement à filtrer qui sont orthogonales entre elles. Le filtre possède ainsi une réponse spectrale qui est indépendante d’un état de polarisation du rayonnement à filtrer, en incidence normale. In general, for the invention, the zone (s) of reduced or zero thickness of each microstructured layer may be such that in normal incidence of the radiation to be filtered on the first layer metallic, a transmission coefficient or spectral reflection of the filter, which is effective for the transmitted or reflected radiation, respectively, is identical for two polarizations of the radiation to be filtered which are orthogonal to each other. The filter thus has a spectral response that is independent of a state of polarization of the radiation to be filtered, in normal incidence.
Encore de façon générale pour l’invention, un matériau du milieu diélectrique peut présenter des variations qui sont alignées avec des bords de la (des) zone(s) à épaisseur réduite ou nulle de la couche métallique micro- structurée, selon une direction d’alignement qui est perpendiculaire aux couches métalliques. De telles variations pour le milieu diélectrique procurent un degré de liberté supplémentaire pour ajuster la valeur de résonance Ar, tout en gardant un procédé de fabrication pour le filtre qui peut être simple. En effet, la couche métallique micro-structurée ou une partie de base de cette couche peut être utilisée comme masque de gravure pour remplacer localement un matériau initial du milieu diélectrique par un autre matériau. Un tel mode d’ajustement de la valeur de résonance Ar, par modification locale du matériau du milieu diélectrique, peut en outre être combiné avec une variation de la valeur de résonance Ar qui résulte d’une sélection appropriée des dimensions des zones à épaisseur réduite ou nulle de la couche micro-structurée. Still more generally for the invention, a material of the dielectric medium may have variations which are aligned with edges of the zone (s) of reduced or zero thickness of the microstructured metal layer, in a direction of alignment that is perpendicular to the metal layers. Such variations for the dielectric medium provide an additional degree of freedom for adjusting the resonance value A r , while keeping a manufacturing method for the filter that can be simple. Indeed, the micro-structured metal layer or a base portion of this layer can be used as an etching mask to locally replace an initial material of the dielectric medium with another material. Such a mode of adjustment of the resonance value A r , by local modification of the material of the dielectric medium, can also be combined with a variation of the resonance value A r which results from an appropriate selection of the dimensions of the zones to be made. reduced or no thickness of the micro-structured layer.
Enfin, la (les) zone(s) à épaisseur réduite ou nulle de la couche métallique micro-structurée, notamment au moins une dimension de cette (ces) zone(s), peut (peuvent) être variée(s) entre des régions différentes du filtre, qui sont décalées sans recouvrement les unes par rapport aux autres parallèlement aux couches métalliques, de sorte que la valeur de résonance Ar soit constante à l’intérieur de chaque région mais varie entre au moins deux des régions. Le filtre spectral à régions qui est ainsi obtenu peut être fabriqué sans augmenter le nombre d’étapes de sa fabrication, seulement en utilisant un masque de lithographie qui est adapté par région du filtre. Un tel filtre procure alors plusieurs valeurs de résonance Ar qui sont différentes, tout en ne formant qu’un seul composant optique. Son assemblage dans un instrument d’utilisation à plusieurs voies optiques, par exemple un instrument d’imagerie multispectrale ou de spectroscopie, reste donc simple. Enfin, de façon générale, un matériau de chaque couche métallique peut comprendre au moins un métal qui est sélectionné parmi l’or, l’aluminium, le cuivre, l’argent, le platine, le rhodium, le titane, le zirconium, le chrome, le tungstène, ou peut comprendre du nitrure de titane ou du nitrure de zirconium. En particulier, le matériau de chaque couche métallique peut comprendre un alliage à base de l’un au moins des métaux ou nitrures qui viennent d’être cités, et/ou être différent ou non du matériau de l’autre couche métallique. Ces métaux ou nitrures possèdent des valeurs de conductivité électrique qui sont élevées, et réduisent de ce fait l’absorption du rayonnement par les couches métalliques. Ils contribuent ainsi à augmenter dans une mesure supplémentaire le facteur de qualité et/ou le taux de réjection du filtre. Finally, the zone (s) with a reduced or zero thickness of the micro-structured metal layer, in particular at least one dimension of this (these) zone (s), can (can) be varied (s) between regions different from the filter, which are offset without overlapping relative to each other parallel to the metal layers, so that the resonance value A r is constant within each region but varies between at least two of the regions. The region spectral filter that is thus obtained can be manufactured without increasing the number of steps of its manufacture, only by using a lithography mask that is adapted per region of the filter. Such a filter then provides several resonance values A r which are different, while forming only one optical component. Its assembly in a multi-channel optical instrument, for example a multispectral imaging instrument or spectroscopy, remains simple. Finally, in general, a material of each metal layer may comprise at least one metal which is selected from among gold, aluminum, copper, silver, platinum, rhodium, titanium, zirconium, chromium, tungsten, or may comprise titanium nitride or zirconium nitride. In particular, the material of each metal layer may comprise an alloy based on at least one of the metals or nitrides which have just been mentioned, and / or be different or different from the material of the other metal layer. These metals or nitrides have high electrical conductivity values, and thereby reduce the absorption of radiation by the metal layers. They thus contribute to increase to an additional extent the quality factor and / or the rejection rate of the filter.
Selon une configuration qui est possible pour un filtre spectral conforme à l’invention, le filtre peut comprendre en outre un support à face plane qui est transparent dans un intervalle spectral s’étendant de part et d’autre de la valeur de résonance Ar. Alors, la seconde couche métallique, le milieu diélectrique et la première couche métallique forment un empilement sur la face plane du support. According to a configuration that is possible for a spectral filter according to the invention, the filter may further comprise a plane-face support which is transparent in a spectral range extending on either side of the resonance value A r . Then, the second metal layer, the dielectric medium and the first metal layer form a stack on the flat face of the support.
Selon une autre configuration aussi possible, le milieu diélectrique peut être constitué par un film autosupporté à deux faces parallèles et opposées, notamment par un film de matériau organique. Alors les première et seconde couches métalliques peuvent être portées une-à-une par les deux faces du film autosupporté.  According to another configuration also possible, the dielectric medium may consist of a self-supporting film with two parallel faces and opposite, in particular by a film of organic material. Then the first and second metal layers can be worn one-on-one by both sides of the self-supporting film.
Un second aspect de l’invention propose un procédé de filtrage spectral d’un rayonnement électromagnétique, qui est mis en oeuvre en utilisant au moins un filtre spectral conforme au premier aspect de l’invention. Pour cela, le rayonnement à filtrer possède des valeurs de longueur d’onde qui sont supérieures à la dimension de chaque zone à épaisseur réduite ou nulle de la (des) couche(s) métallique(s) du filtre qui est (sont) micro-structurée(s). Pour produire un filtrage effectif, l’intervalle d’extension spectrale du rayonnement à filtrer contient la valeur de résonance K du filtre, lorsque cet intervalle est exprimé en valeurs de longueur d’onde. Un tel procédé peut notamment être mis en oeuvre pour une application sélectionnée parmi une acquisition d’image monochromatique ou multispectrale, une analyse spectroscopique, une émission sélective de rayonnement qui est produite par un chauffage du filtre, etc. A second aspect of the invention provides a spectral filtering method of electromagnetic radiation, which is implemented using at least one spectral filter according to the first aspect of the invention. For this, the radiation to be filtered has wavelength values that are greater than the size of each zone of reduced or zero thickness of the metal layer (s) of the filter which is (are) micro -structurée (s). To produce effective filtering, the spectral extension range of the radiation to be filtered contains the resonance value K of the filter, when this interval is expressed in wavelength values. Such a method may in particular be implemented for an application selected from a monochromatic or multispectral image acquisition, a spectroscopic analysis, a selective emission of radiation which is produced by heating the filter, etc.
