一种线性渐变窄带滤光片的制备方法与流程

1.本发明涉及一种线性渐变窄带滤光片的制备方法，属于光学薄膜滤光片的设计和制造的技术领域。


背景技术：

2.膜层厚度或中心波长渐变的窄带滤光片常可分为条状线性渐变窄带滤光片和圆形渐变窄带滤光片两种，其中条状线性渐变窄带滤光片的光谱特性是随着条状滤光片的位置变化在一定方向上呈现出线性渐变，而圆形渐变窄带滤光片的光谱特性是圆状滤光片在圆周方向上随角度变化呈现出渐变特性。
3.渐变窄带滤光片既可以取代笨重的棱镜单色仪或光栅单色仪构成便携快速的分光计，也可与ccd或cmos阵列探测器一起共同集成微型光谱仪。使用渐变窄带滤光片可使仪器结构紧凑，大大简化了仪器的光学和机械系统，因而具有重量轻、体积小、稳定性高、可靠性好等优点；且由于渐变窄带滤光片的通带位置和形状、截止带的截止度和带宽可以随意设计，因而具有分辨率高和光效率高等优点。鉴于以上特点，渐变窄带滤光片已成功地广泛应用于光通讯，航天航空、野外探测、大气监测、电视摄像和红外报警等领域，实现光谱分光、光谱成像，光谱分析、光谱校正以及二级光谱分离/截止等功能。
4.渐变窄带滤光片的制备比较困难，一般而言，主要有两种方法：档板法和离子刻蚀法。档板法是在玻璃基板上方或下方加入特定形状的一块甚至二块挡板，薄膜制备时让档板和玻璃基板之间相互作相对的移动或转动，控制移动或转动的速率和次数，得到所需的连续渐变膜厚。离子刻蚀法是在特定的掩模板下对光刻胶进行曝光和显影，然后用离子刻蚀将图形转移到窄带滤光片的间隔层上，这种方法的渐变特性可以是连续的渐变膜厚，也可以是阶梯式的膜厚变化，其窄带滤光片一般只能是单腔结构。
5.本发明旨在制备高透明基板上各层薄膜厚度连续渐变的条状线性窄带滤光片，薄膜厚度的连续渐变是通过调节薄膜真空蒸发系统的几何配置来实现的，所谓调节几何配置即是调节条状玻璃基板和薄膜材料蒸发源之间的相对位置，实现条状玻璃基板上的膜厚分布随着其位置的变化而呈现出连续线性渐变的特性。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供了一种线性渐变窄带滤光片的制备方法，在条状玻璃基板上制备膜层厚度连续渐变的线性窄带滤光片，膜层厚度的渐变是通过调节薄膜真空蒸发系统的几何配置来实现的，所以有必要先简单介绍一下真空蒸发系统及其膜厚监控系统。
7.为实现上述目的，本发明所采取的具体技术方案是：
8.一种线性渐变窄带滤光片的制备，它是一种高透明基板上各层薄膜厚度渐变的条状线性窄带滤光片。高透明基板为条状光学玻璃，薄膜厚度渐变是通过调节薄膜真空蒸发系统的几何配置，即调节条状玻璃基板和薄膜材料蒸发源之间的相对位置来实现的，使条状玻璃基板上的膜厚分布随着其位置的变化而呈现出连续线性渐变的特性，所述的窄带滤
光片由多腔法布里-珀珞结构组成。
9.进一步地，条状玻璃基板按照设计计算的特定位置置于圆形金属铝夹具盘上，条状玻璃基板可直接视为圆形工件夹具盘的一部分，夹具盘的中心放置膜层厚度监控片。
10.进一步地，薄膜真空蒸发系统的几何配置主要包括三个参数：一是条状玻璃基板平面和多个蒸发源蒸发平面之间的距离，简称高度h，二是蒸发源中央与基板旋转中心轴之间的距离l，三是夹具盘条状玻璃基板上所选取的任一膜厚考察点离基板旋转中心轴之间的距离ρ。
