[发明专利]基于纳米微腔的可见光分束滤波薄膜及其设计方法

说明书

本发明公开一种基于纳米微腔的可见光分束滤波薄膜及其设计方法，可见光分束滤波薄膜由电介质‑金属‑电介质‑银薄膜堆叠构成；可见光分束滤波薄膜为亚波长尺度；电介质层材料和上层金属材料可根据需求替换，电介质‑金属‑电介质‑银薄膜结构中的中间层电介质的厚度可以调控滤波的中心波长。本发明在亚波长尺度下，将光分束器与光滤波器的功能集成为一个基于纳米微腔的薄膜结构，可以实现透射和反射相同颜色的光波，同时薄膜的结构优势，使得其易于加工，并且可以镀膜在其他光学器件上，实现功能的多重集成，因此可广泛用于光学器件、数码显示等实际应用场景。

技术领域

本发明属于薄膜光学技术领域，尤其涉及一种基于纳米微腔的可见光分束滤波薄膜及其设计方法。

背景技术

光分束器是可以将一束光分为两束或多束光的光学装置，如半透半反射镜可用于两束光的分束。常见的实现半透半反的方式有：偏振分光、介质膜分光镜和点阵金属膜等。偏振分光是对透射光和反射光的偏振进行选择，比如反射S偏振光同时透射P偏振光，对于可见光来说，可以达到光能半透半反的效果；介质膜分光镜利用介质膜的涂层实现对透反射能量比例的控制；点阵金属膜是根据金属膜的占比调节透反射能量。由于可以实现光路的分束和能量的控制，半透半反镜常用于光学实验、数码显示等各领域。光学滤光片是通过光学薄膜技术或颜料，用来实现所需光波波段的选通，并且滤去其他波段的光波。随着对光学系统的集成化、小型化的要求和趋势，光学薄膜通过简单的镀膜工艺，可以实现在亚波长尺度下实现对光波光谱的控制，例如增透膜、滤光膜、反射膜等，因此光学薄膜器件在光学系统集成化中具有一定的优势。与此同时，将各种光学器件的功能利用光学薄膜进行集成化也是一项挑战，例如光束分束与光谱滤波功能的集成，因此如何使光学薄膜在微纳尺度下变得更紧凑、多功能化等，亟待新的技术创新和革命。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供了一种基于纳米微腔的可见光分束滤波薄膜及其设计方法。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种基于纳米微腔的可见光分束滤波薄膜，其特征在于：由如下四层薄膜堆叠构成：电介质-金属-电介质-银层；所述电介质-金属-电介质-银层按照顺序依次自上而下排布；

所述电介质-金属-电介质-金属薄膜的底层金属为银；

所述电介质-金属-电介质-金属薄膜均为亚波长尺度；

所述电介质-金属-电介质-金属薄膜的工作波长由中层电介质厚度决定。

作为优选方案，所述电介质-金属-电介质-银层中的金属层选择钛、镍、铂或铬中任一种；所述电介质-金属-电介质-金属薄膜结构的电介质层和上层金属层可以根据需求选择材料替换；所述电介质层选择二氧化硅或导电玻璃。

进一步地，所述可见光分束滤波的工作波长能通过中间层电介质厚度调节。

本发明提供的基于纳米微腔的可见光分束滤波薄膜的应用为：所述基于纳米微腔的光学薄膜可以同时对可见光进行分束和滤波操作，实现了亚波长尺度下，两种光学器件功能的集成。

第二方面，本发明提供一种基于纳米微腔的可见光分束滤波薄膜的设计方法，其特征在于：包含如下步骤：

S1、确定可见光分束滤波薄膜的结构为电介质-金属-电介质-银层按照顺序依次自上而下排布；

S2、选定工作波长λ1，扫描中层电介质层的厚度，使得薄膜的透射峰在λ1处；

S3、同时优化金属层和银层的厚度，使得在工作波长λ1处，透射峰和反射峰重合；

S4、改变工作波长为λ2，重新进行步骤S2、S3即可。

本发明的优点及有益效果如下：