[發(fā)明專利]一種基于層疊式亞波長光柵的高透射連續(xù)可調(diào)諧濾光片

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310528860.1
• 申請日: 2023-05-11
• 公開（公告）號: CN116520470A
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭磊;張鈺;逯鑫淼;高敏;張朝暉;袁友芬;向廣明;熊磊
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G02B5/20
• 分類號: G02B5/20;G02B5/00
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 楊舟濤

本發(fā)明公開了一種基于層疊式亞波長光柵的高透射連續(xù)可調(diào)諧濾光片，包括依次層疊的基底層、中間層和周期性的光柵陣列。所述中間層的折射率為1.4～1.5。所述周期性光柵陣列包括多個周期性排列的直條形層疊式光柵，其線寬W范圍150～180nm，周期P范圍為160～400nm。所述層疊式光柵自下而上分別為底部Ag層、BK7層、MgFsubgt;2/subgt;層和頂部Ag層，MgFsubgt;2/subgt;層的厚度Hsubgt;m/subgt;與BK7層的厚度Hsubgt;b/subgt;滿足Hsubgt;m/subgt;/Hsubgt;b/subgt;＝0.55，底部Ag層和頂部Ag層的厚度相等。通過調(diào)節(jié)光柵陣列的周期P或厚度，可以使濾光片的調(diào)諧范圍覆蓋整個可見光波段的目標共振峰。同時，該濾波器的多種共振模式諧振，可以提高透射率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微納光學器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及透射式結(jié)構(gòu)色超表面濾光片器件，具體涉及一種基于層疊式亞波長光柵的高透射連續(xù)可調(diào)諧濾光片。

背景技術(shù)

濾光片是一種常用的光學設(shè)備，用于傳輸或反射特定波長的光，以顯示所需的顏色，被廣泛應(yīng)用于CMOS圖像傳感器、防偽技術(shù)、彩色印刷、納米顯示應(yīng)用等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的色素性著色的濾光片通過表面的染料來吸收特定波長的光，進而達到顯示特定顏色的目的，這種濾光片既不耐高溫也不能長期承受紫外線輻射，受到長時間照明時會發(fā)生降解，因此其性能會隨著時間的推移而顯著下降，并且降解產(chǎn)物對環(huán)境不友好。結(jié)構(gòu)色著色是通過濾光片表面的微觀結(jié)構(gòu)與自然光相互作用產(chǎn)生的，其微觀結(jié)構(gòu)微小到足以干擾可見光，一般發(fā)生在干涉、衍射、散射等光學現(xiàn)象中。結(jié)構(gòu)性著色相比于色素性著色更加穩(wěn)定不易褪色、足夠環(huán)保，同時在色域?qū)挾取柡投取⒘炼群头直媛史矫嬗酗@著的優(yōu)勢。

現(xiàn)有技術(shù)利用各種物理現(xiàn)象將金屬和介電納米結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用于結(jié)構(gòu)色濾光片中，常見的技術(shù)方案有多層薄膜法布里珀羅(FP)腔和共振型周期性微結(jié)構(gòu)兩種。而現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)色濾光片通常存在著兩個問題：(1)通過各式共振得出的共振波長的調(diào)諧范圍無法覆蓋整個可見光波段；(2)共振峰的透射率不高，進而影響到其應(yīng)用場景。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種基于層疊式亞波長光柵的高透射連續(xù)可調(diào)諧濾光片。通過調(diào)節(jié)光柵周期，可以使共振波長的調(diào)諧范圍可以覆蓋整個可見光波段，同時具有透射率高的優(yōu)點。

基于層疊式亞波長光柵的高透射連續(xù)可調(diào)諧濾光片，包括依次層疊的基底層、中間層和周期性的光柵陣列。所述中間層的折射率為1.4～1.5。所述周期性光柵陣列包括多個周期性排列的直條形層疊式光柵，其線寬W范圍150～180nm，周期P范圍為160～400nm。所述層疊式光柵自下而上分別為底部Ag層、BK7層、MgF₂層和頂部Ag層，MgF₂層的厚度H_m與BK7層的厚度H_b滿足H_m/H_b＝0.55，底部Ag層和頂部Ag層的厚度相等。

作為優(yōu)選，所述基底層為BK7玻璃材料，厚度不小于200um。

作為優(yōu)選，所述中間層的材料為PDMS，厚度為100nm。

作為優(yōu)選，通過調(diào)整光柵周期P或厚度調(diào)諧所述濾光片的目標可見光波長。

作為優(yōu)選，當增大光柵周期時，目標可見光波長發(fā)生藍移；當減小光柵周期時，目標可見光波長發(fā)生紅移。

作為優(yōu)選，當?shù)缺壤龃驜K7層與MgF₂層的厚度時，目標可見光波長紅移；當?shù)缺壤郎p小BK7與MgF₂層的厚度時，目標可見光波長藍移。

作為優(yōu)選，當目標可見光波段為400～500nm時，設(shè)置頂部Ag與底部Ag層的厚度為40nm，MgF2層的厚度為66nm，BK7層的厚度為120nm，線寬W為150nm，周期P為160～360nm。