[發明專利]一種適用于任意光的超高透射率減色濾波器及其制備方法

無效

• 申請號: 201410029125.7
• 申請日: 2014-01-22
• 公開（公告）號: CN103777264A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 張冬仙;胡曉琳;孫理斌;葉鳴;徐越;史斌;蔣建中
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G02B5/20
• 分類號: G02B5/20
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林松海

技術領域

本發明涉及光學微器件制備技術，特別涉及一種適用于任意光（TE、TM）的超高透射率減色濾波器及其制備方法。?

背景技術

傳統的濾色片由于采用有機染料或化學顏料，容易受化學物質的腐蝕，在長時間的紫外線照射或高溫下性能也會下降。此外，為了將各種像素單元排列成大面積陣列，必需進行高度精確的光刻對準，這顯著增加了制造的復雜性和成本。近期出現的利用刻有周期性孔洞的單層金屬膜制作的增色濾波器是克服上述局限性的一種途徑。這種等離子濾波器選擇性透過與表面等離子激元激發相關的頻帶，截止其他可見光。這些透射頻帶可以在整個可見光譜上通過簡單地調節幾何參數，如周期，形狀和納米孔的尺寸進行調諧，從而導致高色彩可調性，但其低透射率（在可見光波段僅為30?％）仍是限制其商業應用的瓶頸。而有研究者通過金屬?-?絕緣體?-?金屬（MIM）或金屬?-?電介質（MD）結構的波導納米諧振腔形成的等離子激元增色濾波器雖可實現50~80％的高透射率，但由于其復雜的多層設計，并不適合于低成本的納米加工和設備集成。

發明內容

本發明克服了現有濾波器的不足，設計了一種適用于任意光的超高透射率減色濾波器及其制備方法。

一種適用于任意光的超高透射率減色濾波器，所述的超高透射率減色濾波器具有一個玻璃基片，在玻璃基片上設有一層Ag膜，所述的Ag膜厚范圍是20~30nm，在Ag膜上刻有周期性圓形小孔。

所述的超高透射率減色濾波器不依賴光源，在TE/TM偏振白光的照射下均有濾波作用。

所述的超高透射率減色濾波器的峰值透射率高達60~70%。

所述周期性圓形小孔的周期為120~372nm，占空比為0.5。

一種適用于任意光的超高透射率減色濾波器的制備方法，在平整度小于一個光圈、粗糙度小于1nm的玻璃基片上用磁控濺射的方法鍍有一層超薄的Ag膜，膜厚為20~30nm，在Ag膜上刻有周期性圓形小孔。

所述濾波器不依賴光源，在TE/TM偏振白光的照射下均有濾波作用。

所述濾波器的峰值透射率高達60~70%。

所述小孔的周期為120~372nm，占空比為0.5。

本發明的有益效果：本發明同時具有高透射效率、結構簡單、低成本的特點，不依賴光源，在TE/TM偏振白光的照射下均有濾波作用。

附圖說明

圖1?是本發明的超高透射率減色濾波器的剖視圖；

圖2?是本發明的超高透射率減色濾波器的俯視圖；

圖3?是TE/TM偏振白光照射下透射極小值的波長λ_min?和膜厚d，周期p之間的關系擬合曲面圖；

圖4?a和b是用FDTD?Solutions仿真的Ag膜厚度d為20nm，周期p為312nm的圓形小孔陣列濾波器分別在TE和TM偏振白光照明下的透射率曲線；

圖5?a和b是Ag膜厚度d為30nm，各周期的圓形小孔陣列濾波器分別在TE和TM偏振白光照明下拍攝的光學顯微圖。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本發明做進一步的說明。

本發明用刻有二維（2D）亞波長光柵的超薄Ag膜實現的60~?70％高透射率等離子激元減色濾波器。這種減色濾波方案是通過從可見光譜中消除特定的顏色（例如青色，品紅色和黃色，CMY）的互補部分（即紅色，綠色和藍色，?RGB）來獲得這些顏色。這種刻有二維亞波長光柵的減色濾波器對光源沒有依賴性，在TE/TM偏振白光的照射下，由于光與表面等離子體激元的相互作用，會在可見光某個波段產生透射率極小值，相應的會呈現出該極小值波長的顏色的補色，具有濾波作用。

本發明減色濾波器，克服現有濾波器的局限性，不僅具有超高透射率，而且結構簡潔，其超薄超精細的微納結構設計，使其具有亞微米的空間分辨率，能夠制作出的像素，比現有商用圖像傳感器具有的最小像素更小，易于集成，成為集成濾波器，而集成濾波器是未來的顯示器、圖像傳感器、數碼攝像機、投影儀和其他光學測量儀器的重要組件。

如圖1和圖2所示，仿真了一種適用于任意光（TE、TM）的超高透射率減色濾波器,，在玻璃基片上設置有一層超薄的Ag膜，一系列膜厚范圍是10~50nm，步長5nm，在Ag膜上刻有周期性圓形小孔結構。