11.进一步地，膜厚分布是指在不同的几何配置h/l下计算出归一化膜厚比t/t0与ρ/l的关系，t0和t分别为工件夹具盘中心点的膜厚和条状玻璃基板上所选取的任一膜厚考察点的膜厚。
12.进一步地，在h/l》1.5的情况下，膜厚比t/t0随ρ/l的变化当ρ/l》1时呈现出非常好的线性关系，因而可获得膜厚连续线性渐变的各种滤光膜。
13.进一步地，由于膜厚连续线性变化的梯度随着h/l的增加而减小，分辨率随着h/l的增加而增加，因此可根据膜厚梯度变化和分辨率要求选取h/l。
14.进一步地，为避免使用大的真空蒸发系统，且膜厚分布具有优良的重复性，h/l常选1.5～2.5，本发明优选h/l＝1.8。
15.进一步地，线性渐变窄带滤光片选用三腔法布里-珀珞结构：g[(hl)4hh(lh)4m]3a，其中g为玻璃基板，h、l、m分别为高折射率膜、低折射率膜和更低折射率膜，a为了入射空气。
[0016]
进一步地，所述的高折射率膜为tio2，低折射率膜为sio2，更低折射率膜为mgf2。
[0017]
更进一步地，所述的高折射率膜tio2和低折射率膜sio2用电子束蒸发，更低折射率膜mgf2用钼舟电阻蒸发。
[0018]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0019]
现有技术主要有两种方法来制备线性渐变窄带滤光片，这两种方法就是档板法和离子刻蚀法。档板法是在玻璃基板上(或下)方加入特定形状的一块甚至二块挡板，薄膜制备时让档板和玻璃基板相互作相对的移动或转动，控制移动或转动的速率和次数，得到所需的连续线性渐变的膜厚分布。这种方法目前应用最为广泛，因为相比离子刻蚀法，档板法不但无需复杂昂贵的离子刻蚀系统，而且制备工艺也比较简单易行。但缺点是：1、因档板的阻挡而大大增加蒸发薄膜材料的损耗；2、增加薄膜的蒸发时间而降低制备效率；3、需要反复修正档板形状，才能获得满意的线性渐变的膜层厚度分布；4、由于档板的原因，在基板上淀积的薄膜是断断续续的，导致膜层结构改变；5、档板上容易淀积大量薄膜，薄膜破裂时会玷污基板或生长的膜层。离子刻蚀法是在特定的掩模板下对光刻胶进行曝光和显影，然后用离子刻蚀将图形转移到窄带滤光片的间隔层上，使其形成线性渐变的膜层厚度。这种方法不仅刻蚀系统昂贵，而且工艺复杂；更为甚者，这种方法一般只能制备单腔结构的渐变窄带滤光片，而且渐变特性常常是由不连续的微阶梯构成的膜厚分布。
[0020]
本发明是通过调节薄膜真空蒸发系统的几何配置来实现各层薄膜厚度连续渐变的条状线性窄带滤光片的，所谓调节几何配置即是调节条状玻璃基板和薄膜材料蒸发源之间的相对位置，不需要附加设备，实施方便简单，呈现的连续线性渐变特性是特定几何配置的固有特性，所以可靠稳定。由于薄膜工作者一直以来都在关注如何提高薄膜均匀性和扩大薄膜均匀面积，所以常取几何配置h/l＝1.35～1.45进行研究，并以h/l＝1.405且在ρ/l
＜0.6的工件夹具盘中央区域的膜厚不均匀性0.04％为最佳结果。遗憾的是，没有发掘出更大的h/l和ρ/l产生的连续线性渐变的膜厚分布具有特殊的应用，直接为制备线性渐变窄带滤光片提供了一种非常有效的新方法。这种方法的唯一缺点就是会牺牲工件夹具盘中央的s1面积。
附图说明
[0021]
图1是真空镀膜机的真空蒸发系统以及膜厚监控系统配置的示意图。
[0022]
图2表示真空蒸发系统几何配置的主要参数示意图。
