專利名稱：一種低角度效應的窄帶濾光片的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及濾光片，尤其涉及一種低角度效應的窄帶濾光片。
背景技術：
濾光片廣泛應用于光學、光譜學、激光、天文物理學等各個領域。法布里-
珀羅干涉濾光片是最簡單而又最常用的窄帶干涉濾光片，它是1899年出現的法 布里-珀羅干涉儀的基礎上經過改進后得到的。盡管今天有許多種濾光片結構， 從材料上分，有金屬、金屬介質組合和全介質濾光片；從結構上分，有單腔(半 波)、雙腔(半波)和多腔(半波)濾光片；此外，還有一種誘導透射濾光片。所有這 些濾光片，其基本原理都是基于光在法布里-珀羅濾光片間隔層中的多次反射后 干涉加強而達到濾光目的的，即在某些波長上干涉加強使透射增強的同時，在 另外的波長區域干涉抵消使透射降低而被抑制。但是很遺憾，這種基于法布里-珀羅干涉原理的濾光片都有一個致命的弱點，即它們都只能用于垂直入射的準 直光中,否則濾光片特性就會明顯惡化，即使入射角只有30度也是如此,更有甚 者，當入射光同時具有一定孔徑角(光錐角)時，那就更是雪上加霜了。但實際使 用情況恰恰是既非垂直入射光又需要大孔徑角收集光，以致這些場合不能使用 這種濾光片或使用效率很低。由于迄今尚沒有新的技術解決此問題，所以有時 只好修改光學系統設計，以維持濾光片免強工作。 發明內容
本實用新型的目的是為了解決上述問題，提供一種低角度效應的窄帶濾光片。
低角度效應的窄帶濾光片由高折射率的介質膜-金屬膜交替的奇數層膜組 成，在基底上依次設有高折射率薄膜、Ag膜、二級次膜厚的高折射率薄膜、Ag 膜、二級次膜厚的高折射率薄膜、Ag膜、高折射率薄膜或者在基底上依次設有 高折射率薄膜、Ag膜、二級次膜厚的高折射率薄膜、Ag膜、高折射率薄膜， 其中，高折射率薄膜材料為Ti02、 Ta205、 Nb205或ZnS中的一種或多種，二 級次膜厚的高折射率薄膜為Ti02或Ta205中的一種或二種。
所述的基底的材料為玻璃或塑料。高折射率薄膜的厚度為30 80nm。 二級 次膜厚的高折射率薄膜的厚度為150 550nm。 Ag膜的厚度為30 60nm。 本實用新型采用另外一種結構的濾光片來實現濾光，這種濾光片并不基于法布 里-珀羅干涉濾光片的干涉原理，它沒有間隔層，它是一種高折射率膜與金屬膜的
交替膜，高折射率膜層的厚度通常小于濾光片中心波長的四分之一，層數可以5 層或7層。為得到較好的濾光片窄帶性能，層數多選7層，而且靠中央的兩層 高折射率膜層的厚度選為高級次。這種濾光片主要是基于某些波長上金屬的吸 收降低而使透射增強的原理。使用這種結構,即使濾光片使用于斜入射光或/和大 錐角光時，不僅濾光片中心波長短移較少，而且仍能保持其特性基本良好，從 而突破了現用窄帶濾光片不能用于較大入射角和光錐角的限制。
圖1為低角度效應窄帶濾光片的結構示意圖；圖中基底1、高折射率薄膜 2、 二級次膜厚的高折射率薄膜3、 Ag膜4;
圖2為本實用新型的低角度效應窄帶濾光片(a)與法布里-珀羅單腔干涉濾光 片(b)在垂直入射準直光時的特性比較圖3為本實用新型的低角度效應窄帶濾光片(a)與法布里-珀羅單腔干涉濾光 片(b)在30度入射角并以20度光錐角入射時的特性比較圖4為本實用新型的低角度效應窄帶濾光片(a)與法布里-珀羅單腔干涉濾光 片(b)在45度入射角并以30度光錐角入射時的特性比較圖。
具體實施方式
如圖1所示，低角度效應的窄帶濾光片高折射率的介質膜-金屬膜交替的奇 數層膜組成，在基底1上依次設有高折射率薄膜2、 Ag膜4、 二級次膜厚的高 折射率薄膜3、 Ag膜4、 二級次膜厚的高折射率薄膜3、 Ag膜4、高折射率薄 膜2或者在基底1上依次設有高折射率薄膜2、 Ag膜4、 二級次膜厚的高折射 率薄膜3、 Ag膜4、高折射率薄膜2，其中，高折射率薄膜材料為Ti02、 Ta205、 Nb20s或ZnS中的一種或多種，二級次膜厚的高折射率薄膜為Ti02或Ta205中 的一種或二種。
所述的基底1的材料為玻璃或塑料。高折射率薄膜2的厚度為30 80 nm。 二級次膜厚的高折射率薄膜3的厚度為150 550 nm。 Ag膜4的厚度為30 60nm。每層膜的厚度根據濾光片的中心波長、半寬度和所選高折射率材料的不 同而有所不同，特別是當半寬度要求較小時，靠中心的二層高折射率膜需選用 高級次膜；金屬膜常選Ag膜，其厚度由濾光片的中心波長和半寬度決定。使用 這種結構，就可實現低角度效應的窄帶濾光片，即當濾光片使用于斜入射光或/和 大錐角光時，不僅濾光片中心波長向短波移動較小，而且特性變化也較小。