Lorsque le filtre spectral comporte un motif qui est répété selon une période spatiale plus petite que la valeur de résonance Ar du filtre, les valeurs de longueur d’onde du rayonnement à filtrer sont de préférence supérieures aussi à cette période spatiale. When the spectral filter comprises a pattern which is repeated in a spatial period smaller than the resonance value A r of the filter, the wavelength values of the radiation to be filtered are preferably also greater than this spatial period.
D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'exemples de réalisation non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :  Other features and advantages of the present invention will become apparent in the following description of nonlimiting exemplary embodiments, with reference to the appended drawings, in which:
- la figure 1 est une vue en perspective d’un filtre spectral de rayonnement électromagnétique conforme à la présente invention ; FIG. 1 is a perspective view of a spectral filter of electromagnetic radiation according to the present invention;
- la figure 2 est un diagramme qui compare des caractéristiques spectrales de réflectivité d’un filtre conforme à la figure 1 et d’un filtre connu de l’art antérieur, pour une incidence normale du rayonnement à filtrer ; FIG. 2 is a diagram which compares reflectivity spectral characteristics of a filter according to FIG. 1 and of a filter known from the prior art, for a normal incidence of the radiation to be filtered;
- la figure 3 est un autre diagramme qui montre des variations d’une valeur de résonance d’un filtre conforme à la figure 1 , lorsqu’une dimension d’ouvertures de couche métallique est variée ; FIG. 3 is another diagram which shows variations of a resonance value of a filter according to FIG. 1, when a dimension of metal layer openings is varied;
- la figure 4 est encore un autre diagramme, qui montre des variations de la valeur de résonance d’un filtre conforme à la figure 1 lorsqu’une période spatiale des ouvertures de couche métallique est variée ; et FIG. 4 is yet another diagram, which shows variations in the resonance value of a filter according to FIG. 1 when a spatial period of the metal layer openings is varied; and
- les figures 5 à 7 correspondent à la figure 1 pour trois autres modes de réalisation de l’invention. FIGS. 5 to 7 correspond to FIG. 1 for three other embodiments of the invention.
Pour raison de clarté, les dimensions des éléments qui sont représentés dans les figures 1 et 5-7 ne correspondent ni à des dimensions réelles ni à des rapports de dimensions réels. En outre, des références identiques qui sont indiquées dans des figures différentes désignent des éléments identiques ou qui ont des fonctions identiques.  For the sake of clarity, the dimensions of the elements shown in FIGS. 1 and 5-7 do not correspond to real dimensions or to actual dimension ratios. In addition, identical references which are indicated in different figures designate identical elements or which have identical functions.
La référence 10 désigne de façon générale un filtre spectral conforme à l’invention, et les références 1 et 2 désignent deux couches métalliques de ce filtre, qui sont parallèles et espacées l’une de l’autre d’une distance intermédiaire notée h. Chacune de ces deux couches possède une épaisseur : ei pour la couche métallique 1 et e2 pour la couche métallique 2, qui peuvent être égales ou différentes. L’intervalle qui est intermédiaire entre les deux couches métalliques 1 et 2 est rempli par un milieu diélectrique 3, qui est supposé homogène dans un premier temps. Ce milieu diélectrique 3 est caractérisé par une valeur d’indice de réfraction optique n, qui peut être supposée constante sur un domaine spectral d’utilisation du filtre 10, mais non nécessairement. Des modifications de la description qui suit, qui seraient dues à des variations spectrales de cette valeur n, par rapport au cas où cette valeur n est sensiblement constante sur le domaine spectral d’utilisation du filtre, sont bien connues de l’Homme du métier, si bien qu’elles ne seront pas décrites à nouveau ici. Par exemple, le filtre 10 peut être prévu pour un domaine spectral d’utilisation qui est compris entre 0,75 pm (micromètre) et 4,0 pm, en valeurs de longueur d’onde. De façon générale, le domaine spectral d’utilisation est prescrit pour chaque filtre dans une notice de ce filtre. Reference numeral 10 generally designates a spectral filter conforming to to the invention, and references 1 and 2 denote two metal layers of this filter, which are parallel and spaced from each other by an intermediate distance noted h. Each of these two layers has a thickness: ei for the metal layer 1 and e 2 for the metal layer 2, which may be equal or different. The gap that is intermediate between the two metal layers 1 and 2 is filled by a dielectric medium 3, which is assumed homogeneous at first. This dielectric medium 3 is characterized by an optical refractive index value n, which can be assumed constant over a spectral range of use of the filter 10, but not necessarily. Modifications of the description which follows, which would be due to spectral variations of this value n, with respect to the case where this value n is substantially constant over the spectral range of use of the filter, are well known to those skilled in the art. so they will not be described again here. For example, the filter 10 may be provided for a spectral range of use which is between 0.75 μm (micrometer) and 4.0 μm, in wavelength values. In general, the spectral range of use is prescribed for each filter in a record of this filter.
A titre d’exemples, les couches métalliques 1 et 2 peuvent être en or (Au), et le milieu diélectrique 3 peut être en silice (Si02), en sulfure de zinc (ZnS), en poly-méthacrylate de méthyle (PMMA), ou à base de polyimide tel que le matériau Kapton® de Dupont de Nemours, ou encore en une résine de type epoxy, par exemple telle que désignée par SU8. By way of example, the metal layers 1 and 2 can be made of gold (Au), and the dielectric medium 3 can be made of silica (SiO 2 ), zinc sulphide (ZnS) or polymethyl methacrylate (PMMA). ), or based on polyimide such as Kapton ® Dupont de Nemours material, or by an epoxy type resin, for example as designated by SU8.
L’épaisseur ei de la couche métallique 1 est telle que cette couche soit partiellement réfléchissante et partiellement transmissive pour un rayonnement électromagnétique quelconque dans le domaine spectral d’utilisation du filtre 10. Par exemple, l’épaisseur ei peut être comprise entre 5 nm (nanomètre) et 60 nm lorsque la couche 1 est en or.  The thickness ei of the metal layer 1 is such that this layer is partially reflective and partially transmissive for any electromagnetic radiation in the spectral range of use of the filter 10. For example, the thickness ei may be between 5 nm ( nanometer) and 60 nm when layer 1 is gold.
Dans des premiers types de réalisation de l’invention, l’épaisseur e2 de la couche métallique 2 peut être telle que cette couche 2 soit aussi partiellement réfléchissante et partiellement transmissive dans le domaine spectral d’utilisation du filtre 10. Dans ce cas, l’épaisseur e2 peut aussi être comprise entre 5 nm et 60 nm lorsque la couche 2 est en or. De façon connue, les deux couches métalliques 1 et 2 forment alors, avec le milieu diélectrique 3, un filtre de Fabry-Pérot qui est efficace en transmission : la couche 1 forme la face d’entrée du rayonnement à filtrer, et la couche 2 forme la face de sortie du rayonnement filtré. Un tel filtre spectral à utiliser en transmission présente des résonances lorsque le rayonnement à filtrer, quand il est dirigé sur la couche 1 avec une incidence normale, possède une longueur d’onde qui est égale à Ar = 4-k-n-h, où k est un entier naturel non nul qui identifie des résonances successives apparaissant pour des valeurs croissantes de longueur d’onde du rayonnement à filtrer. In first embodiments of the invention, the thickness e 2 of the metal layer 2 may be such that this layer 2 is also partially reflective and partially transmissive in the spectral range of use of the filter 10. In this case, the thickness e 2 may also be between 5 nm and 60 nm when the layer 2 is gold. In known manner, the two metal layers 1 and 2 then form, with the dielectric medium 3, a Fabry-Perot filter which is effective in transmission: the layer 1 forms the input face of the radiation to be filtered, and the layer 2 forms the face of filtered radiation output. Such a spectral filter to be used in transmission has resonances when the radiation to be filtered, when it is directed on the layer 1 with a normal incidence, has a wavelength which is equal to A r = 4-knh, where k is a nonzero natural integer which identifies successive resonances appearing for increasing wavelength values of the radiation to be filtered.