[0023]
图3是对h/l＝1.0，1.4，1.5，2.5，3.5计算的归一化膜厚比t/t0随ρ/l变化的关系曲线，计算中取l＝200mm。
[0024]
图4是本发明可应用的h/l＝1.5，2.5和3.5的归一化膜厚比t/t0随ρ/l变化的计算曲线，取l＝200mm。
[0025]
图5是本发明优选应用的h/l＝1.8的归一化膜厚比t/t0随ρ/l变化的计算曲线，且l＝100mm。
[0026]
图6是本发明的工件夹具盘及其膜厚监控片和条状玻璃基板放置位置的示意图。
[0027]
图7是本发明三腔线性渐变窄带滤光片的结构示意图。
[0028]
图8是本发明的三腔线性渐变窄带滤光片g[(hl)4hh(lh)4m]3a的透射光谱曲线。
[0029]
图9是单腔线性渐变窄带滤光片g|(hl)4hh(lh)4m|a的透射光谱曲线。
[0030]
图10是本发明的三腔线性渐变窄带滤光片在峰值中心波长600nm的透射光谱曲线。
[0031]
图11是本发明的三腔线性渐变窄带滤光片在峰值中心波长700nm的透射光谱曲线。
[0032]
图12是本发明的三腔线性渐变窄带滤光片在不同ρ下峰值中心波长600～700nm的透射光谱曲线。
具体实施方式
[0033]
图1是真空镀膜机的真空蒸发系统以及膜厚监控系统配置的示意图。在图1中，真空镀膜机真空室1通过排气获得高真空。在真空室1内设有镀膜基板加热系统2，以便在镀膜前把基板加热到设定的温度。紧靠加热系统2的下方是滤光片工件夹具盘3，以承载镀膜玻璃基板4。工件夹具盘3是一个金属铝圆盘，在镀膜时作均匀快速旋转。在夹具盘中心位置放置一块膜厚监控片5，周围排布着多个待镀膜的基板4，以镀制设计的线性渐变滤光片。薄膜材料由电阻加热蒸发源6和电子束蒸发源8组成，两种蒸发源各有其特点，可根据蒸发材料特性进行选择。电阻加热蒸发源6和电子束蒸发源8的蒸发平面9为同一平面。蒸发源上方各有一个控制蒸发材料蒸汽的档板7、7’，以便精确控制滤光片各层膜的厚度。薄膜高折射率材料tio2和低折射率材料sio2由电子束蒸发源8蒸发，更低折射率的mgf2由电阻加热蒸发源6蒸发。膜厚监控系统由光源10、控制滤光片11、膜厚监控片5、聚光透镜12和光电接收器13等组成，可精确地控制滤光片每层膜的厚度。
[0034]
下面具体介绍本发明的构思。
[0035]
1、调节几何配置获得线性渐变特性
[0036]
通过调节真空蒸发系统的几何配置，即调节条状玻璃基板和薄膜材料蒸发源之间的相对位置可以实现条状玻璃上的膜厚分布随着其位置的变化而呈现出连续线性渐变的特性。如图2所示，真空蒸发系统的几何配置主要包括三个参数：一是条状玻璃基板平面和多个蒸发源蒸发平面之间的距离h，二是蒸发源中央与基板旋转中心轴之间的距离l，三是夹具盘条状基板上所选取的任一膜厚考察点离基板旋转中心轴之间的距离ρ。依据以这三个参数，可以推导出平面蒸发源在不同几何配置h/l下的膜厚分布，即归一化膜厚比t/t0与ρ/l的关系：
[0037][0038]