圖2-4是現用法布里-珀羅單腔濾光片與本實用新型的濾光片在不同入射角 和光錐角下的特性比較。兩個膜系結構具體為
法布里-珀羅13層濾光片GI(HL)SHH(LH力A,H-Ti02，L-Si02，中心波長538nrn 本實用新型的7層濾光片GIH AgHAgH AgH |A，H-Ti02
膜厚d:42.4 32 516.6 56 516.6 38 42.4
G為基底，A為空氣，HH稱法布里-珀羅干涉濾光片的間隔層。需要說明的是1). 前面已指出，法布里-珀羅干涉濾光片的種類很多，這里僅以全介質單腔濾光片 為例，因為它是最基本、最簡單的結構，相對說來角度效應最小；2).高折射率 材料作為間隔層的角度效應比低折射率間隔層要小，故選高折射率的間隔層； 3).濾光片的角度效應與其半寬度相關，故上述兩個濾光片的半寬度設計成相近。
圖2是濾光片在垂直入射且光錐角為零時的計算結果。可以看出，本實用 新型的濾光片相比于法布里-珀羅干涉濾光片，雖然膜層數少，但是中心波長兩 側的截止度高；另一方面,由于使用了 Ag膜，使中心波長的透射率有所降低。
圖3是濾光片在30度入射角且光錐角為20度時的計算結果。可以看出， 本實用新型的濾光片相比于法布里-珀羅干涉濾光片，雖然采用了角度效應最小 的法布里-珀羅濾光片結構，但仍具有l).隨入射角和光錐角增大，中心波長向 短波移動量較少；2).透射率下降和半寬度增大相對較少，說明s-和p-偏振光分 離減少；3).截止深度優勢明顯。
圖4是濾光片在45度入射角且光錐角為30度時的計算結果。可以看出， 法布里-珀羅干涉濾光片已完全失去濾光片的特性，不僅中心波長短移大、峰值 透射率大幅下降、半寬度顯著增大，而且更嚴重的是二側截止度惡化，因而已 無法作為濾光片使用。但本實用新型的濾光片仍具有較好的濾光性能。
本實用新型的窄帶濾光片可用于較大入射角和光錐角的系統中，使特性不 致于明顯惡化。
權利要求1. 一種低角度效應的窄帶濾光片，其特征在于濾光片由高折射率的介質膜-金屬膜交替的奇數層膜組成，在基底(1)上依次設有高折射率薄膜(2)、Ag膜(4)、二級次膜厚的高折射率薄膜(3)、Ag膜(4)、二級次膜厚的高折射率薄膜(3)、Ag膜(4)、高折射率薄膜(2)或者在基底(1)上依次設有高折射率薄膜(2)、Ag膜(4)、二級次膜厚的高折射率薄膜(3)、Ag膜(4)、高折射率薄膜(2)，其中，高折射率薄膜材料為TiO2、Ta2O5、Nb2O5或ZnS中的一種或多種，二級次膜厚的高折射率薄膜為TiO2或Ta2O5中的一種或二種。
2. 根據權利要求1所述的一種低角度效應的窄帶濾光片，其特征在于所述 的基底(l)的材料為玻璃或塑料。
3. 根據權利要求1所述的一種低角度效應的窄帶濾光片，其特征在于所述 的高折射率薄膜(2)的厚度為30 80nm。
4. 根據權利要求1所述的一種低角度效應的窄帶濾光片，其特征在于所述 的二級次膜厚的高折射率薄膜(3)的厚度為150 550 nm。
5. 根據權利要求1所述的一種低角度效應的窄帶濾光片，其特征在于所述 的Ag膜(4)的厚度為30 60nm。
專利摘要本實用新型公開了一種低角度效應的窄帶濾光片。它由高折射率的介質膜-金屬膜交替的奇數層膜組成，在基底上依次設有高折射率薄膜、Ag膜、二級次膜厚的高折射率薄膜、Ag膜、二級次膜厚的高折射率薄膜、Ag膜、高折射率薄膜或者在基底上依次設有高折射率薄膜、Ag膜、二級次膜厚的高折射率薄膜、Ag膜、高折射率薄膜，其中，高折射率薄膜材料為TiO<sub>2</sub>、Ta<sub>2</sub>O<sub>5</sub>、Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub>或ZnS中的一種或多種，二級次膜厚的高折射率薄膜為TiO<sub>2</sub>或Ta<sub>2</sub>O<sub>5</sub>中的一種或二種。本實用新型可實現低角度效應的窄帶濾光片，即當濾光片使用于斜入射光或/和大錐角光照明時，不僅中心波長向短波移動少，而且濾光片特性保持良好，突破了現用窄帶濾光片不能用于較大入射角和光錐角的限制。
文檔編號G02B5/20GK201207086SQ20082008717
公開日2009年3月11日 申請日期2008年5月23日 優先權日2008年5月23日
發明者張梅驕, 艾曼靈, 陳海星, 顧培夫 申請人:杭州科汀光學技術有限公司