Dans des seconds types de réalisation de l’invention, l’épaisseur e2 de la couche métallique 2 peut être telle que cette couche 2 soit réfléchissante avec une transmission du rayonnement qui est nulle à travers elle. Dans cet autre cas, l’épaisseur e2 est supérieure à 60 nm si la couche 2 est en or. Alors, de façon encore connue, les deux couches métalliques 1 et 2 forment, avec le milieu diélectrique 3, un filtre de Fabry-Pérot qui est efficace en réflexion : la couche 1 forme à la fois la face d’entrée du rayonnement à filtrer, et la face de sortie du rayonnement filtré. Un tel autre filtre à utiliser en réflexion présente des résonances lorsque le rayonnement à filtrer, quand il est dirigé sur la couche 1 avec une incidence normale, possède une longueur d’onde qui est égale à Ar = 2-k’-n-h, où k’ est aussi un entier naturel non nul pour identifier les résonances qui apparaissent successivement lorsque la longueur d’onde du rayonnement à filtrer croît. In second embodiments of the invention, the thickness e 2 of the metal layer 2 may be such that this layer 2 is reflective with a transmission of radiation that is zero through it. In this other case, the thickness e 2 is greater than 60 nm if the layer 2 is gold. Then, in a still known manner, the two metal layers 1 and 2 form, with the dielectric medium 3, a Fabry-Perot filter which is efficient in reflection: the layer 1 forms both the input face of the radiation to be filtered. , and the exit face of the filtered radiation. Such another filter to be used in reflection has resonances when the radiation to be filtered, when it is directed on the layer 1 with a normal incidence, has a wavelength which is equal to A r = 2-k'-nh, where k 'is also a non-zero natural integer to identify the resonances which appear successively when the wavelength of the radiation to be filtered increases.
De façon encore connue, les résonances qui viennent d’être rappelées pour les deux cas de filtrage de type Fabry-Pérot en transmission et en réflexion, sont dues à des structures d’onde stationnaire qui sont produites par le rayonnement à filtrer dans le milieu diélectrique 3, selon la direction z. Comme indiqué sur les figures 1 et 5-7, z désigne la direction qui est perpendiculaire aux couches 1 et 2. Les expressions des valeurs de résonance K qui viennent d’être rappelées sont des approximations qui ne tiennent pas compte des épaisseurs ei et e2 des deux couches métalliques 1 et 2, mais l’Flomme du métier connaît des expressions plus précises pour ces valeurs de résonance Ar qui prennent en compte ces épaisseurs. Dans les réalisations de filtres de Fabry-Pérot connues avant la présente invention, les couches métalliques 1 et 2 sont continues et homogènes, en étant invariantes chacune par des translations quelconques qui sont parallèles à ces couches, c’est-à-dire parallèles aux directions x et y telles qu’indiquées sur les figures. Contrairement à ces réalisations connues, la présente invention propose des filtres 10 de type Fabry-Pérot pour lesquels l’une au moins des deux couches métalliques 1 et 2 est micro-structurée, avec au moins une dimension de micro-structuration, mesurée parallèlement au plan x-y, qui est plus petite qu’une borne inférieure du domaine spectral d’utilisation du filtre, ou plus petite qu’une borne inférieure d’une partie de ce domaine spectral qui est utile pour l’application de filtrage envisagée. En particulier, la dimension de micro-structuration est plus petite que certaines au moins des valeurs de résonance K de ce filtre. Dans la suite, on ne considérera que la valeur de résonance qui correspond à k=1 ou k’=1 , selon que le filtre 10 est destiné à être utilisé en transmission ou en réflexion. In a still known manner, the resonances which have just been recalled for the two cases of Fabry-Perot filtering in transmission and in reflection, are due to stationary wave structures which are produced by the radiation to be filtered in the medium. dielectric 3, according to the direction z. As indicated in FIGS. 1 and 5-7, z denotes the direction that is perpendicular to layers 1 and 2. The expressions of the resonance values K that have just been recalled are approximations that do not take into account the thicknesses ei and e 2 of the two metal layers 1 and 2, but the person skilled in the art knows more precise expressions for these resonance values A r which take into account these thicknesses. In the embodiments of Fabry-Perot filters known before the present invention, the metal layers 1 and 2 are continuous and homogeneous, each being invariant by any translations that are parallel to these layers, that is to say parallel to the x and y directions as shown in the figures. In contrast to these known embodiments, the present invention proposes Fabry-Perot type filters for which at least one of the two metal layers 1 and 2 is micro-structured, with at least one dimension of micro-structuring, measured parallel to the xy plane, which is smaller than a lower bound of the spectral range of use of the filter, or smaller than a lower bound of a portion of that spectral range that is useful for the intended filtering application. In particular, the micro-structuring dimension is smaller than at least some of the K resonance values of this filter. In the following, we will consider only the resonance value that corresponds to k = 1 or k '= 1, depending on whether the filter 10 is intended to be used in transmission or in reflection.
Selon des premiers modes de réalisation d’un filtre spectral 10 qui est conforme à l’invention, tel que représenté sur la figure 1 , l’une au moins des couches métalliques 1 et 2, par exemple la couche 1 , peut être constituée de bandes métalliques rectilignes et parallèles qui ont des largeurs identiques. Ces bandes sont séparées par des intervalles 4 qui sont dépourvus de matériau métallique, et qui ont des largeurs identiques entre des paires différentes de bandes voisines. Ces intervalles correspondent aux zones à épaisseur réduite qui ont été mentionnées dans la partie générale de la présente description. Etant donné que dans le cas présent, l’épaisseur de la couche micro-structurée 1 est nulle dans chaque intervalle 4 entre deux bandes métalliques voisines, chaque intervalle 4 constitue une ouverture à travers la couche 1. Les références 1 a, 1 b et 1 c désignent trois bandes métalliques successives de la couche 1 , A désigne la période spatiale du motif de micro-structuration ainsi formé, et w désigne la largeur des intervalles 4 de séparation entre bandes métalliques voisines, qui est aussi appelée distance inter-bande w. Conformément à l’invention, la distance inter-bande w, et de préférence aussi la période spatiale A, est (sont) inférieure(s) à la valeur de résonance K du filtre 10. Ainsi, lorsque le filtre 10 est destiné à être utilisé en réflexion, la période A peut être inférieure à la valeur de résonance K = 2-n- h, où h désigne encore l’épaisseur du milieu diélectrique 3. Tel est le cas, notamment, pour un mode de réalisation dans lequel h = 1 ,2 pm, n = 1 ,4 lorsque le milieu diélectrique 3 est constitué de silice, w = 0,55 pm, A = 2,1 pm, ei = 50 nm, et e2 = 80 nm correspondant à un filtre 10 à utiliser en réflexion. En effet, dans ces conditions, Ar = 3,613 pm pour l’entier naturel k’ égal à 1 . According to first embodiments of a spectral filter 10 which is in accordance with the invention, as represented in FIG. 1, at least one of the metal layers 1 and 2, for example the layer 1, may consist of rectilinear and parallel metal strips that have identical widths. These strips are separated by gaps 4 which are devoid of metal material, and which have identical widths between different pairs of neighboring bands. These ranges correspond to the reduced thickness zones which have been mentioned in the general part of the present description. Since in the present case, the thickness of the micro-structured layer 1 is zero in each gap 4 between two adjacent metal strips, each gap 4 constitutes an opening through the layer 1. The references 1 a, 1 b and 1c denote three successive metal strips of the layer 1, A denotes the spatial period of the micro-structuring pattern thus formed, and w denotes the width of the separation intervals 4 between neighboring metal strips, which is also called the inter-band distance w . According to the invention, the inter-band distance w, and preferably also the spatial period A, is (are) less than the resonance value K of the filter 10. Thus, when the filter 10 is intended to be used in reflection, the period A may be less than the resonance value K = 2-n-h, where h is still the thickness of the dielectric medium 3. Such is the case, in particular, for an embodiment in which h = 1 , 2 μm, n = 1, 4 when the dielectric medium 3 consists of silica, w = 0.55 μm, A = 2.1 μm, ei = 50 nm, and e 2 = 80 nm corresponding to a filter 10 to use in reflection. Indeed, under these conditions, A r = 3.613 pm for the natural integer k 'equal to 1.