其中t0和t分别为工件夹具盘中心监控片上的膜厚和条状基板上所选取的膜厚考察点的膜厚，t/t0也称归一化的相对厚度。图3是釆用本发明上面计算公式对h/l＝1.0，1.4，1.5，2.5，3.5计算的t/t0随ρ/l变化的关系曲线，计算中取l＝200mm。从图3可以看出，1)为追求最大的膜厚均匀面积，几何配置应取h/l＝1.4，这就是薄膜工程师们为什么选用几何配置h/l＝1.4的原因；2)若要进一步增加均匀面积，只能增大h，这意味着需要选用更大的镀膜机，因为在h/l＝1.4不变的情况下，增大h就能增大l，而增大l就能增大ρ。除了h/l＝1.4外，薄膜工程师们很少关注h/l》1.5的情况，因为h/l》1.5时会使均匀面积大大缩小，这对均匀薄膜制备显然是不利的。但是，正如图4所示的h/l＝1.5，2.5和3.5的三条膜厚分布曲线，当ρ/l》0.8左右时，膜厚分布t/t0随ρ/l呈现出很好的线性变化关系，这个线性变化关系恰好可以用于制备条状基板的线性渐变滤光片。更为甚者，当h/l》1.5时，t/t0随ρ/l的线性变化曲线要比h/l＜1.5时更稳定，这使制备线性渐变特性具有更好的重复性；而且随着h/l增大，厚度渐变梯度越来越小，线性度越来越好，这意味着增大h或减小l对改变渐变梯度和改善线性度是很有用的，具体应根据玻璃基板长度、线性波长范围、渐变梯度和线性度要求等因素，确定h、l和h/l。
[0039]
2、条状玻璃基板的位置确定
[0040]
对较小的真空室，可选择平面蒸发源中央与基板旋转中心轴之间的距离l＝100mm。蒸发源的位置一旦确定，利用(1)式就可计算出几何配置h/l＝1.8时的t/t0随ρ/l的膜厚分布曲线，如图5所示。从图5曲线可以知道，t/t0随ρ/l的膜厚分布曲线可以认为有三个部分：第一部分是ρ/l＝0到0.4的膜厚均匀区；第二部分是ρ/l＝0.4到0.8的膜厚渐变非线性区；第三部分是ρ/l＝0.8到2的膜厚渐变线性区。显然，这第三部分才是本发明所需的镀膜玻璃基板放置区域，若与图6的工件夹具盘联系起来看可以更清楚，第一部分和第二部分是不可使用的s1区域，除了在中央放置一块膜厚监控片5外不再放置待镀膜的条状玻璃基板，条状玻璃基板全部有规则地排放在s2区域。因ρo是夹具盘中心点，故放置条状玻璃基板的位置可从ρ1开始一直到ρ2。在本发明中，ρ1对应于图5曲线的ρ/l＝0.8，为膜厚的厚端(长波侧)，ρ2对应于ρ/l＝2，为膜厚的薄端(短波侧)。在不改变蒸发源位置l和几何配置h/l的情况下，改变镀膜机真空室大小可以改变ρ2。
[0041]
下表1列出了ρ/l从0.8到2.0且步长为0.2的膜厚渐变线性区所对应的归一化相对厚度t/t0。因为取l＝100mm，故可算出对应的ρ(mm)。一旦设定ρ/l＝2的薄端短波侧波长，则因ρ/l＝0.8～2.0的线性关系便可通过简单的比例关系计算出各对应ρ/l或ρ的长波侧波长
(nm)。例如，若设定薄端短波侧波长为400nm，则可方便算出厚端长波侧波长为865nm，并计算出膜厚监控波长为930nm。这就是说，当膜厚监控片采用波长λ0＝930nm监控时，则可实现条状玻璃基板的ρ1端长波侧波长为λ1＝865nm，ρ2端短波侧波长为λ2＝400nm，即在长度ρ
2-ρ1＝120mm的条状玻璃基板上实现线性渐变的波长宽度达到465nm。这个线性渐变波长宽度已经远远超过可见光区的光谱宽度。或者相反，若设定厚端长波侧的波长，则通过比例关系计算出薄端短波侧波长的位置。例如要求线性渐变波长的宽度恰好为700～400nm的可见光区，并把厚端长波侧波长700nm置于ρ/l＝1，则可计算出薄端短波侧波长400nm应在ρ/l＝1.85(即t/t0＝0.497)，并计算出膜厚监控波长为804nm。这就是说，当膜厚监控片采用波长λ0＝804nm监控时，则可实现条状玻璃基板在ρ1＝100mm处长波侧波长λ1＝700nm，ρ2＝185mm处短波侧波长λ2＝400nm，即在长度ρ
