[發明專利]一種窄帶干涉濾光片的鍍制工藝

無效

• 申請號: 200910050698.7
• 申請日: 2009-05-06
• 公開（公告）號: CN101555102A
• 公開（公告）日: 2009-10-14
• 發明（設計）人: 湯兆勝
• 申請（專利權）人: 上海兆九光電技術有限公司
• 主分類號: C03C17/34
• 分類號: C03C17/34;G02B1/10;G02B5/28
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司
• 代理人: 脫 穎

技術領域

本發明涉及一種窄帶干涉濾光片的鍍制工藝。

背景技術

窄帶干涉濾光片的特點在于通帶很窄，截止帶的截止深度很深。它在生化檢 測、光學測距和安防監控等領域有著廣泛的應用。

窄帶濾光片的膜系結構特點：

窄帶濾光片的結構采用F-P腔原理，兩個反射板夾一個腔層組成一個F-P 腔，窄帶濾光片的膜系通常是多個F-P腔結構串聯，其結構是：反射板|腔層| 反射板|耦合層|反射板|腔層|反射板|耦合層|反射板|腔層|反射板|。 有一個腔層的叫單腔濾光片，有多個腔層的叫多腔濾光片。在薄膜設計中，用高 低折射率相互交替組合構成一個反射板，高折射率材料用H表示，低折射率用L 表示，H和L的n個重復周期就用(HL)^n表示，腔層是由偶數個H或偶數個L 組成，如2H，4H，2L，4L等，耦合層為一個L，當腔層采用低折射率材料時， 反射板形式為(HL)^nH，當腔層采用高折射率材料時，反射板形式為(HL)^ n。

常規的窄帶膜系結構為：

(HL)^n?H?2L?(HL)^n?H?L?(HL)^m?H?2L?(HL)^m?H?L?(HL)^k?H?2L?(HL)^k H

(HL)^n?2H?(LH)^n?L?(HL)^m?2H?(LH)^m?L?(HL)^k?2H?(LH)^k

n，m，k為不同反射板對應的重復周期，H代表高折射率材料，1H代表一個 1/4波長的高折射率材料光學厚度，L代表低折射率材料，1L代表一個1/4波長 的低折射率材料光學厚度。

根據不同的需要，腔層有時采用高折射率材料，有時采用低折射率材料，有時采 用兩者的混合。

在生化分析應用領域，對窄帶濾光片的截止深度要求很高，比如截止區的透 過率＜0.001％以下，半高寬要求很窄，比如要求10nm以下。為達到這種性能要 求，窄帶濾光片需要做成4腔或5腔以上的多腔濾光片。

窄帶干涉濾光片一般都用極值法光控的手段來監控每一層膜的厚度，也就是 隨著膜厚的增加，穿過膜層的透過率在不斷變化，而且每鍍完一個1/4波長的光 學厚度時，光強信號出現極值，利用此原理對每一種材料進行厚度監控。用光控 法的優點是由于在控制極值過程中監控的是光學厚度，光學厚度是物理厚度和折 射率的乘積，透過率極值點的到達與否與光學厚度相關，后鍍制的膜層會對已鍍 制的膜層的光學厚度進行補償，保證出現極值點的位置就是監控波長的位置，所 以光學厚度監控對波長位置進行自動跟蹤補償，所以中心波長位置準確。另外一 種常見的膜厚控制手段是晶振控制，用晶振控制的話，由于控制的是物理厚度， 不是光學厚度，所以無法實現光學厚度補償，因此用晶振控制膜厚的話很難把窄 帶濾光片的位置做準，而且由于晶振控制會帶來隨機誤差，控制過程中又沒有對 光學厚度進行補償，最后導致通帶的峰值透過率無法提高。用極值光控法制作窄 帶濾光片的難點是如何精確控制各膜層的光學厚度，而且從窄帶濾光片的結構中 可以看出，它的對稱性很好，如果一旦破壞這個對稱性，通帶的透過率就會急劇 下降，達不到應用需要。如果控制儀器的控制精度很高，鍍膜時的材料折射率又 非常穩定，那么用極值光控法是可行的。但在實際制備過程中，真要做到高精度 的光控很難，因為光控時是采用極值回頭來控制的，只有知道信號回頭才能確定 停止位置，這說明極值法控制會引入誤差，一般有3％左右的誤差。另外采用極 值法控制要求光信號的差值要足夠大，以至于能夠清楚地分辨。然而在鍍制窄帶 干涉濾光片膜系時，耦合層的信號變化是非常小的，有的甚至不變化，或者由于 前面膜層的控制誤差導致耦合層的信號呈反方向變化，這些現象都將導致耦合層 膜厚無法監控，從而導到整個窄帶濾光片的鍍制失敗。以膜系(HL)^2?2H??(LH)^2L?(HL)^2H?2L(HL)^2H?L(HL)^3?2H?(LH)^3?L?(HL)^2?H?2L(HL)^2?HL?(HL)^2?2H?(LH)^2為例，設H為TiO₂材料，L為SiO₂材料，其理想的光 控信號如圖1所示。