Le diagramme de la figure 2 compare le profil de résonance en incidence normale qui est obtenu pour ce filtre 10, correspondant aux valeurs numériques qui viennent d’être citées, avec celui d’un filtre de Fabry-Pérot tel que connu antérieurement, c’est-à-dire à couches métalliques continues et uniformes. Pour cela, le filtre de Fabry-Pérot tel que connu antérieurement, appelé filtre de référence, est paramétré pour présenter une valeur résonance Ar qui est identique à celle du filtre 10 de l’invention, ainsi qu’une valeur de réflectivité résiduelle lorsque la longueur d’onde du rayonnement à filtrer est égale à Ar, qui est identique de même à celle du filtre 10. Ainsi, le filtre de référence possède les valeurs de paramètres suivantes : h = 1 ,191 pm, n = 1 ,4 correspondant à un milieu diélectrique qui est encore constitué de silice, et les deux couches métalliques étant encore en or avec ei = 41 nm et e2 = 80 nm, correspondant donc aussi à Ar = 3,613 pm. The diagram of FIG. 2 compares the resonance profile at normal incidence obtained for this filter 10, corresponding to the numerical values which have just been mentioned, with that of a Fabry-Perot filter as previously known. that is to say continuous and uniform metal layers. For this, the Fabry-Perot filter as known previously, called the reference filter, is parameterized to present a resonance value A r which is identical to that of the filter 10 of the invention, as well as a residual reflectivity value when the wavelength of the radiation to be filtered is equal to A r , which is the same as that of the filter 10. Thus, the reference filter has the following parameter values: h = 1, 191 pm, n = 1, 4 corresponding to a dielectric medium which is still made of silica, and the two metal layers being still in gold with ei = 41 nm and e 2 = 80 nm, corresponding also to A r = 3.613 pm.
Comme le montre le diagramme de réflectivité spectrale de la figure 2, la largeur de résonance autour de la valeur Ar, en fonction de la longueur d’onde du rayonnement à filtrer qui est repérée en abscisse, est plus faible pour le filtre 10 de l’invention que pour le filtre de référence. Cela correspond à un facteur de qualité Q qui est supérieur, lorsqu’il est défini par Q = Ar/5A, où dl désigne la largeur de résonance à mi-hauteur. Pour les deux filtres du diagramme de la figure 2 : Q = 90,32 pour le filtre 10 de l’invention, et Q = 35,1 pour le filtre de référence. En outre, le taux de réjection du filtre 10 de l’invention, c’est-à-dire la valeur de réflectivité du filtre 10 en dehors de la résonance, est en moyenne supérieur de 0,05 environ au taux de réjection du filtre de référence. Dans le cadre de l’invention, le taux de réjection peut être défini comme la valeur moyenne de réflectivité qui est produite par un filtre sur la bande spectrale d’intérêt lorsque la longueur d’onde du rayonnement est inférieure à 1 - 3/Q fois la valeur de résonance Ar ou supérieure à 1 + 3/Q fois cette valeur de résonance Ar, pour la résonance considérée (k’=1 pour la figure 2). As shown in the spectral reflectivity diagram of FIG. 2, the resonance width around the value A r , as a function of the wavelength of the radiation to be filtered which is marked on the abscissa, is smaller for the filter 10 of FIG. the invention only for the reference filter. This corresponds to a quality factor Q which is greater, when it is defined by Q = A r / 5A, where d1 denotes the resonance width at half height. For the two filters of the diagram of FIG. 2: Q = 90.32 for the filter 10 of the invention, and Q = 35.1 for the reference filter. In addition, the rejection ratio of the filter 10 of the invention, that is to say the reflectivity value of the filter 10 outside the resonance, is on average about 0.05 greater than the rejection rate of the filter. reference. In the context of the invention, the rejection ratio can be defined as the average value of reflectivity that is produced by a filter on the spectral band of interest when the wavelength of the radiation is less than 1 - 3 / Q times the resonance value A r or greater than 1 + 3 / Q times this resonance value A r , for the resonance considered (k '= 1 for FIG. 2).
Le diagramme de la figure 3 montre des variations de la valeur de résonance Ar qui résultent de modifications de la distance inter-bande w, lorsque tous les autres paramètres du filtre 10 de la figure 1 restent identiques aux valeurs citées plus haut. En particulier, la période spatiale A est constante et égale à 2,1 pm. L’axe horizontal du diagramme repère les valeurs de la distance inter-bande w, entre 0,1 pm et 2,3 pm environ. Pour des valeurs de w qui sont proches de 0, la valeur de résonance Ar correspond à la formule de Fabry-Pérot pour des couches métalliques continues et uniformes, en prenant en compte un effet des épaisseurs ei et e2 des couches métalliques 1 et 2. Toutefois, le facteur de qualité Q est bas lorsque la distance inter-bande w est inférieure à 0,4 pm, à cause d’une quantité de métal trop importante qui provoque un niveau élevé d’absorption du rayonnement. La valeur de résonance Ar est une fonction croissante de la distance inter-bande w. Cette variation de la valeur de résonance Ar en fonction de la distance inter-bande w, notamment pour Ar comprise entre 3,58 pm et 3,68 pm dans les conditions de ce diagramme, pourra être utilisée pour produire des filtres à régions comme décrit plus loin en référence à la figure 7. Lorsque la distance inter-bande w est supérieure à 0,8 pm environ, le facteur de qualité Q devient à nouveau faible, notamment à cause d’un pouvoir de réflexion de la couche métallique 1 qui est trop faible. The diagram of FIG. 3 shows variations of the resonance value A r which result from changes in the inter-band distance w when all the other parameters of the filter 10 of FIG. 1 remain identical to the values mentioned above. In particular, the spatial period A is constant and equal to 2.1 μm. The horizontal axis of the diagram identifies the values of the inter-band distance w between about 0.1 pm and about 2.3 pm. For values of w which are close to 0, the resonance value A r corresponds to the Fabry-Perot formula for continuous and uniform metal layers, taking into account an effect of the thicknesses e 1 and e 2 of the metal layers 1 and 2. However, the quality factor Q is low when the inter-band distance w is less than 0.4 μm, because of a too large amount of metal which causes a high level of radiation absorption. The resonance value A r is an increasing function of the interband distance w. This variation of the resonance value A r as a function of the interband distance w, in particular for A r ranging from 3.58 μm to 3.68 μm under the conditions of this diagram, can be used to produce region filters. as described below with reference to FIG. 7. When the inter-band distance w is greater than about 0.8 μm, the quality factor Q becomes weak again, in particular because of the reflectivity of the metal layer. 1 which is too weak.
Le diagramme de la figure 4 montre des variations de la valeur de résonance Ar qui résultent de modifications de la période spatiale A, lorsque tous les autres paramètres du filtre 10 de la figure 1 restent identiques aux valeurs citées plus haut. En particulier, la distance inter-bande w est constante et égale à 0,55 pm. Lorsque la période spatiale A augmente, la valeur de résonance Ar décroit en direction du résultat de la formule de Fabry-Pérot pour des couches métalliques qui sont continues et uniformes. Toutefois, le facteur de qualité Q du filtre 10 présente des valeurs qui sont basses, inférieures à 40, lorsque la période spatiale A est inférieure à 1 ,2 pm, alors qu’il est très élevé, supérieur à 90, lorsque la période A est comprise entre 1 ,5 pm et 3 pm, conformément à l’invention. The diagram of FIG. 4 shows variations of the resonance value A r which result from changes in the spatial period A, when all the other parameters of the filter 10 of FIG. 1 remain identical to the values mentioned above. In particular, the interband distance w is constant and equal to 0.55 μm. As the spatial period A increases, the resonance value A r decreases toward the result of the Fabry-Perot formula for metal layers that are continuous and uniform. However, the quality factor Q of the filter 10 has values that are low, less than 40, when the spatial period A is less than 1.2 μm, while it is very high, greater than 90, when the period A is between 1.5 μm and 3 μm, according to the invention.