2-ρ1＝85mm的条状玻璃基板上实现线性渐变的波长宽度为300nm。从表1的ρ/l和t/t0分析可以看出，对几何配置h/l＝1.8和l＝100mm，ρ/l从1.0到1.8的区间上线性非常好，两端0.8～1.0和1.8～2.0的线性会稍差一些，所以为提高线性度，条状玻璃基板要尽可能地放置在ρ/l＝1.0到1.8之间。
[0042]
表1
[0043]
ρ/l00.81.01.21.41.61.82.0t/t01.00.930.870.790.700.610.520.43ρ(mm)080100120140160180200λ(nm)λ
0(
监控波
长
)0.93λ00.87λ00.79λ00.70λ00.61λ00.52λ00.43λ0[0044]
若蒸发源位置l进一步缩小，可望进一步缩小s1的面积，从而增加条状玻璃基板线性渐变的长度和波长宽度。
[0045]
若保持蒸发源位置l不变，增加几何配置h/l时，可望增加条状玻璃基板线性渐变的长度、减小渐变梯度和改善线性度。
[0046]
3、窄带滤光片结构
[0047]
为了提高光谱分光的分辨率和光效率，线性渐变窄带滤光片选用三腔法布里-珀珞结构：g[(hl)4hh(lh)4m]3a，其中g为条状玻璃基板，h、l、m分别为高折射率膜、低折射率膜和更低折射率膜，a为入射空气。高折射率膜选用tio2，低折射率膜选用sio2，更低折射率膜为mgf2。图7是三腔线性渐变窄带滤光片的结构示意图，其中(hl)4是法布里-珀珞腔的第1反射膜，hh是最低级次的间隔层，(lh)4是法布里-珀珞腔的第2反射膜，m是腔耦合层或减反射层。这种三腔线性渐变窄带滤光片的优越性只要与单腔结构比较一下透射率曲线就很清楚了，图8和图9虽然都采用相同结构、相同层数和相同材料的法布里-珀珞腔，但图8是三腔窄带滤光片，而图9是单腔窄带滤光片：g(hl)4hh(lh)4ma，这两个滤光片的透射曲线虽然中心波长、峰值透射率和半宽度都相似，但三腔结构的透射曲线呈现窄矩形，截止性能好，而单腔结构的透射曲线呈现喇叭口，截止度低，这使滤光片的信噪比呈现出几个数量级的差异。因为信噪比中的信号是半宽构成的矩形面积，而上述窄带滤光片的半宽仅为3nm，而噪声是整个接收器响应光谱中除信号光外的所有积分面积，由于背景光谱非常宽，因此信号很可能淹没在噪声背景中，一般说来，单腔滤光片在许多情况下是不可用的。
[0048]
4、主透射峰两侧的透射次峰消除
[0049]
线性渐变窄带滤光片在主透射峰中心波长的短波侧和长波侧都会出现透射次峰，常称边带透射次峰。毫无疑问，若这些透射次峰位于接收器的响应光谱范围内，则实际使用
