一种微窄条带滤光片的制备方法与流程

1.本发明涉及一种微窄条带滤光片的制备方法。


背景技术：

2.光谱仪又称分光仪，是将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器。分光技术是光谱仪器中的核心技术之一，已经广泛应用于科研教学、环境监测、生物医学、科技农业和工业流程监控等军事和民用领域。为适应大规模的工业应用，现在的光谱仪一直在向满足轻量化、微小型化、低成本和便携性等需求的方向靠近，这些需求促使光谱仪的研制向面阵探测器片上高度集成分光化的方向发展；光谱成像芯片技术可以使光谱成像仪器的设计大为简化，其原理是将常规的多光谱分离系统微型化，并直接集成在图像传感器的表面，其结构和普通光学相机的区别只是在于将图像传感器替换为光谱成像芯片，即可实现多光谱成像的目的，从而使得光谱成像仪器体积得到极大地缩减。这种新型光谱仪将滤过不同中心波长的微窄条带滤光片拼接集成在面阵探测器靶面组成滤光模块，实现片上分光从而进行光谱成像。
3.现有的微窄带滤光片的制备方法，一般会采用钻石刀切割(diamond scriber)、激光切割、隐形切割(stealth dicing，sd)、金属丝线切割这些方式来实现滤光条带的分离，但是，采用钻石刀切割、金属丝线切割方式制备出的微窄条带滤光片的边缘的粗糙度大(＞30um)，无法满足小型化滤光模块对微窄条带滤光片边缘低粗糙度的要求；激光切割、隐形切割只能穿透特定中心波长的滤光片，基底(玻璃/蓝宝石)切割完全的基础上无法裂片完全，(如图1)膜层破损严重，导致探测器像素利用率极低。