La figure 5 montre un autre mode de réalisation d’un filtre spectral 10 conforme à l’invention, qui est obtenu à partir de celui de la figure 1 en appliquant le motif périodique à bandes métalliques rectilignes d’une même façon selon les deux directions x et y. La référence 1 x désigne des bandes qui sont parallèles à la direction x, et la référence 1 y désigne des bandes qui sont parallèles à la direction y, similaires aux bandes 1 a, 1 b et 1 c du mode de réalisation de la figure 1. Ainsi, la distance inter-bande w et la période spatiale L apparaissent selon les deux directions x et y. La micro-structuration de la couche métallique 1 qui est ainsi obtenue est constituée d’ouvertures carrées 4 qui sont réparties régulièrement et identiquement selon les deux directions x et y. Un avantage d’un tel mode de réalisation, pour lequel la micro-structuration présente des caractéristiques qui sont identiques entre les deux directions x et y, est que la réflectivité du filtre 10 en incidence normale, et donc son efficacité de filtrage, est indépendante de la polarisation du rayonnement incident. Lorsque les valeurs numériques du mode de réalisation de la figure 1 sont reprises pour l’épaisseur h du milieu diélectrique 3, la distance inter-bande w, la période spatiale L, et les épaisseurs ei et e2 des couches métalliques 1 et 2, la valeur de résonance K est de nouveau supérieure à la distance inter-bande w et à la période spatiale L. Le filtre 10 de la figure 5 possède donc encore un domaine spectral d’utilisation, exprimé en valeurs de longueur d’onde du rayonnement à filtrer, dont la borne inférieure est plus grande que la distance inter-bande w et que la période spatiale L. FIG. 5 shows another embodiment of a spectral filter 10 according to the invention, which is obtained from that of FIG. 1 by applying the periodic pattern to rectilinear metal strips in the same way along the two directions x and y. The reference 1 x denotes bands which are parallel to the direction x, and the reference 1 y denotes bands which are parallel to the direction y, similar to the bands 1 a, 1 b and 1 c of the embodiment of FIG. Thus, the inter-band distance w and the spatial period L appear in the two directions x and y. The micro-structuring of the metal layer 1 which is thus obtained consists of square openings 4 which are distributed regularly and identically in the two directions x and y. An advantage of such an embodiment, for which the micro-structuration has characteristics that are identical between the two directions x and y, is that the reflectivity of the filter 10 in normal incidence, and therefore its filtering efficiency, is independent of the polarization of the incident radiation. When the numerical values of the embodiment of FIG. 1 are taken over for the thickness h of the dielectric medium 3, the inter-band distance w, the spatial period L, and the thicknesses e 1 and e 2 of the metal layers 1 and 2, the resonance value K is again greater than the inter-band distance w and the spatial period L. The filter 10 of FIG. 5 therefore still has a spectral range of use, expressed in values of the wavelength of the radiation to be filtered, whose lower bound is greater than the interband distance w and the spatial period L.
La figure 6 montre encore un autre mode de réalisation d’un filtre spectral 10 conforme à l’invention, qui est obtenu à partir de celui de la figure 5 en utilisant des ouvertures 4 de formes variées pour constituer la micro structuration de la couche métallique 1. Comme représenté, ces ouvertures 4 peuvent chacune avoir des dimensions qui sont différentes entre les deux directions x et y, notamment lorsqu’elles sont allongées. Certaines au moins des ouvertures 4 peuvent aussi avoir des formes qui sont symétriques entre les deux directions x et y, telles que des ouvertures 4 en forme de croix ou de d’équerre, quelles que soient l’orientation de ces formes d’ouvertures. Un avantage de telles ouvertures qui sont symétriques entre les deux directions x et y est de contribuer à des performances de filtrage qui sont indépendantes de la polarisation du rayonnement à filtrer. Toutefois, il est aussi possible d’obtenir un filtre 10 dont l’efficacité de filtrage est indépendante de la polarisation du rayonnement à filtrer en utilisant des ouvertures 4 qui ne sont pas individuellement symétriques entre les deux directions x et y, mais dont les densités locales de répartition dans la couche métallique 1 sont égales. Dans ce cas, la sensibilité du filtre 10 à des états complémentaires de polarisation du rayonnement à filtrer est recouvrée par effet de moyenne locale dans la surface du filtre. Toujours selon l’invention, chaque ouverture 4 d’un mode de réalisation conforme à la figure 6 possède au moins une dimension w dans le plan x-y qui est inférieure à la valeur de résonance K du filtre 10. En outre, une distance moyenne de séparation qui existe entre des centres respectifs d’ouvertures 4 qui sont voisines, prises par paires, est de préférence aussi inférieure à la valeur de résonance Ar. Une telle distance moyenne de séparation entre ouvertures possède une fonction qui est similaire à la période spatiale A des modes de réalisation des figures 1 et 5. FIG. 6 shows yet another embodiment of a spectral filter 10 according to the invention, which is obtained from that of FIG. 5 by using openings 4 of various shapes to constitute the micro structuring of the metal layer. 1. As shown, these openings 4 may each have dimensions that are different between the two directions x and y, especially when they are elongated. At least some of the openings 4 may also have shapes which are symmetrical between the two x and y directions, such as cross-shaped or square-shaped openings 4, whatever the orientation of these forms of openings. A Advantage of such openings which are symmetrical between the two directions x and y is to contribute to filter performance which is independent of the polarization of the radiation to be filtered. However, it is also possible to obtain a filter 10 whose filtering efficiency is independent of the polarization of the radiation to be filtered by using openings 4 which are not individually symmetrical between the two directions x and y, but whose densities local distribution in the metal layer 1 are equal. In this case, the sensitivity of the filter 10 to complementary states of polarization of the radiation to be filtered is recovered by the effect of local average in the filter surface. Still according to the invention, each opening 4 of an embodiment according to FIG. 6 has at least one dimension w in the xy plane which is smaller than the resonance value K of the filter 10. In addition, an average distance of separation which exists between respective centers of openings 4 which are adjacent, taken in pairs, is preferably also less than the resonance value A r . Such an average separation distance between apertures has a function which is similar to the spatial period A of the embodiments of FIGS. 1 and 5.
Des filtres spectraux qui sont conformes à l’invention, notamment conformes aux figures 1 , 5 et 6, peuvent être fabriqués à faible coût en utilisant certaines techniques connues de gravure sélective, notamment de telles techniques qui ont été développées pour la fabrication de circuits électroniques intégrés. Par exemple, la couche métallique 2, continue et uniforme, peut être déposée sur une face plane S d’un support 5 qui est transparent pour le rayonnement à filtrer. Un tel support est représenté sur la figure 7. Une couche continue et uniforme d’un matériau du milieu diélectrique 3 peut ensuite être déposée par-dessus la couche métallique 2, et enfin la couche métallique 1 par-dessus la couche du milieu diélectrique 3. La couche métallique 1 est déposée sous forme d’une couche qui est aussi continue et uniforme. Pour les trois couches, les procédés de dépôt de matériaux qui sont mis en oeuvre peuvent être sélectionnés en fonction de chaque matériau à déposer et de l’épaisseur voulue. Par exemple, des dépôts par pulvérisation cathodique sous vide peuvent être utilisés pour les couches métalliques 1 et 2, et un dépôt chimique en phase valeur assisté par plasma, connu sous l’acronyme PECVD pour «plasma-enhanced Chemical vapour déposition» en anglais, peut être utilisé pour de la silice en tant que matériau du milieu diélectrique 3. Alternativement, lorsque le milieu diélectrique 3 est en résine, un procédé d’application qui est approprié en fonction de la nature de la résine peut être utilisé. Spectral filters which are in accordance with the invention, in particular in accordance with FIGS. 1, 5 and 6, can be manufactured at low cost by using certain known techniques of selective etching, in particular such techniques which have been developed for the manufacture of electronic circuits. integrated. For example, the metallic layer 2, continuous and uniform, can be deposited on a flat face S of a support 5 which is transparent for the radiation to be filtered. Such a support is shown in FIG. 7. A continuous and uniform layer of a material of the dielectric medium 3 can then be deposited on top of the metal layer 2, and finally the metal layer 1 on top of the layer of the dielectric medium 3. The metal layer 1 is deposited in the form of a layer which is also continuous and uniform. For the three layers, the material deposition processes that are implemented can be selected according to each material to be deposited and the desired thickness. For example, vacuum cathode sputtering can be used for metal layers 1 and 2, and plasma-assisted value phase chemical deposition, known by the acronym PECVD. for "plasma-enhanced Chemical vapor deposition" in English, can be used for silica as a material of the dielectric medium 3. Alternatively, when the dielectric medium 3 is in resin, an application method that is appropriate as a function of the nature of the resin can be used.