时必须消除。正如图8所示，若主透射峰中心波长为650nm，则短波小于553nm和长波大于780nm都会出现透射次峰。在一般情况下，这些透射次峰都需要消除。消除透射次峰常有二种方法：第一种是采用线性渐变截止滤光片，用类似本发明的方法跟随截除线性渐变窄带滤光片产生的透射次峰。线性渐变截止滤光片包括短波截止而长波透射的长波通截止滤光片和长波截止而短波透射的短波通截止滤光片，恰好能分别消除线性渐变窄带滤光片产生的短波侧和长波侧的透射次峰。第二种是采用一个复杂的公共截止滤光片，这种公共截止滤光片一般由许多个均匀膜层组成的长波通截止滤光片和短波通截止滤光片叠加组成，而在窄带滤光片的线性渐变区域形成高透射率的窗口，窗口两侧形成宽波长的截止带，具体截止带的宽度和范围由接收器的响应光谱波段决定。由于公共截止滤光片膜层多、厚度大，所以常单独置于接收器和线性渐变窄带滤光片之间使用。上述消透射次峰由于已超出本发明的内容，故不作详述。
[0050]
作为实施例一，线性渐变窄带滤光片的要求如下：1)线性渐变调制的波长范围为600～700nm；2)窄带滤光片的平均半宽为3nm；3)滤光片主透射峰平均透射率》90％；4)条状玻璃基板的长度和宽度分别为30mm和5mm；5)平均渐变梯度＜5nm/mm；6)非线性度＜3％。
[0051]
图1是真空镀膜机的真空蒸发系统以及膜厚监控系统的示意图。线性渐变窄带滤光片的镀膜玻璃基板4按一定的位置要求被放置在工件夹具盘3的一个金属铝圆盘上，并在镀膜时作均匀快速旋转。在夹具盘中心位置放置一块膜厚监控片5，釆用光电极值法通过膜厚监控片5可精确地控制滤光片的每一层膜层的厚度。
[0052]
一、确定几何配置及条状玻璃基板的位置
[0053]
利用图5几何配置h/l＝1.8和l＝100mm的归一化厚度t/t0随ρ/l的膜厚分布曲线，可以确定条状玻璃基板在工件夹具盘上的位置。因为线性渐变波长范围为600～700nm，若把厚端长波侧波长700nm置于ρ/l＝1，其对应的归一化厚度t/t0＝0.87和对应的ρ1＝100mm(也可见表1)，则薄端短波侧波长600nm应置于：由比例关系t/t0＝600*0.87/700＝0.746，对应的ρ/l＝1.3，即ρ2＝130mm。监控波长λ0＝700/0.87＝804nm。这就是说，当监控波长λ0＝804nm时，可实现条状玻璃基板在ρ1＝100mm处的长波侧波长λ1＝700nm，在ρ2＝130mm处的短波侧波长λ2＝600nm，即在长度ρ
2-ρ1＝30mm的条状玻璃基板上实现线性渐变的波长宽度为100nm，平均渐变梯度为3.3nm/mm。这种配置得到的非线性度为1.2％。非线性度δ的计算方法为：δ＝
△
ymax/y*100％，其中，
△
ymax是线性误差，即实际归一化厚度t/t0分布曲线与拟合直线的最大偏差，y是t/t0总值，由图5可得
△
ymax＝0.01(此数字较小，最好从图5的计算数据中得到)，y取平均值(0.87+0.746)/2＝0.81，故非线性度δ＝1.2％。
[0054]
若想进一步改善非线性度，可把条状玻璃基板的厚端位置从ρ1＝100mm移到ρ1＝130mm，这时非线性度δ便可接近于零。于是得到厚端长波侧波长700nm为ρ/l＝1.3，对应的归一化厚度t/t0＝0.746和ρ1＝130mm，而薄端短波侧波长600nm为ρ/l＝1.55，对应于t/t0＝0.639和ρ2＝155mm。显然此时平均渐变梯度变成4nm/mm，这类似于棱镜单色仪或光柵单色仪的线色散是随波长位置而异的。
[0055]
二、确定窄带滤光片结构
[0056]
为了提高光谱分光的分辨率和光效率，线性渐变窄带滤光片选用三腔法布里-珀珞结构：g[(hl)4hh(lh)4m]3a，其中g为条状玻璃基板，h表示光学厚度为λ0/4的高折射率膜，l表示光学厚度为λ0/4的低折射率膜，m表示光学厚度为λ0/4的更低折射率膜，a为入射媒质