技术实现要素：

4.本发明提供一种微窄条带滤光片的制备方法，可以解决现有技术中存在的微窄条带滤光片膜片破损、边缘粗糙度大的问题。
5.一种微窄条带滤光片的制备方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：
6.步骤一、基底熔蚀
7.取玻璃基底，利用激光诱导等离子体在玻璃基底表面刻蚀垂直槽；
8.步骤二、滤光膜层蒸镀
9.对玻璃基底上刻蚀的垂直槽进行滤光膜层蒸镀，滤光膜层厚度＜所述垂直槽深度；
10.步骤三、玻璃基底底面减薄
11.将镀有滤光膜的一面粘接到抛光盘上，用光学玻璃研磨机对玻璃基底底面进行研磨和抛光，直至玻璃基底厚度接近设定值；
12.步骤四、玻璃基底切割
13.利用激光切割机从底面对减薄的玻璃基底进行切割，切割位置为垂直槽边界处；
14.步骤五、玻璃基底裂片释放
15.利用裂片机对进行切割后的玻璃基底进行裂片释放，去除掉所述垂直槽对应的部分，剩余部分为微窄条带滤光片。
16.进一步地，在步骤三中，所述设定值为100μm
±
5μm。
17.进一步地，在步骤一中，所述玻璃基底为石英玻璃，石英玻璃的厚度为1mm。
18.进一步地，在步骤一中，所述垂直槽的宽度为0.1mm，深度为30
‑
50um，且相邻所述垂直槽之间间隔0.1mm。
19.进一步地，在步骤三中，将镀有滤光膜的一面采用石蜡粘接到抛光盘上。
20.进一步地，在步骤二中，蒸镀后所述滤光膜层为fabry
‑
perot(f
‑
p)结构。
21.本发明与现有技术相比，其有益效果如下：
22.本发明中因阴影效应，在滤光膜层蒸镀时，垂直槽边界处无滤光膜层，通过沿着垂直槽边界处切透玻璃基底，即可完成微窄条带滤光片的条带分离，避免切割时因激光无法穿透膜层进行切割而导致的裂片后膜层破损的情形，能够保证滤光膜层的完整；并且采用本发明制备的微窄条带滤光片的条带边缘粗糙度小(＜2um)，满足小型化滤光模块对微窄条带滤光片边缘低粗糙度的要求。
附图说明
23.图1为采用激光切割、隐形切割方式制备的微窄条带滤光片边缘的示意图；
24.图2为本发明实施例步骤一的示意图；
25.图3为本发明实施例步骤一中垂直槽的立体结构示意图；
26.图4为本发明实施例步骤一中垂直槽的侧面结构示意图；
27.图5为本发明实施例步骤二中垂直槽的立体结构示意图；
28.图6为本发明实施例步骤二中垂直槽的侧面结构示意图；
29.图7为本发明实施例步骤三中垂直槽的立体结构示意图；
30.图8为本发明实施例步骤三中垂直槽的侧面结构示意图；
31.图9为本发明实施例步骤四的示意图；
32.图10为本发明实施例步骤五的示意图。
具体实施方式
33.下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解为本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
34.步骤一、基底熔蚀
35.取玻璃基底，玻璃基底为厚度为1mm的石英玻璃，利用激光诱导等离子体在玻璃基底表面刻蚀垂直槽，如图3和图4所示，该垂直槽的宽度为0.1mm，深度为50um，且相邻垂直槽之间间隔0.1mm；如图2所示，采用二氧化碳激光器，其产生的激光依次经扩充镜、反射镜以及聚焦镜后，在玻璃基体表面刻蚀垂直槽。
36.步骤二、滤光膜层蒸镀
37.对玻璃基底上刻蚀的垂直槽进行滤光膜层蒸镀，滤光膜层厚度＜垂直槽深度，如图5和图6所示，其中，滤光膜层在凹槽内的厚度，以及在未开设凹槽区域表面的厚度均为10um，由于受阴影效应影响，在滤光膜层蒸镀时，靠近垂直槽侧壁的垂直槽底面会形成半盲
区域，如图8中所示阴影部分，其宽度达到30um；并且，垂直槽深度越大，垂直槽底面处在半盲区域的面积就越大，更有利于玻璃基底切割；但也会增加减薄工艺的难度，因此在实际制备过程中，垂直槽的深度应该≤50um；
38.蒸镀后滤光膜层为fabry
‑
perot(f
‑
p)结构，以中心波长为740nm的窄带滤光片为例，其膜层具体结构为air/hlhlhlhlhlhlh2.512lhlhlhlhlhlhlh/sub；膜系符号含义分别为：air为空气，sub为基底，h和l分别代表高折射率材料膜层和低折射率材料膜层的一个λ0/4波长光学厚度，λ0为微窄条带滤光片的中心波长，λ0＝740nm。
39.步骤三、玻璃基底底面减薄
40.将镀有滤光膜的一面采用石蜡粘接到抛光盘上，用光学玻璃研磨机对玻璃基底底面进行研磨和抛光，如图7所示，直至玻璃基底厚度接近设定值100μm
±
5μm；
41.步骤四、玻璃基底切割
42.可以利用步骤一中二氧化碳激光器，或者532nm飞秒激光器从底面对减薄的玻璃基底进行切割，切割位置为垂直槽边界处，如图9所示；
43.步骤五、玻璃基底裂片释放
44.利用裂片机对进行切割后的玻璃基底进行裂片释放，去除掉垂直槽对应的部分，剩余部分为微窄条带滤光片，如图10所示。
45.以上公开的仅为本发明的具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种微窄条带滤光片的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、基底熔蚀取玻璃基底，利用激光诱导等离子体在玻璃基底表面刻蚀垂直槽；步骤二、滤光膜层蒸镀对玻璃基底上刻蚀的垂直槽进行滤光膜层蒸镀，滤光膜层厚度＜所述垂直槽深度；步骤三、玻璃基底底面减薄将镀有滤光膜的一面粘接到抛光盘上，用光学玻璃研磨机对玻璃基底底面进行研磨和抛光，直至玻璃基底厚度接近设定值；步骤四、玻璃基底切割利用激光切割机从底面对减薄的玻璃基底进行切割，切割位置为垂直槽边界处；步骤五、玻璃基底裂片释放利用裂片机对进行切割后的玻璃基底进行裂片释放，去除掉所述垂直槽对应的部分，剩余部分为微窄条带滤光片。2.如权利要求1所述的一种微窄条带滤光片的制备方法，其特征在于：在步骤三中，所述设定值为100μm
±
5μm。3.如权利要求2所述的一种微窄条带滤光片的制备方法，其特征在于：在步骤一中，所述玻璃基底为石英玻璃，石英玻璃的厚度为0.5
‑
1mm。4.如权利要求3所述的一种微窄条带滤光片的制备方法，其特征在于：在步骤一中，所述垂直槽的宽度为0.1mm，深度为30
‑
50um，且相邻所述垂直槽之间间隔0.05
‑
0.1mm。5.如权利要求3所述的一种微窄条带滤光片的制备方法，其特征在于：在步骤三中，将镀有滤光膜的一面采用石蜡粘接到抛光盘上。6.如权利要求1所述的一种微窄条带滤光片的制备方法，其特征在于：在步骤二中，所述蒸镀的滤光膜层结构为fabry
‑
perot(f
‑
p)。

技术总结
本发明公开了一种微窄条带滤光片的制备方法，解决了现有技术微窄条带滤光片膜片破损、边缘粗糙度大的问题,包括以下步骤：一、基底熔蚀:取玻璃基底，利用激光诱导等离子体在玻璃基底表面刻蚀垂直槽；二、滤光膜层蒸镀：对玻璃基底上刻蚀的垂直槽蒸镀滤光膜层，滤光膜层厚度＜垂直槽深度；三、玻璃基底底面减薄：将镀有滤光膜的一面粘接到抛光盘上，用光学玻璃研磨机对玻璃基底底面研磨和抛光，直至玻璃基底厚度接近设定值；四、玻璃基底切割：利用激光切割机从底面对减薄的玻璃基底进行切割，沿垂直槽边界处切割；五、玻璃基底裂片释放：利用裂片机对进行切割后的玻璃基底进行裂片释放，保留相邻的垂直槽之间的部分即构成微窄条带滤光片。光片。光片。


技术研发人员：鱼卫星 郭权 武登山
受保护的技术使用者：中国科学院西安光学精密机械研究所
技术研发日：2021.07.22
技术公布日：2021/11/8