Une technique de photolithographie peut ensuite être mise en oeuvre pour former, sur la couche métallique 1 , un masque qui présente des ouvertures correspondant à celles voulues pour cette couche 1. La couche métallique 1 est alors gravée à travers les ouvertures du masque pour former les ouvertures 4 (figures 1 et 5-7). Un procédé de gravure chimique, par exemple avec de l’eau régale, ou un procédé de gravure sèche, c’est-à-dire en utilisant un plasma de gravure, peut être utilisé pour cela, en fonction du métal qui constitue la couche 1. Un filtre 10 qui est conforme à l’invention est ainsi obtenu, avec un nombre d’étapes successives pour sa fabrication qui est réduit.  A photolithography technique can then be used to form, on the metal layer 1, a mask which has openings corresponding to those desired for this layer 1. The metal layer 1 is then etched through the openings of the mask to form the openings 4 (Figures 1 and 5-7). A chemical etching process, for example with aqua regia, or a dry etching process, that is to say using an etching plasma, can be used for this, depending on the metal that constitutes the layer. 1. A filter 10 which is in accordance with the invention is thus obtained, with a number of successive steps for its manufacture which is reduced.
Selon un premier perfectionnement de l’invention, optionnel, une dimension des ouvertures 4 qui sont formées dans la couche métallique 1 , par exemple la distance inter-bande w pour des modes de réalisation conformes à la figure 1 , peut être variée entre des régions différentes du filtre spectral 10. La figure 7 montre une première valeur w1 pour la distance inter-bande qui est utilisée dans la région R1 du filtre 10, et une seconde valeur w2, plus petite que w-i, qui est utilisée pour la distance inter-bande dans la région R2, voisine de la région R-i. Une variation de la valeur de résonance Ar entre ces deux régions du filtre 10 en résulte, notamment d’après le diagramme de la figure 3 lorsque la période spatiale A est la même dans les deux régions Ri et R2. Une telle variation de dimension pour les ouvertures 4 de la couche métallique 1 peut être réalisée en adaptant le masque de photolithographie qui est utilisé pour définir ces ouvertures. Aucune étape supplémentaire dans le procédé de fabrication du filtre 10 n’est donc nécessaire. Le filtre obtenu, avec des valeurs de résonance K qui sont différentes entre des régions différentes du filtre, peut être utilisé dans un instrument d’imagerie multispectrale ou de spectroscopie. Il définit alors simultanément les fenêtres spectrales de sensibilité pour plusieurs voies optiques d’acquisition qui sont juxtaposées en parallèle dans l’instrument. La fenêtre spectrale de chaque voie d’acquisition peut ainsi être définie avec précision tout en étant très fine et proche spectralement des fenêtres des autres voies. En outre, le filtre peut être assemblé dans l’appareil en une seule opération de montage, commune pour toutes les voies. L’assemblage de l’appareil peut ainsi être plus rapide que si des filtres indépendants étaient utilisés pour toutes les voies. According to a first improvement of the invention, optional, a dimension of the openings 4 which are formed in the metal layer 1, for example the interband distance w for embodiments according to FIG. 1, can be varied between regions. 10 shows a first value w 1 for the inter-band distance that is used in the region R 1 of the filter 10, and a second value w 2 , smaller than w i , which is used for the inter-band distance in the region R 2 , close to the region Ri. A variation of the resonance value A r between these two regions of the filter 10 results, in particular from the diagram of FIG. 3 when the spatial period A is the same in the two regions R 1 and R 2 . Such a variation in size for the openings 4 of the metal layer 1 can be achieved by adapting the photolithography mask which is used to define these openings. No additional step in the manufacturing process of the filter 10 is therefore necessary. The resulting filter, with resonance values K which are different between different regions of the filter, can be used in a multispectral imaging instrument or spectroscopy. It then simultaneously defines the spectral sensitivity windows for several optical acquisition channels that are juxtaposed in parallel in the instrument. The spectral window of each acquisition channel can thus be defined precisely while being very fine and spectrally close to the windows of the other channels. In addition, the filter can be assembled in the device in a single mounting operation, common for all channels. The assembly of the apparatus can thus be faster than if independent filters were used for all the channels.
Selon un second perfectionnement de l’invention, qui est aussi optionnel, le milieu diélectrique 3 peut être varié entre des zones 3b du filtre spectral 10 qui sont exposées à travers les ouvertures 4 de la couche métallique 1 , et des zones complémentaires 3a du filtre 10 qui sont recouvertes par la couche métallique 1 entre les ouvertures 4. Par exemple, le milieu diélectrique 3 peut être de la silice (Si02) dans les zones 3a, et un oxy-nitrure de silicium (SiOxNy) dans les zones 3b. Alors, par effet de champ moyen, un tel milieu diélectrique 3 qui est composite apparaît dans le fonctionnement du filtre 10 comme un milieu dont la valeur effective d’indice de réfraction est intermédiaire entre les valeurs respectives d’indice de réfraction des deux matériaux qui constituent ce milieu 3 : la valeur d’indice de réfraction de la silice dans les zones 3a, et celle de l’oxy-nitrure de silicium dans les zones 3b, pour l’exemple considéré. According to a second improvement of the invention, which is also optional, the dielectric medium 3 can be varied between zones 3b of the spectral filter 10 which are exposed through the openings 4 of the metal layer 1, and complementary zones 3a of the filter Which are covered by the metal layer 1 between the openings 4. For example, the dielectric medium 3 may be silica (SiO 2 ) in the zones 3a, and a silicon oxynitride (SiO x N y ) in the zones 3b. Then, by average field effect, such a dielectric medium 3 which is composite appears in the operation of the filter 10 as a medium whose effective value of refractive index is intermediate between the respective values of refractive index of the two materials which constitute this medium 3: the refractive index value of the silica in the zones 3a, and that of the silicon oxynitride in the zones 3b, for the example considered.
Le mode de réalisation de l’invention qui est représenté en figure 7 combine les deux perfectionnements qui viennent d’être cités. La différence de valeur de résonance Ar qui est ainsi obtenue, entre les deux régions Ri et R2, résulte de deux contributions qui sont combinées. La première contribution correspond au diagramme de la figure 3, comme déjà mentionné, et la seconde contribution est produite par la variation de proportion entre les deux matériaux constitutifs du milieu diélectrique 3, qui existe entre les régions Ri et R2. La combinaison des deux contributions permet d’obtenir des valeurs de résonance qui présentent un écart supérieur entre elles. The embodiment of the invention which is represented in FIG. 7 combines the two improvements which have just been mentioned. The difference in resonance value A r which is thus obtained between the two regions R 1 and R 2 results from two contributions which are combined. The first contribution corresponds to the diagram of FIG. 3, as already mentioned, and the second contribution is produced by the variation in proportion between the two constituent materials of the dielectric medium 3, which exists between the regions R 1 and R 2 . The combination of the two contributions makes it possible to obtain resonance values which have a greater difference between them.