空气。高折射率膜选用tio2，低折射率膜选用sio2，更低折射率膜为mgf2。在线性渐变窄带滤光片中，(hl)4是法布里-珀珞腔的第1反射膜，hh是最低级次的间隔层，(lh)4是法布里-珀珞腔的第2反射膜，m是腔耦合层或最后一层的减反射层。这种三腔线性渐变窄带滤光片的优越性是透射曲线呈现窄矩形，截止度很高，与图9所示的单腔法布里-珀珞结构的渐变窄带滤光片相比，信噪比呈现出几个数量级的差异。一般说来，单腔滤光片在许多情况下是不能满足实用要求的，故本实施例选用三腔结构。
[0057]
制备时高折射率的tio2膜和低折射率的sio2膜由电子束蒸发源加热蒸发，而更低折射率的mgf2膜由电阻加热蒸发源加热蒸发。
[0058]
三腔结构g[(hl)4hh(lh)4m]3a虽然膜层数较多，但由于全部膜层都是λ0/4光学厚度的规整膜系，故可用一个监控波长λ0借助于膜厚监控片5进行光电极值法监控来获得滤光片每一层膜的厚度。所谓光电极值法，就是把透射光的变化转变成光电接收器的电信号变化，由光的干涉原理可知，透射率每经过一个极值，对应的光学厚度恰为λ0/4，所以只要控制电信号的极大值或极小值，用监控片5就可监控完三腔结构的全部膜层，非常方便。
[0059]
三、主透射峰两侧的透射次峰消除
[0060]
由于本实施例的线性渐变调制波长范围为600～700nm，波长宽度仅100nm，所以不需要消除主透射峰两侧的透射次峰，这是因为在波长600～700nm范围内，线性渐变窄带滤光片自身没有产生边带透射次峰。这从图10和图11可以清楚看出，图10的主透射峰中心波长在600nm,它在长波侧的边带透射次峰出现在波长大于750nm的区域；而图11的主透射峰中心波长在700nm,它在短波侧的边带透射次峰都在波长小于590nm的区域。这恰好说明线性渐变调制的主透射峰中心波长在600～700nm范围内除主透射峰外别无边带透射次峰产生。此时，若接收器的响应光谱亦为600～700nm，则本实施例的线性渐变窄带滤光片就可直接应用了，否则尚需加一个公共截止滤光片，以消除波长600～700nm两侧的透射次峰。
[0061]
图12表示本实施例的一种调制波长为600～700nm的线性渐变窄带滤光片的透射率曲线随中心波长或基板位置的变化，图中只画出了一部分曲线，实际情况是，因为所有膜层厚度都是无阶梯连续渐变的，所以透射率曲线也是不间断地连续渐变的。由图可知，窄带滤光片的平均半宽为3nm，这里引入“平均半宽”的概念，是因为滤光片半宽是随着主透射峰中心波长的增加而增大的，这是窄带滤光片的固有特征。滤光片主透射峰的平均透射率约为98％。线性渐变窄带滤光片的长度和宽度分别为30mm和5mm，其平均渐变梯度为3.3nm/mm，非线性度为1.2％。
[0062]
应该指出的是，渐变梯度和非线性度是随着条状玻璃基板的位置而异的，这看似缺点，实际更是优点，因为这相当于增加了设计调节参数，更容易满足各种不同的技术要求。

技术特征：
