亞波長光柵結構紅外雙波段馬賽克陣列濾光片的制作方法
【專利摘要】亞波長光柵結構紅外雙波段馬賽克陣列濾光片,屬于二元光學與紅外景象生成【技術領域】。所述濾光片由硅基底和位于該基底之上的亞波長光柵陣列構成,其中亞波長光柵陣列為由若干個單元形成的馬賽克陣列結構,每個單元僅透過雙波段中的一個波段,且每兩個相鄰單元透過的波段不同。本發(fā)明中,亞波長光柵結構可通過改變介質光柵層與金屬光柵層的周期,實現(xiàn)以2.5μm和3.6μm為中心波長的帶寬為0.1μm的窄帶濾光功能,并使兩種光柵結構按交錯排列,形成雙波段紅外濾光片馬賽克陣列。
【專利說明】亞波長光柵結構紅外雙波段馬賽克陣列濾光片
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于二元光學與紅外景象生成【技術領域】,涉及一種光學元件,具體涉及一種亞波長光柵結構紅外雙波段馬賽克陣列濾光片。
【背景技術】
[0002]圖像電阻陣列可生成二維紅外圖像,通過改變電阻陣列中各電阻的電流可改變各電阻的溫度,從而使各電阻具有不同的紅外輻射特性來模擬紅外場景,但各個電阻元件均發(fā)出連續(xù)的紅外光譜。為了針對特定兩個譜段進行目標特性建模與分析,需要對圖像電阻陣列進行雙波段窄帶濾光。相鄰的兩個電阻單元的濾光片需透過不同的波段,并排布成馬賽克圖案。
[0003]與薄膜濾光片相比,亞波長光柵濾光片具有以下優(yōu)點:1)亞波長光柵結構穩(wěn)定、不易損壞,大大的延長了濾光片的壽命。2)鍍膜技術如果想要獲得良好的濾光特性往往要鍍上十幾層甚至幾十層的薄膜,而亞波長光柵只需要幾層結構便可獲得具有同樣效果的濾光特性。3)薄膜技術要實現(xiàn)在像素區(qū)域內交替的兩個波段窄帶濾光必須交替鍍制兩種厚度不同的薄膜,而采用亞波長光柵結構可以做到光柵厚度一致,只需在不同像素區(qū)域內改變周期,加工難度大程度降低。
[0004]對紅外圖像電阻陣列的每個像素進行不同波段的窄帶濾光,可精確地模擬紅外物體的輻射特性。對以2.5Mm和3.6Mm為中心波長的帶寬為0.1Mm的窄帶紅外譜段進行濾光可準確地模擬出飛機尾焰的紅外輻射特性。亞波長光柵結構可實現(xiàn)像素級尺度的紅外雙波段濾光功能,而像素級尺度區(qū)域的雙波段馬賽克陣列濾光技術是紅外半實物仿真中的關鍵技術。
【發(fā)明內容】
[0005]本發(fā)明的目的是提供一種亞波長光柵結構紅外雙波段馬賽克陣列濾光片,可實現(xiàn)邊長eoMffl的正方形像素級尺度區(qū)域的雙波段馬賽克陣列濾光功能。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
一種亞波長光柵結構紅外雙波段馬賽克陣列濾光片,包括硅基底、以及位于該基底之上的亞波長光柵陣列,所述亞波長光柵陣列為由若干個單元形成的馬賽克陣列結構,每個單元僅透過雙波段中的一個波段,且每兩個相鄰單元透過的波段不同。
[0007]所述亞波長光柵陣列由均勻介質層、介質光柵層和金屬光柵層組成,均勻介質層位于娃基底之上,金屬光柵層位于介質光柵層之上。
[0008]所述娃基底的厚度為50(T4000Mm,均勻介質層的厚度為0.5Mm,介質光柵層的厚度為0.6Mm,金屬光柵層的厚度為0.03Mm,介質光柵層和金屬光柵層的占空比均為0.5。
[0009]所述均勻介質層的材料為氧化鎂,介質光柵層的材料為娃,金屬光柵層的材料為金。
[0010]所述單元為邊長60Mm的正方形。[0011]所述雙波段為2.45~2.55Mm波段、3.55~3.65Mm波段。