De nombreuses modifications peuvent être introduites par rapport aux filtres conformes à l’invention qui viennent d’être décrits en référence aux figures, tout en conservant certains au moins des avantages cités. Parmi ces modifications, les suivantes sont mentionnées de façon non-limitative : - le filtre spectral 10 peut être conçu pour être utilisé en transmission, au lieu d’un filtre à utiliser en réflexion. Pour un filtre efficace en transmission, la couche métallique 2 possède une épaisseur e2 qui est réduite, par exemple identique à l’épaisseur ei de la couche métallique 1 , afin de produire une transmission résiduelle de rayonnement qui n’est pas nulle ; Numerous modifications can be introduced with respect to the filters according to the invention which have just been described with reference to the figures, while retaining at least some of the advantages mentioned. Among these modifications, the following are mentioned in a non-limiting way: the spectral filter may be designed to be used in transmission, instead of a filter to be used in reflection. For a filter effective in transmission, the metal layer 2 has a thickness e 2 which is reduced, for example, to the thickness ei of the metal layer 1, in order to produce a residual transmission of radiation that is not zero;
- dans le cas d’un filtre spectral par transmission, les deux couches métalliques 1 et 2 peuvent présenter chacune des ouvertures, ces ouvertures pouvant être identiques ou non entre les deux couches, et alignées ou non selon la direction z qui est perpendiculaire aux couches 1 et 2 ;  - In the case of a transmission spectral filter, the two metal layers 1 and 2 may each have openings, these openings may be identical or not between the two layers, and aligned or not in the direction z which is perpendicular to the layers. 1 and 2 ;
- les deux couches métalliques 1 et 2 peuvent être formées sur les deux faces opposées d’un film autosupporté d’épaisseur uniforme, par exemple un film de polyimide de type Kapton®. Le filtre spectral 10 qui est ainsi obtenu est particulièrement léger et rapide à fabriquer, puisque la synthèse du milieu diélectrique 3 par un procédé de dépôt de matériau n’est plus nécessaire ; - the two metal layers 1 and 2 may be formed on both opposite sides of a self-supported film of uniform thickness, for example one type of polyimide film Kapton ®. The spectral filter 10 which is thus obtained is particularly light and fast to manufacture, since the synthesis of the dielectric medium 3 by a material deposition process is no longer necessary;
- les deux perfectionnements qui sont combinés dans le mode de réalisation de la figure 7 peuvent chacun être mis en œuvre sans l’autre perfectionnement ;  the two improvements which are combined in the embodiment of FIG. 7 can each be implemented without the other improvement;
- lorsque l’une des deux couches métalliques 1 et 2 possède des ouvertures 4 conformément à l’invention, il est possible de déposer sur cette couche métallique, dite alors couche métallique de base, une surcouche métallique conforme. La surcouche métallique conforme recouvre avec une épaisseur additionnelle de métal qui est constante le milieu diélectrique 3 dans les ouvertures 4 et la couche métallique de base entre les ouvertures 4. Alors la couche métallique de base et la surcouche métallique conforme constituent ensemble la couche métallique 1 ou 2 au sens de l’invention. La couche métallique résultante, ou composite, possède ainsi une valeur d’épaisseur qui est réduite dans les zones qui correspondent aux ouvertures 4 de la couche métallique de base, en comparaison avec son épaisseur en dehors de ces zones, mais non-nulle. Un profil d’épaisseur d’une telle couche métallique composite est représenté en trait interrompu sur la figure 7, et désigné par la référence P. Un tel mode de réalisation de l’une au moins des couches métalliques 1 et 2 permet d’ajuster précisément son niveau de réflectivité ; - When one of the two metal layers 1 and 2 has openings 4 according to the invention, it is possible to deposit on this metal layer, called the base metal layer, a conformal metal layer. The conformal metal overlayer covers with an additional thickness of metal that is constant the dielectric medium 3 in the openings 4 and the base metal layer between the openings 4. Then the base metal layer and the conformal metal overlayer together constitute the metal layer 1 or 2 within the meaning of the invention. The resulting metal layer, or composite, thus has a thickness value which is reduced in the areas corresponding to the openings 4 of the base metal layer, in comparison with its thickness. outside these areas, but non-zero. A thickness profile of such a composite metal layer is shown in broken lines in FIG. 7, and designated by the reference P. Such an embodiment of at least one of the metal layers 1 and 2 makes it possible to adjust precisely its reflectivity level;
- enfin, toutes les valeurs numériques qui ont été citées peuvent être modifiées, notamment pour obtenir des filtres qui possèdent des valeurs différentes de résonance, ces valeurs pouvant être quelconques entre 0,5 pm et 10 pm.  finally, all the numerical values which have been mentioned can be modified, in particular to obtain filters which have different resonance values, these values possibly being between 0.5 μm and 10 μm.
Un filtre spectral conforme à l’invention peut être utilisé avantageusement pour de nombreuses applications, parmi lesquelles l’acquisition d’images monochromatiques ou multispectrales, et l’analyse spectroscopique. De telles applications sont très connues, si bien qu’il n’est pas nécessaire de les décrire à nouveau ici.  A spectral filter in accordance with the invention can be advantageously used for many applications, among which the acquisition of monochromatic or multispectral images, and spectroscopic analysis. Such applications are well known, so there is no need to describe them again here.
Un autre type d’applications peut être le contrôle spectral d’une émission radiative thermique. Pour cela, un filtre spectral qui est conforme à l’invention, ou une portion de matériau sur laquelle le filtre est appliqué, est chauffé(e), par exemple au moyen d’une résistance électrique qui est insérée dans la portion de matériau. L’émission thermique de rayonnement qui est provoquée par le chauffage, est alors concentrée dans l’intervalle spectral où la réflectivité du filtre est la plus faible, c’est-à-dire autour de chaque valeur de résonance Ar. Another type of application may be the spectral control of a thermal radiative emission. For this, a spectral filter which is in accordance with the invention, or a portion of material to which the filter is applied, is heated, for example by means of an electrical resistance which is inserted into the portion of material. The thermal emission of radiation that is caused by the heating is then concentrated in the spectral range where the reflectivity of the filter is the lowest, that is to say around each resonance value A r .