1.一种线性渐变窄带滤光片的制备方法，其特征在于，采用真空镀膜机，包括：真空室；设置在所述真空室内的工件夹具盘；安装在所述工件夹具盘上的条状玻璃基板；设置在所述真空室底部的多个蒸发源；所述条状玻璃基板沿所述工件夹具盘的径向向外厚度渐变减小；所述的制备方法包括以下步骤：1)所述条状玻璃基板与工件夹具盘紧贴的平面与多个蒸发源的蒸发平面之间的距离，简称高度h；所述蒸发源的蒸发点与所述工件夹具盘旋转中心轴之间的距离为l；所述条状玻璃基板上所选取的任一膜厚考察点离所述工件夹具盘旋转中心轴之间的距离ρ；2)计算出不同的几何配置h/l下归一化膜厚比t/t0与ρ/l的关系，得到多个几何配置膜厚分布曲线，t0和t分别为工件夹具盘中心点的膜厚和条状玻璃基板上所选取的任一膜厚考察点的膜厚；归一化膜厚比t/t0与ρ/l的关系：3)从多个几何配置膜厚分布曲线中选取线性面积大且线性好的曲线作为最优几何配置膜厚分布曲线，根据最优几何配置膜厚分布曲线布置条状玻璃基板，进行制造，得到线性渐变窄带滤光片。2.根据权利要求1所述的线性渐变窄带滤光片的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的多个蒸发源的蒸发平面处于同一平面。3.根据权利要求1所述的线性渐变窄带滤光片的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的多个蒸发源与所述工件夹具盘旋转中心轴之间的距离l均相等。4.根据权利要求1所述的线性渐变窄带滤光片的制备方法，其特征在于，步骤2)中，不同的几何配置h/l下归一化膜厚比t/t0与ρ/l的关系为多个。5.根据权利要求1所述的线性渐变窄带滤光片的制备方法，其特征在于，步骤3)中，最优几何配置膜厚分布曲线中的h/l范围为1.5～2.5。6.根据权利要求1所述的线性渐变窄带滤光片的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述的线性渐变窄带滤光片选用三腔法布里-珀珞结构：g[(hl)4hh(lh)4m]3a，其中g为玻璃基板，h、l、m分别为高折射率膜、低折射率膜和更低折射率膜，a为入射空气。7.根据权利要求6所述的线性渐变窄带滤光片的制备方法，其特征在于，其特征在于，所述的高折射率膜为tio2，所述的低折射率膜为sio2，所述的更低折射率膜为mgf2。8.根据权利要求6所述的线性渐变窄带滤光片的制备方法，其特征在于，所述的高折射率膜tio2和低折射率膜sio2用电子束蒸发，所述的更低折射率膜mgf2用钼舟电阻蒸发。

技术总结
本发明公开一种线性渐变窄带滤光片的制备方法，基板为条状玻璃，膜厚分布的线性渐变特性是通过调节真空蒸发系统的几何配置即条状玻璃基板和膜料蒸发源之间的相对位置来实现的。几何配置主要包括：条状玻璃基板平面和蒸发源蒸发平面之间的距离h，蒸发源中央与基板旋转中心轴之间的距离L及夹具盘条状玻璃基板上选取的任一膜厚考察点离旋转中心轴之间的距离ρ。膜厚分布就是要计算出不同的几何配置h/L下膜厚比t/t0与ρ/L的关系。在h/L>1.5的情况下，t/t0随ρ/L的变化当ρ/L>0.8时呈现出非常好的线性关系，因而可获得膜厚连续线性渐变的各种滤光片。h/L常选1.5～2.5，本发明优选h/L＝1.8。滤光片选用三腔法布里-珀珞结构。珀珞结构。珀珞结构。


技术研发人员：金波 艾曼灵 闫昱虹 吴江波 顾培夫
受保护的技术使用者：杭州科汀光学技术有限公司
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/10/19