[发明专利]一种多层孔状微结构的反射式多波段梳状窄带滤光片

说明书

一种多层孔状微结构的反射式多波段梳状窄带滤光片，属于光学技术领域，为了克服现有技术滤光片膜层老化脱落及吸收光能的问题，其为在玻璃或光学元件表面直接刻划多层孔状微结构形成；其结构包括：光学材料基底；多层孔状微结构直接与光学材料基底相连，该结构层层密堆，且每层孔状微结构相同，其表面均匀排布微孔结构；微孔为瓦罐状，截面成超半球状，依次将相邻微孔中心点连线构成六边形；本发明可以克服膜层老化脱落的问题；多层孔状微结构与光学元件是同一种材料，可以避免膜层本身吸收光能；多层孔状微纳结构可等效于一个空气和基质间的连续变化折射率的介质层，相比于传统膜层材料拥有更优越的折射性能。

技术领域

本发明涉及窄带滤光片，特别涉及一种多波段窄带高反的多层孔状微结构滤光片，属于光学技术领域。

背景技术

干涉滤光片是利用多光束干涉原理制成的一种从宽光谱中过滤出一小段波段的多层膜系，同时让其余短波和长波截止或反射的光学器件。常用的干涉滤光片有两种，一种称为全介质干涉滤光片：在平板玻璃上镀上两组四分之一波长的膜系，两组膜系可以看作两组高反膜中间夹着一个间隔层；另一种是金属反射膜干涉滤光片：在基板上镀一层高反射率的银膜，在银膜之上在镀介质膜，再镀一层高反射率的银膜。两种干涉滤光片的原理是相同的，利用两层高反射膜夹一层低反射膜实现窄带高反射率。

带通滤光片只允许较窄波长范围的光通过，常见的是法布里-珀罗型滤光片，它实质上是一个法布里-珀罗标准具。具体结构为：玻璃衬底上涂一层半透明金属层，接着涂一层氟化镁隔层，再涂一层半透明金属层，两金属层构成了法布里-珀罗标准具的两块平行板。当两极的间隔与波长同数量级时，透射光中不同波长的干涉高峰分得很开，利用别的吸收型滤光片可把不允许透过的光滤掉，从而得到窄通带的带通滤光片，其通频带宽度远比普通吸收型滤光片要窄。另外还有全电介质的法布里-珀罗型滤光片，两种典型结构为gHLH(LL)HLHa，gHLHL(HH)LHLHa。

所谓窄带滤光片，是从带通滤光片中细分出来的，其定义与带通滤光相同，也就是这种滤光片在特定的波段允许光信号通过，而偏离这个波段以外的两侧光信号被阻止，窄带滤光片的通带相对来说比较窄，一般为中心波长值的5％以下。窄带滤光片主要作用是使特定波长的光通过，让其他波长的光的反射(或衰减)光学元件。半波宽度通常控制在20nm或者更小，可在紫外线、可见光、近红外、远红外波段使用。

通过控制光谱透过率曲线，干涉滤光片可以分为带通滤光片，截至滤光片，陷波滤光片等，也可以根据需求设计光谱透过率曲线。现有的变迹厚度调制的方法，可以实现多波长窄波段的反射，这种干涉滤光片的膜层通常采用两种折射率高低不同的材料进行设计，一层高折射率材料和一层低折射率材料为一组，一组膜层厚度固定，两种材料厚度此消彼长。膜层一组为一个基本周期，也可以多组为一个基本周期，实质上，此种方法高折射率层与低折射率层的折射率都未改变，改变的是每组膜层的厚度。

现有的变迹厚度调制的方法，难以精确控制每组膜层厚度，因为使用变迹厚度调制后每组里膜层厚度一直在变化，这就需要在蒸镀时精确控制原材料的喷射量，而原材料喷射时的系统误差难以削减。

干涉滤光片通常放置于光路中平行光的部分，不能放置于透镜之前，通常只能接收垂直入射的光。

现有技术的最大缺点就是蒸镀的膜层寿命有限，通常一年至几年之内膜层老化、脆裂、脱落，这时需要在光学表面进行酸洗，重新蒸镀，这个过程可能在光学表面产生划痕，破坏光学表面平整度，进而影响成像质量或光学系统工作效率，光学系统也需要拆开，然后重新装调，有些特殊环境下的光学仪器，如海洋环境中使用的光学仪器一经封装便不再允许拆卸，薄膜的寿命直接影响整个光学系统的寿命。可以拆卸维护的光学系统，整个维护过程都需要在特定的操作环境下由专业人员进行，镀膜和装调又是两个工艺环节，所以维护过程繁复，势必成本高昂，还会耽误光学系统的正常使用。