中心波長漸變的帶通濾光片制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于濾光片制造的光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種中心波長漸變的帶通濾光 片制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 帶通濾光片是在一定的波段內(nèi)，只有中間一小段是高透射率的通帶，而在通帶的 兩側(cè)是高反射率的阻止帶。目前，帶通濾光片有兩種基本的結(jié)構(gòu)形式，一種是由一個長波通 膜堆和一個短波通膜堆疊加構(gòu)成一個帶通濾光片，這種濾光片可以獲得較寬的截止帶和較 深的截止度，但不容易獲得較窄的通帶；另外一種是Fabry-Perot干涉儀形式的帶通濾光 片，這種濾光片可以獲得很窄的通帶。對于帶通濾光片而言，其中最重要的指標(biāo)之一就是帶 通濾光片的中心波長。
[0003]目前，光學(xué)薄膜濾光片已經(jīng)廣泛應(yīng)用于光譜測量、遙感技術(shù)、激光對抗等多個領(lǐng) 域。隨著遙感技術(shù)、多光譜成像技術(shù)、多光譜測試等技術(shù)的不斷發(fā)展，對濾光片的要求也越 來越高，除了高精度、高可靠性之外，還要求多通道、多光譜，于是出現(xiàn)了一些特殊的濾光 片，其中多光譜線性漸變?yōu)V光片就是一個新的發(fā)展方向。多光譜線性漸變?yōu)V光片是在基片 每一個不同的空間位置對應(yīng)于不同中心波長透光的窄帶濾光片。
[0004] 這種中心波長漸變?yōu)V光片可以廣泛應(yīng)用于光譜分析儀器、紅外報(bào)警、電視攝像以 及航空航天等領(lǐng)域光學(xué)系統(tǒng)的光譜濾光，還可以與探測器組合使用，能同時(shí)識別不同的光 輻射，簡化儀器的光學(xué)和機(jī)械系統(tǒng)，提高儀器的可靠性和穩(wěn)定性，使它們微小化而便于攜 帶，具有和好的應(yīng)用前景。
[0005] 目前中心漸變波長濾光片主要通過拼接和掩膜分離方法來實(shí)現(xiàn)。這兩種制備方法 的生產(chǎn)效率和成品率都非常低下，制備一個集成η個不同中心波長的漸變?yōu)V光片需要η次 鍍膜來實(shí)現(xiàn)，而且成品率極低，并且隨著濾光片中心波長數(shù)的增加，其成品率會急劇下降， 從而極大地制約了它的發(fā)展與應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種中心波長漸變的帶通濾光片制備方 法。
[0007] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0008] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種中心波長漸變的帶通濾光片制備方法，該方法為：根據(jù)帶 通濾光片中心波長的位置與間隔層光學(xué)厚度成正比的關(guān)系在真空室中采用等離子體增強(qiáng) 化學(xué)氣相沉積完成第一高反射膜堆和間隔層的制備，然后在真空室中采用離子束刻蝕和掩 模板組合技術(shù)對不同位置處的間隔層進(jìn)行不同的厚度刻蝕，使對應(yīng)不同中心波長的間隔層 形成階梯狀臺階，最后再采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積完成第二高反射膜堆的制備，BP 獲得中心波長漸變的帶通濾光片。
[0009] 上述方案中，該方法具體通過以下步驟實(shí)現(xiàn)：
[0010] 步驟I :將清洗干凈的基片放入到PECVD設(shè)備中，通過控制所充入反應(yīng)氣體SiHjP N2的流量、射頻功率、反應(yīng)壓強(qiáng)以及反應(yīng)溫度，制備高折射率SiN x薄膜；再通過控制SiH 4、 N2O和C2F6的流量、工作壓強(qiáng)、射頻功率和反應(yīng)溫度制備低折射率的SiO滅SiO xFy薄膜；最 后交替沉積高折射率SiNJ^膜和低折射率SiO x (SiOxFy)薄膜，使高低折射率膜層的重復(fù)次 數(shù)至少5次，從而完成第一高反射膜堆的制備；
[0011] 步驟2 :在第一高反射膜堆的基礎(chǔ)上，通過控制所充入反應(yīng)氣體SiHjP N 2的流量、 射頻功率、反應(yīng)壓強(qiáng)以及反應(yīng)溫度，制備高折射率SiNx薄膜作為間隔層；
[0012] 步驟3 :將第一高反射膜堆和間隔層的樣片放入到離子束刻蝕真空室中，根據(jù)漸 變?yōu)V光片中心波長數(shù)量以及每個單元濾光片的寬度進(jìn)行相應(yīng)的掩模，在樣片的間隔層上刻 蝕出若干個漸變臺階；
[0013] 步驟4 :在刻蝕好的臺階面上采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)，按照步驟（1) 中的工藝參數(shù)依次交替沉積低折射率的SiOxS SiOxFy薄膜和高折射率的SiNx薄膜，完成第 二高反射膜堆的沉積，即獲得中心波長漸變的帶通濾光片。
[0014] 上述方案中，在所述第二高反射膜堆的沉積過程中，通過膜厚控制和工藝參數(shù)的 控制使得第二高反射膜堆盡可能與第一高反射膜堆關(guān)于間隔層對稱，從而完成η個中心波 長漸變?yōu)V光片的制備。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：
