[实用新型]宽光谱带外抑制光学滤光片

说明书

技术领域

本专利涉及光学滤光片，具体是指利用全介质材料设计滤光片的主峰，利用介质与金属材料的组合结构，实现滤光片的宽光谱带外抑制，采用真空镀膜工艺制备的具有高信噪比的带通光学滤光片。

背景技术

随着光机电一体化技术的革新，光学仪器（尤其是航空、航天、医疗类遥感仪）正朝着光谱覆盖范围更宽，光谱信息更丰富，集成度更高的方向发展。带通滤光片作为精细分光元件，是多通道光学仪器的重要组成部分，其性能直接对仪器的分辨率，信噪比等重要性能产生直接影响。

常规的带通滤光片，一般有两种类型：一种为全介质带通滤光片；另一种为诱导透射带通滤光片。

对于全介质带通滤光片，其全介质结构保证了滤光片高的透过率和光谱稳定性，但由于全介质多层反射膜只在有限的光谱范围内是有效的，该滤光片透射峰的两边都会出现旁通带，造成滤光片信噪比降低，必须将他们抑制掉，通常采用的方式是利用全介质长、短波通干涉截止滤光片来实现带外抑制，但由于受到介质材料特性及膜层总厚度的影响而难以实现很宽光谱范围的带外抑制。

对于诱导透射滤光片，其结构采用了多层介质膜与金属膜的组合，有效抑制了长波旁通带，提高了滤光片的信噪比，但由于金属膜层的吸收，其很难实现高的能量透过率，且金属性能会随工作环境及时间的推移而发生退化，很难实现在恶劣工作环境下的长时间、高稳定性工作。

发明内容

本专利基于航天遥感用光学仪器高信噪比、高可靠性及空间环境适应性的需要，提出一种在光学基片上采用全介质多层膜设计滤光片的主峰，利用D/M/D简单结构实现滤光片宽光谱带外抑制的方法，解决了航天遥感用光学带通滤光片高透过率、高稳定性、高可靠性、高信噪比等指标要求难以同时实现的问题。

宽光谱带外抑制光学滤光片结构如附图1所示，在光学基片1的两个工作表面上，分别制备全介质主峰膜系2和D/M/D结构带外抑制膜系3。其中全介质主峰膜系结构，实现滤光片的工作谱段的精确限定；D/M/D结构带外抑制膜系结构实现滤光片的宽光谱带外抑制。

在光学基片1的一个表面上采用多层高稳定的全介质主峰膜系2，在另一表面上采用D/M/D结构带外抑制膜系3；所述的全介质主峰膜系2的滤光片主峰采用全介质F-P谐振腔结构或前后截止膜系结构，所述的D/M/D结构带外抑制膜系3采用两层介质膜之间加金属膜的组合结构。

以一种从可见光到长波红外带外抑制的短波红外窄带滤光片为例，该滤光片的构建包括步骤：

1）根据滤光片工作波段选择合理的高、低折射率材料，并进行滤光片全介质主峰膜系2的设计；

2）在主峰膜系的基础上，根据次峰出现的位置及滤光片带外抑制需要，选择合适的金属和介质材料，设计D/M/D结构带外抑制膜系3；

3）利用真空镀膜设备，在光学基片1的第一个工作面上逐层制备全介质膜系2；

4）取出已制备完成全介质膜系2的光学基片1，翻面后在其另一工作面上完成D/M/D结构带外抑制膜系3的制备，并最终完成宽光谱带外抑制滤光片的研制。

本专利的宽光谱带外抑制滤光片具有以下几个方面的优点：

1）滤光片主峰采用全介质F-P谐振腔结构设计，具有很高的光谱稳定性；

2）采用D/M/D结构的带外抑制设计，使得滤光片的带外抑制区域非常宽，有效提高了光学仪器的信噪比；

3）滤光片吸取了全介质滤光片和金属-介质滤光片的优点，兼顾了光谱稳定性与带外抑制，克服了全介质滤光片带外抑制范围窄和金属-介质诱导透射滤光片光谱稳定性差的缺点。

附图说明

图1宽光谱带外抑制滤光片结构示意图。

图2宽光谱带外抑制滤光片主峰设计光谱曲线。

图3宽光谱带外抑制滤光片主峰加带外抑制设计光谱曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本专利作进一步的说明：以Ф25mm×1mm的双面抛光硅片作为基底。选择硅（Si）和二氧化硅（SiO₂）分别作为主峰膜系的高折射率材料（n_H）和低折射率材料（n_L）；硫化锌（ZnS）和银（Ag）分别作为截次峰膜系的介质材料（n_D）和金属材料（n_M），滤光片结构示意图如图1所示。

滤光片主峰的设计波长为1.2μm，膜系设计如下：

1L 1H 1L 1H 2L 1H 1L 1H 1L 1H 1L 1H 1L 1H 2L 1H 1L 1H 1L 1H 1L 1H1L 1H 2L 1H 1L 1H

得到滤光片主峰光谱设计曲线如图2所示。