[发明专利]一种温度敏感窄带通滤光片

说明书

技术领域

 本发明涉及一种温度敏感窄带通滤光片器件。

背景技术

干涉带通滤光片是一种应用非常广泛的薄膜元件。就目前为止，其应用主要表现在：天文，等离子体检测，空间探测，激光探测，化学分析，间接温度测量，有害气体分析，颜色测量，光通讯系统等等。目前应用较多的全介质滤光片制备中采用高低折射率相间的介质材料按1/4个光学厚度组成，间隔层是由偶数个半波层组成。这种结构可以达到比较理想的窄带通，但就针对温度改变，窄带通滤光片透射率、半高宽等性能随之改变的滤光片目前还没有涉及。

近年来，热致相变材料已经引起了广泛的关注。这类材料具有在红外区透过率随温度升高而明显下降的特性。VO₂是一种热致变色材料，当晶体温度升至68°C(341K)后，其晶态结构由单斜结构变成四方结构，其本身性质由半导体态变到金属态，并且这种相变过程是可逆的。当温度降低时，晶体又会从金属态变回半导体态。伴随相变的发生，材料的电学、磁学、光学性能都有较大的变化。

发明内容

本发明的目的是提供一种窄带通滤光片，该滤光片的光学性能能够随温度变化而发生改变。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种温度敏感窄带通滤光片，其特征在于：包括由上至下依次层叠的顶层有序薄膜系、缺陷层薄膜和底层有序薄膜系，其中，缺陷层薄膜为二氧化钒薄膜，顶层有序薄膜系与底层有序薄膜系的层叠结构以缺陷层薄膜为对称轴上下对称分布。

优选地，所述顶层薄膜系、缺陷层薄膜和底层薄膜系的总层数至少为13层。

优选地，所述顶层薄膜系及所述底层薄膜系的中心波长大于1μm。

优选地，所述顶层有序薄膜系由顶层硫化锌薄膜与顶层锗薄膜相互交替层叠而成。

优选地，所述底层有序薄膜系由底层锗薄膜与底层硫化锌薄膜相互交替层叠而成。

与传统VO₂薄膜材料的应用相比，本发明膜系可应用于针对某一窄带宽范围，可规避其他波段光线的干扰。同时因VO₂薄膜材料不稳定，在空气中会发生缓慢氧空位变化，从而影响其光学性能，在本发明中，薄膜作为缺陷层处于间隔层之中，这样有效的隔绝了VO₂薄膜与空气的接触，从而大大提高了滤光片的使用时效。

与传统介质滤光片相比，本发明膜系具有对温度敏感这一特点，同时因加入VO₂作为缺陷层，从而与传统介质层相比中心波长向右产生偏移。经过对两边对称膜系厚度及缺陷层厚度设计，可将对称膜系厚度减薄，从而在工艺上减少了加工时间。

附图说明

图1A为设计膜系总体基本构成图；

图1B为设计膜系的顶层有序薄膜系构成图；

图1C为设计膜系的底层有序薄膜系构成图

图2为设计膜系在30℃下与75℃下的透射光谱图；

图3为不同温度下生长在Al₂O₃基底下的VO₂薄膜透射光谱图；

图4为设计膜系与不含缺陷层的窄带通滤光片透射光谱图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以一优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

如图1所示，本发明提出的光学薄膜膜系首次将二氧化钒薄膜作为微腔层构建其中，可分解成由下至上依次层叠的三部分：底层有序薄膜系3、缺陷层薄膜2和顶层有序薄膜系1。其中，缺陷层薄膜2为VO₂薄膜。顶层有序薄膜系1及底层有序薄膜系3的具体结构图如图1B及图1C所示。顶层有序薄膜系1由低折射率的顶层ZnS薄膜4与高折射率的顶层Ge薄膜5组成，顶层ZnS薄膜4与顶层Ge薄膜5交替叠层10次。底层有序薄膜系3由高折射率的底层Ge薄膜6与低折射率的底层ZnS薄膜7组成，底层Ge薄膜6与底层ZnS薄膜7交替叠层10次。各层厚度如下表所示，其中薄层序号是从顶层的最上层的顶层ZnS薄膜4起计算，随着薄层向底层薄膜方向记数，序号增大。