[0012]本發(fā)明中,亞波長光柵結構可通過改變介質光柵層與金屬光柵層的周期,實現(xiàn)以2.5Mm和3.6Mm為中心波長的帶寬為0.1Mm的窄帶濾光功能,濾出的波段分別為2.45~2.55Mm和3.55~3.65Mm,透過率均為62%以上,2.5Mm和3.6Mm中心波長的透過率分別為0.86和0.85。兩種光柵結構按交錯排列,形成雙波段紅外濾光片馬賽克陣列。濾出2.45~2.55Mm波段的光柵的周期為1.5lMm,濾出3.55~3.65Mm波段的光柵的周期為2.70Mm。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明所述的紅外雙波段馬賽克陣列濾光片圖。
[0014]圖2為本發(fā)明所述的紅外雙波段馬賽克陣列濾光片中的局部光柵結構圖。
[0015]圖3為本發(fā)明所述的濾光片光刻掩模板的一個單元的結構圖。
[0016]圖4為本發(fā)明所述的濾光片的2.45^2.55Mm波段透射率與波長的關系曲線。
[0017]圖5為本發(fā)明所述的濾光片的3.55^3.65Mm波段透射率與波長的關系曲線。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案作進一步的說明,但并不局限如此,凡是對本發(fā)明技術方案進行修改或者等同替換,而不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍,均應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍中。
[0019]如圖1所示,本發(fā)明所述的紅外雙波段馬賽克陣列濾光片中每個單元為邊長60Mffl的正方形,且透過雙波段中的一個波段。以單元I和單元2為例,單元I只通過2.45^2.55Mffl波段,單元2只通過3.55^3.65Mffl波段,單元I和單元2交錯排列,形成馬賽克陣列結構的亞波長光柵陣列。
[0020]如圖2所示,本發(fā)明所述的紅外雙波段馬賽克陣列濾光片中,單元I和單元2的硅基底3、氧化鎂介質層4、娃介質光柵5、金材料的金屬光柵6的厚度、材料,占空比均相同。其中,占空比為a/T。單元I和單元2唯一不同點在于周期T的大小,單元I的周期T為1.5lMm,單元2的周期T為2.70Mm。
[0021]將上述紅外雙波段馬賽克陣列濾光片安裝在圖像電阻陣列表面上,濾光片的每個單元要與圖像電阻陣的每個電阻單元對準。使濾光片的每個單元都能對圖像電阻陣的每個電阻單元進行窄帶濾光。
[0022]圖3為本發(fā)明所述的濾光片光刻掩模板的一個單元的結構圖。波段I的掩模板單元中的周期T為1.5lMm,a為0.755 Mm,波段2的掩模板單元中的周期T為2.70Mm,a為
1.350 Mm,整個掩模板的兩種圖案交錯排列,形成馬賽格圖案。
[0023]如圖4所示,本發(fā)明所述的單元I的2.45^2.55Mm波段透射率與波長的關系曲線。
2.5Mm中心波長的透過率分別為0.86,2.45~2.55Mm波段的透過率均為62%以上。
[0024]如圖5所示,本發(fā)明所述的單元2的2.45^2.55Mm波段透射率與波長的關系曲線。
3.6Mm中心波長的透過率分別為0.85,3.55~3.65Mm波段的透過率均為64%以上。
