專利名稱：低角度效應(yīng)的窄帶濾光片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及濾光片，尤其涉及一種低角度效應(yīng)的窄帶濾光片。
背景技術(shù)：
濾光片廣泛應(yīng)用于光學(xué)、光譜學(xué)、激光、天文物理學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域。法布里-
珀羅干涉濾光片是最簡單而又最常用的窄帶干涉濾光片，它是1899年出現(xiàn)的法 布里-珀羅干涉儀的基礎(chǔ)上經(jīng)過改進(jìn)后得到的。盡管今天有許多種濾光片結(jié)構(gòu)， 從材料上分，有金屬、金屬介質(zhì)組合和全介質(zhì)濾光片；從結(jié)構(gòu)上分，有單腔(半 波)、雙腔(半波)和多腔(半波)濾光片；此外，還有一種誘導(dǎo)透射濾光片。所有這 些濾光片，其基本原理都是基于光在法布里-珀羅濾光片間隔層中的多次反射后 干涉加強(qiáng)而達(dá)到濾光目的的，即在某些波長上干涉加強(qiáng)使透射增強(qiáng)的同時(shí)，在 另外的波長區(qū)域干涉抵消使透射降低而被抑制。但是很遺憾，這種基于法布里-珀羅干涉原理的濾光片都有一個(gè)致命的弱點(diǎn)，即它們都只能用于垂直入射的準(zhǔn) 直光中,否則濾光片特性就會明顯惡化，即使入射角只有30度也是如此，更有甚 者，當(dāng)入射光同時(shí)具有一定孔徑角(光錐角)時(shí)，那就更是雪上加霜了。但實(shí)際使 用情況恰恰是既非垂直入射光又需要大孔徑角收集光，以致這些場合不能使用 這種濾光片或使用效率很低。由于迄今尚沒有新的技術(shù)解決此問題，所以有時(shí) 只好修改光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以維持濾光片免強(qiáng)工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提供一種低角度效應(yīng)的窄帶濾光片。
低角度效應(yīng)的窄帶濾光片由高折射率的介質(zhì)膜-金屬膜交替的奇數(shù)層膜組 成，在基底上依次設(shè)有高折射率薄膜、Ag膜、二級次膜厚的高折射率薄膜、Ag 膜、二級次膜厚的高折射率薄膜、Ag膜、高折射率薄膜或者在基底上依次設(shè)有 高折射率薄膜、Ag膜、二級次膜厚的高折射率薄膜、Ag膜、高折射率薄膜， 其中，高折射率薄膜材料為Ti02、 Ta205、 Nb20s或ZnS中的一種或多種，二 級次膜厚的高折射率薄膜為1102或Ta205中的一種或二種。
所述的基底的材料為玻璃或塑料。高折射率薄膜的厚度為30 80nm。 二級 次膜厚的高折射率薄膜的厚度為150 550nm。 Ag膜的厚度為30 60nm。
本發(fā)明采用另外一種結(jié)構(gòu)的濾光片來實(shí)現(xiàn)濾光，這種濾光片并不基于法布 里-珀羅干涉濾光片的干涉原理，它沒有間隔層,它是一種高折射率膜與金屬膜的 交替膜，高折射率膜層的厚度通常小于濾光片中心波長的四分之一，層數(shù)可以5層或7層。為得到較好的濾光片窄帶性能，層數(shù)多選7層，而且靠中央的兩層 高折射率膜層的厚度選為高級次。這種濾光片主要是基于某些波長上金屬的吸 收降低而使透射增強(qiáng)的原理。使用這種結(jié)構(gòu)，即使濾光片使用于斜入射光或/和大 錐角光時(shí)，不僅濾光片中心波長短移較少，而且仍能保持其特性基本良好，從 而突破了現(xiàn)用窄帶濾光片不能用于較大入射角和光錐角的限制。


圖1為低角度效應(yīng)窄帶濾光片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中基底1、高折射率薄膜 2、 二級次膜厚的高折射率薄膜3、 Ag膜4;
圖2為本發(fā)明的低角度效應(yīng)窄帶濾光片(a)與法布里-珀羅單腔干涉濾光片(b) 在垂直入射準(zhǔn)直光時(shí)的特性比較圖3為本發(fā)明的低角度效應(yīng)窄帶濾光片(a)與法布里-珀羅單腔干涉濾光片(b) 在30度入射角并以20度光錐角入射時(shí)的特性比較圖4為本發(fā)明的低角度效應(yīng)窄帶濾光片(a)與法布里-珀羅單腔干涉濾光片(b) 在45度入射角并以30度光錐角入射時(shí)的特性比較圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，低角度效應(yīng)的窄帶濾光片高折射率的介質(zhì)膜-金屬膜交替的奇 數(shù)層膜組成，在基底1上依次設(shè)有高折射率薄膜2、 Ag膜4、 二級次膜厚的高 折射率薄膜3、 Ag膜4、 二級次膜厚的高折射率薄膜3、 Ag膜4、高折射率薄 膜2或者在基底1上依次設(shè)有高折射率薄膜2、 Ag膜4、 二級次膜厚的高折射 率薄膜3、 Ag膜4、高折射率薄膜2，其中，高折射率薄膜材料為Ti02、 Ta205、 Nb20s或ZnS中的一種或多種，二級次膜厚的高折射率薄膜為7102或Ta205中 的一種或二種。
所述的基底1的材料為玻璃或塑料。高折射率薄膜2的厚度為30 80nm。 二級次膜厚的高折射率薄膜3的厚度為150 550 nm。 Ag膜4的厚度為30 60nm。每層膜的厚度根據(jù)濾光片的中心波長、半寬度和所選高折射率材料的不 同而有所不同，特別是當(dāng)半寬度要求較小時(shí)，靠中心的二層高折射率膜需選用 高級次膜；金屬膜常選Ag膜，其厚度由濾光片的中心波長和半寬度決定。使用 這種結(jié)構(gòu),就可實(shí)現(xiàn)低角度效應(yīng)的窄帶濾光片，即當(dāng)濾光片使用于斜入射光或/和 大錐角光時(shí)，不僅濾光片中心波長向短波移動較小，而且特性變化也較小。