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1. Procédé de filtrage spectral d’un rayonnement électromagnétique, mis en oeuvre en utilisant au moins un filtre spectral (10) qui comprend : A method of spectrally filtering electromagnetic radiation, implemented using at least one spectral filter (10) which comprises:
- une première couche métallique (1 ), partiellement réfléchissante et partiellement transmissive pour le rayonnement à filtrer en fonction d’une longueur d’onde dudit rayonnement ;  a first metallic layer (1), partially reflecting and partially transmissive for the radiation to be filtered according to a wavelength of said radiation;
- une seconde couche métallique (2), parallèle à la première couche métallique (1 ) et au moins partiellement réfléchissante pour le rayonnement à filtrer ; et  - a second metal layer (2), parallel to the first metal layer (1) and at least partially reflective for the radiation to be filtered; and
- un milieu diélectrique (3), transparent pour le rayonnement à filtrer et intermédiaire entre les première (1 ) et seconde (2) couches métalliques,  a dielectric medium (3), transparent for the radiation to be filtered and intermediate between the first (1) and second (2) metal layers,
le filtre (10) étant destiné à être utilisé en transmission ou en réflexion lorsque le rayonnement à filtrer est incident sur la première couche métallique (1 ), l’une au moins (1 ) des couches métalliques, dite couche métallique micro- structurée, présentant au moins une zone (4) dans laquelle une valeur d’épaisseur de ladite couche métallique micro-structurée est nulle ou plus petite en comparaison avec ladite couche métallique micro-structurée en dehors de ladite au moins une zone, l’épaisseur étant mesurée perpendiculairement aux couches métalliques (1 , 2), the filter (10) being intended to be used in transmission or in reflection when the radiation to be filtered is incident on the first metal layer (1), at least one (1) of the metal layers, called the microstructured metal layer, having at least one zone (4) in which a thickness value of said micro-structured metal layer is zero or smaller in comparison with said micro-structured metal layer outside said at least one zone, the thickness being measured perpendicular to the metal layers (1, 2),
le rayonnement à filtrer ayant des valeurs de longueur d’onde qui sont supérieures à la dimension de chaque zone (4) de chaque couche micro- structurée (1 ) du filtre, the radiation to be filtered having wavelength values which are greater than the size of each zone (4) of each microstructured layer (1) of the filter,
le procédé étant caractérisé en ce que le filtre (10) présente une résonance lorsqu’une longueur d’onde du rayonnement à filtrer est égale à une valeur de résonance K qui est déterminée par des caractéristiques géométriques du filtre et des caractéristiques de matériaux dudit filtre, ladite résonance étant relative à une formation, lorsque le rayonnement à filtrer est incident sur la première couche métallique (1 ), d’au moins une onde dans le milieu diélectrique qui est stationnaire selon une direction perpendiculaire aux couches métalliques (1 , 2), au moins une dimension (w) de chaque zone (4), mesurée parallèlement aux couches métalliques (1 , 2), étant inférieure à la valeur de résonance K qui est effective pour la longueur d’onde du rayonnement, the method being characterized in that the filter (10) has a resonance when a wavelength of the radiation to be filtered is equal to a resonance value K which is determined by the geometric characteristics of the filter and the material characteristics of said filter , said resonance being relative to a formation, when the radiation to be filtered is incident on the first metal layer (1), at least one wave in the dielectric medium which is stationary in a direction perpendicular to the metal layers (1, 2), at least one dimension (w) of each zone (4), measured parallel to the layers metallic (1, 2) being smaller than the resonance value K which is effective for the wavelength of the radiation,
et en ce que le procédé est mis en œuvre pour une application qui est sélectionnée parmi une acquisition d’image monochromatique ou multispectrale, une analyse spectroscopique, et une émission sélective de rayonnement qui est produite par un chauffage du filtre (10). and in that the method is implemented for an application that is selected from monochromatic or multispectral image acquisition, spectroscopic analysis, and selective radiation emission that is produced by heating the filter (10).
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel ladite au moins une zone (4) de la couche métallique micro-structurée (1 ) forme un motif qui est répété périodiquement le long d’au moins une direction (x) de répétition parallèle aux couches métalliques (1 , 2). The method according to claim 1, wherein said at least one area (4) of the micro-structured metal layer (1) forms a pattern which is periodically repeated along at least one direction (x) of repetition parallel to metal layers (1, 2).
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel une période spatiale (A) formée par la répétition du motif est inférieure à la valeur de résonance K qui est effective pour la longueur d’onde du rayonnement. The method of claim 2, wherein a spatial period (A) formed by repeating the pattern is less than the resonance value K which is effective for the wavelength of the radiation.
4. Procédé selon la revendication 3, suivant lequel les valeurs de longueur d’onde du rayonnement à filtrer sont supérieures à la période spatiale (A) qui est formée par la répétition du motif. 4. The method of claim 3, wherein the wavelength values of the radiation to be filtered are greater than the spatial period (A) which is formed by repeating the pattern.
5. Procédé selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel la couche métallique micro-structurée (1 ) comprend des bandes (1 a, 1 b, 1 c) métalliques rectilignes qui ont des largeurs identiques, et qui sont séparées par des intervalles dépourvus de matériau métallique, lesdits intervalles formant les zones (4) de la couche métallique micro-structurée et étant identiques pour des paires quelconques de bandes voisines à l’intérieur de ladite couche métallique micro-structurée. The method according to any one of claims 2 to 4, wherein the micro-structured metal layer (1) comprises rectilinear metal strips (1a, 1b, 1c) which have identical widths, and which are separate at intervals devoid of metal material, said gaps forming the zones (4) of the micro-structured metal layer and being identical for any pairs of adjacent strips within said micro-structured metal layer.
6. Procédé selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel le motif est bidimensionnel et répété périodiquement le long de deux directions (x, y) de répétition qui sont perpendiculaires entre elles et parallèles aux couches métalliques (1 , 2). The method according to any one of claims 2 to 4, wherein the pattern is two-dimensional and periodically repeated along two repeat directions (x, y) which are perpendicular to each other and parallel to the metal layers (1, 2). .
7. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite au moins une zone (4) de chaque couche micro-structurée (1 ) est telle qu’en incidence normale du rayonnement à filtrer sur la première couche métallique (1 ), un coefficient de transmission ou de réflexion spectrale du filtre qui est effectif pour le rayonnement transmis ou réfléchi, respectivement, soit identique pour deux polarisations du rayonnement à filtrer qui sont orthogonales entre elles. 7. Method according to any one of the preceding claims, wherein said at least one zone (4) of each microstructured layer (1) is such that at normal incidence of the radiation to be filtered on the first metal layer (1) , a spectral transmission or reflection coefficient of the filter which is effective for the transmitted or reflected radiation, respectively, is identical for two polarizations of the radiation to be filtered which are orthogonal to each other.
8. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le milieu diélectrique (3) présente des variations d’un matériau dudit milieu diélectrique qui sont alignées avec des bords de ladite au moins une zone (4) de la couche métallique micro-structurée (1 ), selon une direction d’alignement (z) qui est perpendiculaire aux couches métalliques (1 , 2). The method according to any one of the preceding claims, wherein the dielectric medium (3) has variations of a material of said dielectric medium which are aligned with edges of said at least one area (4) of the micro metallic layer. -structured (1), in an alignment direction (z) which is perpendicular to the metal layers (1, 2).
9. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite au moins une zone (4) de la couche métallique micro- structurée (1 ), notamment au moins une dimension de ladite au moins une zone (w), est variée entre des régions (Ft-i, Ft2) différentes du filtre, lesdites régions étant décalées sans recouvrement les unes par rapport aux autres parallèlement aux couches métalliques (1 , 2), de sorte que la valeur de résonance Ar soit constante à l’intérieur de chaque région, mais varie entre au moins deux desdites régions. 9. Method according to any one of the preceding claims, wherein said at least one zone (4) of the microstructured metal layer (1), in particular at least one dimension of said at least one zone (w), is varied. between regions (Ft-i, Ft 2 ) different from the filter, said regions being offset without overlapping with respect to each other parallel to the metal layers (1, 2), so that the resonance value A r is constant at the within each region, but varies between at least two of said regions.
10. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un matériau de chaque couche métallique (1 , 2) comprend au moins un métal sélectionné parmi l’or, l’aluminium, le cuivre, l’argent, le platine, le rhodium, le titane, le zirconium, le chrome, le tungstène, ou comprend du nitrure de titane ou du nitrure de zirconium. The method according to any one of the preceding claims, wherein a material of each metal layer (1, 2) comprises at least one metal selected from gold, aluminum, copper, silver, platinum, rhodium, titanium, zirconium, chromium, tungsten, or comprises titanium nitride or zirconium nitride.
1 1. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel le filtre spectral (10) comprend en outre un support (5) à face plane (S) qui est transparent dans un intervalle spectral s’étendant de part et d’autre de la valeur de résonance Ar, et dans lequel la seconde couche métallique (2), le milieu diélectrique (3) et la première couche métallique (1 ) forment un empilement sur la face plane du support. A method according to any one of claims 1 to 10, wherein the spectral filter (10) further comprises a plane-face support (5) which is transparent in a spectral range extending from else of the resonance value A r , and wherein the second metal layer (2), the dielectric medium (3) and the first metal layer (1) form a stack on the flat face of the support.
12. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel le milieu diélectrique (3) est constitué par un film autosupporté à deux faces parallèles et opposées, et les première (1 ) et seconde (2) couches métalliques sont portées une-à-une par les deux faces du film autosupporté. 12. A method according to any one of claims 1 to 10, wherein the dielectric medium (3) is constituted by a self-supporting film with two parallel and opposite faces, and the first (1) and second (2) metal layers are carried one-on-one by both sides of the self-supporting film.
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