[0016] (1)本發(fā)明所提供的中心波長漸變?yōu)V光片的制備方法只需經(jīng)過一次第一高反射膜 和間隔層的鍍制、離子束與掩模組合刻蝕、第二高反射膜堆的鍍制就可完成η個中心波長 漸變?yōu)V光片的制備，方法簡單、效率高。
[0017] (2)本發(fā)明在高反射膜堆和間隔層的沉積中采用了等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積 (PECVD)技術(shù)，借助了等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)制備薄膜覆形性好的特性，使其在階 梯形臺階上沉積薄膜時(shí)能夠很好地復(fù)現(xiàn)刻蝕所制備的臺階結(jié)構(gòu)，使每個單元濾光片之間的 界限清晰，單元濾光片之間不相互干擾。
[0018] (3)本發(fā)明所提供的制備方法中，在離子束刻蝕中將離子束刻蝕技術(shù)與掩模組合 使用，通過掩模的巧妙設(shè)計(jì)，通過m次刻蝕實(shí)現(xiàn)2 m個不同中心中心波長的濾光片組合，降低 了間隔層的刻蝕次數(shù)，提高了生產(chǎn)效率。
【附圖說明】
[0019] 圖1為具有n = 2m個不同中心波長漸變帶通濾光片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供一種中心波長漸變的帶通濾光片制備方法的制備過程 示意圖；
[0021] 圖3為通過本發(fā)明制備8個中波長漸變?yōu)V光片組合刻蝕掩模板基本結(jié)構(gòu)和依次使 用次序不意圖；
[0022] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例1制備的四個中心漸變窄帶通濾光片的光譜曲線；
[0023] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例2制備的八個中心漸變窄帶通濾光片的光譜曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0025] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種中心波長漸變的帶通濾光片制備方法，該方法為：根據(jù)帶 通濾光片中心波長的位置與間隔層光學(xué)厚度成正比的關(guān)系在真空室中采用等離子體增強(qiáng) 化學(xué)氣相沉積完成第一高反射膜堆和間隔層的制備，然后在真空室中采用離子束刻蝕和掩 模板組合技術(shù)對不同位置處的間隔層進(jìn)行不同的厚度刻蝕，使對應(yīng)不同中心波長的間隔層 形成階梯狀臺階，最后再采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積完成第二高反射膜堆的制備，BP 獲得中心波長漸變的帶通濾光片。
[0026] 圖1給出了具有n = 2m個不同中心波長漸變帶通濾光片的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所 示，該中心波長漸變帶通濾光片中，單元濾光片的寬度為L，每個單元濾光片之間有一定的 間隔。每個單元濾光片都是Fabry-Perot干涉型帶通濾光片，對于Fabry-Perot干涉型帶 通濾光片中心波長處的透射率為
[0027] T = T〇/(l+F sin2 Θ )
[0028] 其中
=(2 Jind)/λ/2。
[0029] 式中（^和Φ 2，是對應(yīng)于兩個高反射膜&和R2的反射相移，則每個單元濾光片中 心波長的光譜位置為
[0030]
[0031] 其中，m = 上式說明窄帶濾光片中心波長的位置是由間隔層的 厚度決定的，改變間隔層的厚度可以移動中心波長的位置。
[0032] 依據(jù)上述濾光片中心波長與間隔層之間的關(guān)系，本發(fā)明實(shí)施例提供一種中心波長 漸變的帶通濾光片制備方法，如圖2所示，該方法具體通過以下步驟實(shí)現(xiàn)：
[0033] 步驟1 :將清洗干凈的基片放入到PECVD設(shè)備中，通過控制所充入反應(yīng)氣體SiHjP N2的流量、射頻功率、反應(yīng)壓強(qiáng)以及反應(yīng)溫度，制備高折射率SiN x薄膜；再通過控制SiH 4、 N2O和C2F6的流量、工作壓強(qiáng)、射頻功率和反應(yīng)溫度制備低折射率的SiO滅SiO xFy薄膜；最 后交替沉積高折射率SiNJ^膜和低折射率SiO x (SiOxFy)薄膜，使高低折射率膜層的重復(fù)次 數(shù)至少5次，從而完成第一高反射膜堆的制備；
[0034] 步驟2 :在第一高反射膜堆的基礎(chǔ)上，通過控制所充入反應(yīng)氣體SiHjP N 2的流量、 射頻功率、反應(yīng)壓強(qiáng)以及反應(yīng)溫度，制備高折射率SiNx薄膜作為間隔層；
[0035] 步驟3 :將第一高反射膜堆和間隔層的樣片放入到離子束刻蝕真空室中，根據(jù)漸 變?yōu)V光片中心波長數(shù)量以及每個單元濾光片的寬度進(jìn)行相應(yīng)的掩模，在樣片的間隔層上刻 蝕出若干個漸變臺階；
[0036] 具體的，例如要制備的中心波長漸變數(shù)量為n = 2m，單元濾光片寬度為L，則需要 依次使用m個單元寬度分別為mL，（m-1) L……2L，L的掩模與離子束刻蝕進(jìn)行組合使用，最 終經(jīng)過m次離子束刻蝕后，就會在樣片的間隔層上刻蝕出η個單元寬度為L的漸變臺階