圖2-4是現(xiàn)用法布里-珀羅單腔濾光片與本發(fā)明的濾光片在不同入射角和光 錐角下的特性比較。兩個(gè)膜系結(jié)構(gòu)具體為
法布里-珀羅13層濾光片GI(HL)SHH(LH力A,H-Ti02,L-Si02,中心波長538nm
本發(fā)明的7層濾光片GIHAg H Ag H AgH |A，H-Ti02 膜厚d:42.432516.6 56 516.6 38 42.4
G為基底，A為空氣,HH稱法布里-珀羅干涉濾光片的間隔層。需要說明的是1). 前面已指出，法布里-珀羅干涉濾光片的種類很多，這里僅以全介質(zhì)單腔濾光片 為例，因?yàn)樗亲罨?、最簡單的結(jié)構(gòu)，相對說來角度效應(yīng)最小；2).高折射率 材料作為間隔層的角度效應(yīng)比低折射率間隔層要小，故選高折射率的間隔層； 3).濾光片的角度效應(yīng)與其半寬度相關(guān)，故上述兩個(gè)濾光片的半寬度設(shè)計(jì)成相近。
圖2是濾光片在垂直入射且光錐角為零時(shí)的計(jì)算結(jié)果?？梢钥闯?，本發(fā)明 的濾光片相比于法布里-珀羅干涉濾光片，雖然膜層數(shù)少，但是中心波長兩側(cè)的 截止度高；另一方面,由于使用了 Ag膜，使中心波長的透射率有所降低。
圖3是濾光片在30度入射角且光錐角為20度時(shí)的計(jì)算結(jié)果?？梢钥闯觯?本發(fā)明的濾光片相比于法布里-珀羅干涉濾光片，雖然采用了角度效應(yīng)最小的法 布里-珀羅濾光片結(jié)構(gòu)，但仍具有l(wèi)).隨入射角和光錐角增大，中心波長向短波 移動量較少；2).透射率下降和半寬度增大相對較少，說明s-和p-偏振光分離減 少；3).截止深度優(yōu)勢明顯。
圖4是濾光片在45度入射角且光錐角為30度時(shí)的計(jì)算結(jié)果?？梢钥闯?， 法布里-珀羅干涉濾光片已完全失去濾光片的特性，不僅中心波長短移大、峰值 透射率大幅下降、半寬度顯著增大，而且更嚴(yán)重的是二側(cè)截止度惡化，因而已 無法作為濾光片使用。但本發(fā)明的濾光片仍具有較好的濾光性能。
本發(fā)明的窄帶濾光片可用于較大入射角和光錐角的系統(tǒng)中，使特性不致于 明顯惡化。
權(quán)利要求
1. 一種低角度效應(yīng)的窄帶濾光片，其特征在于濾光片由高折射率的介質(zhì)膜-金屬膜交替的奇數(shù)層膜組成，在基底(1)上依次設(shè)有高折射率薄膜(2)、Ag膜(4)、二級次膜厚的高折射率薄膜(3)、Ag膜(4)、二級次膜厚的高折射率薄膜(3)、Ag膜(4)、高折射率薄膜(2)或者在基底(1)上依次設(shè)有高折射率薄膜(2)、Ag膜(4)、二級次膜厚的高折射率薄膜(3)、Ag膜(4)、高折射率薄膜(2)，其中，高折射率薄膜材料為TiO2、Ta2O5、Nb2O5或ZnS中的一種或多種，二級次膜厚的高折射率薄膜為TiO2或Ta2O5中的一種或二種。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低角度效應(yīng)的窄帶濾光片，其特征在于所述 的基底(l)的材料為玻璃或塑料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低角度效應(yīng)的窄帶濾光片，其特征在于所述 的高折射率薄膜(2)的厚度為30 80nm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低角度效應(yīng)的窄帶濾光片，其特征在于所述 的二級次膜厚的高折射率薄膜(3)的厚度為150 550 nm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低角度效應(yīng)的窄帶濾光片，其特征在于所述 的Ag膜(4)的厚度為30 60nm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低角度效應(yīng)的窄帶濾光片。它由高折射率的介質(zhì)膜-金屬膜交替的奇數(shù)層膜組成，在基底上依次設(shè)有高折射率薄膜、Ag膜、二級次膜厚的高折射率薄膜、Ag膜、二級次膜厚的高折射率薄膜、Ag膜、高折射率薄膜或者在基底上依次設(shè)有高折射率薄膜、Ag膜、二級次膜厚的高折射率薄膜、Ag膜、高折射率薄膜，其中，高折射率薄膜材料為TiO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅或ZnS中的一種或多種，二級次膜厚的高折射率薄膜為TiO₂或Ta₂O₅中的一種或二種。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)低角度效應(yīng)的窄帶濾光片，即當(dāng)濾光片使用于斜入射光或/和大錐角光照明時(shí)，不僅中心波長向短波移動少，而且濾光片特性保持良好，突破了現(xiàn)用窄帶濾光片不能用于較大入射角和光錐角的限制。
文檔編號G02B5/20GK101281264SQ20081006162
公開日2008年10月8日 申請日期2008年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月23日
發(fā)明者張梅驕, 艾曼靈, 陳海星, 顧培夫 申請人:杭州科汀光學(xué)技術(shù)有限公司