[0025]本發(fā)明所述的濾光片需要在硅基底上有規(guī)律地制作出三層結構,其中均勻介質層可通過鍍膜技術實現(xiàn),光柵結構可通過刻蝕掉膜層中的特定位置實現(xiàn)。因此,本發(fā)明所述的濾光片的制作分為鍍膜、光刻、刻蝕三個環(huán)節(jié)。在娃基底上鍍氧化鎂介質層、娃介質層和金屬層,三層的厚度分別為0.5Mm、0.6Mm及0.03Mm ;制作由圖3所示的單元格組成的掩模板,并進行紫外光刻與顯影;利用離子束刻蝕機將顯影后露出的部分刻蝕掉1.13 μ?的厚度。經過以上制作環(huán)節(jié),即獲得所需的亞波長光柵結構紅外雙波段馬賽克陣列濾光片。具體制作步驟如下:
(1)在平面硅基底上鍍一層厚度為0.5Mm的氧化鎂介質層;
(2)在0.5Mm厚氧化鎂介質層上鍍一層厚度為0.6Mm的娃介質層,用來制備娃介質光
柵;
(3)在0.6Mm厚娃介質層上鍍一層厚度為0.03Mm的金屬層,金屬層材料為金,用來制備金屬光柵;
(4)在0.03Mm厚金屬層上涂布光刻膠,光刻膠的厚度為0.7 ^lMm ;
(5)利用電子束直寫設備制作光刻掩模板;
(6)在掩模板的遮擋下,對在硅基底上鍍有三層膜并涂有一層光刻膠的樣品進行紫外曝光,掩模板不透光部分下的光刻膠因被遮擋而未被曝光,掩模板透光的部分下的光刻膠因未被遮擋而被曝光;
(7)將曝光后的樣品置于顯影液中,曝光部分會溶解在顯影液中而裸露出金屬層,而未曝光的部分不會 溶解;
(8)用離子束刻蝕機對顯影后的樣品進行刻蝕,裸露出的部分刻蝕掉1.的厚度,即獲得所需的亞波長光柵結構紅外雙波段馬賽克陣列濾光片。
[0026]上述制作方法中,第(5)步所述的光刻掩模板中每個單元為邊長60Mm的正方形,且對應一個波段的亞波長光柵的圖案。每兩個相鄰單元對應的不同圖案,形成馬賽克陣列結構的亞波長光柵陣列。
【權利要求】
1.亞波長光柵結構紅外雙波段馬賽克陣列濾光片,其特征在于所述馬賽克陣列濾光片由硅基底和位于該基底之上的亞波長光柵陣列構成,所述亞波長光柵陣列為由若干個單元形成的馬賽克陣列結構,每個單元僅透過雙波段中的一個波段,且每兩個相鄰單元透過的波段不同。
2.根據(jù)權利要求1所述的亞波長光柵結構紅外雙波段馬賽克陣列濾光片,其特征在于所述亞波長光柵陣列由均勻介質層、介質光柵層和金屬光柵層組成,均勻介質層位于硅基底之上,金屬光柵層位于介質光柵層之上。
3.根據(jù)權利要求2所述的亞波長光柵結構紅外雙波段馬賽克陣列濾光片,其特征在于所述娃基底的厚度為50(T4000Mm,均勻介質層的厚度為0.5Mm,介質光柵層的厚度為0.6Mm,金屬光柵層的厚度為0.03Mm。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的亞波長光柵結構紅外雙波段馬賽克陣列濾光片,其特征在于所述介質光柵層和金屬光柵層的占空比均為0.5。
5.根據(jù)權利要求2或3所述的亞波長光柵結構紅外雙波段馬賽克陣列濾光片,其特征在于所述均勻介質層的材料為氧化鎂,介質光柵層的材料為娃,金屬光柵層的材料為金。
6.根據(jù)權利要求1所述的亞波長光柵結構紅外雙波段馬賽克陣列濾光片,其特征在于所述單元為邊長eoMffl的正方形。
7.根據(jù)權利要求1所述的亞波長光柵結構紅外雙波段馬賽克陣列濾光片,其特征在于所述雙波段為2.45?2.55Mm波段、3.55?3.65Mm波段。
【文檔編號】G02B5/20GK103760630SQ201410059313
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年2月21日 優(yōu)先權日:2014年2月21日
【發(fā)明者】任智斌, 馬馳, 金傳廣, 劉月 申請人:哈爾濱工業(yè)大學