紫外诱导透射带通滤光片及其制备方法与流程

1.本发明涉及光学薄膜领域，具体涉及一种紫外诱导透射带通滤光片及其制备方法。


背景技术：

2.紫外带通滤光片是光谱探测器中的重要部件，是未来多谱段、高精度探测不可缺少的核心产品。现有紫外探测系统的滤光片基本情况如下：
3.1.采用全介质进行紫外滤光片的设计制备，但膜层相对偏厚，且层数偏多，使得整个滤光片膜层厚度轻易超过1微米，且对可见光及红外波段截止的效果比较差；
4.2.而采用金属材料与介质材料的组合进行紫外滤光片的设计制备，大多数选择的材料，例如金属铪，氟化镁等，需要在高温情况下、或者需要大量氧气反应的条件下才能在基底上镀上膜层，这个镀膜过程容易在高温或高氧环境中使得金属材料氧化、变质，不利于形成稳定的金属膜。


技术实现要素：

5.因此，为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供一种紫外诱导透射带通滤光片及其制备方法。
6.为了实现上述目的，本发明提供一种紫外诱导透射带通滤光片，其特征在于，包括至少两层层结构，两层所述层结构均是采用低温烘烤成膜工艺形成的，第一层结构为金属层，第二层结构为介质层，其中，所述紫外诱导透射带通滤光片的势透过率ψ为出射光强与入射光强的比值，层结构的目标光学厚度为d，所述紫外诱导透射带通滤光片的膜系光学常数为n-ik，所述紫外诱导透射带通滤光片的膜系出射导纳为ye，ye＝x iz，式中，x，z分别为出射导纳的实部与虚部，i为虚部单位，re指出射导纳的实部，α为膜层位相的实部，β为膜层位相的虚部，
[0007][0008]
式中根据上述公式，优化膜系中每层层结构的厚度，使所述紫外诱导透射带通滤光片的势透过率符合预设需求。
[0009]
在其中一个实施例中，所述紫外诱导透射带通滤光片的膜系结构为aba、ababa、abababa或者ababababa的奇数交换分布的结构，其中a代表介质层，b为金属层。
[0010]
在其中一个实施例中，所述紫外诱导透射带通滤光片的膜系结构为ba、baba、
bababa或者babababa的偶数交换分布的结构，其中a代表介质层，b为金属层。
[0011]
在其中一个实施例中，所述金属层的材料为铝、银或者铬。
[0012]
在其中一个实施例中，所述介质层的材料为二氧化硅、氧化铝、氟化镁、氟化铝、氧化铪中至少一种。
[0013]
一种紫外诱导透射带通滤光片的制备方法，包括：将基板放入真空室内，对真空室抽真空，当真空度为1
×
10-1
～5
×
10-1
pa时，对基板进行烘烤，烘烤温度为60～80℃，烘烤时间为1-2小时；当真空度达到5.0
×
10-4
pa～8.0
×
10-4
pa时，采用离子源对所述基板进行预清洁；对金属材料或者介质材料进行预熔形成蒸气，采用蒸气对清洁后的所述基板进行交替镀膜，制备得到上述的所述紫外诱导透射带通滤光片。
[0014]
在其中一个实施例中，所述当真空度达到5.0
×
10-4
pa～8.0
×
10-4
pa时，采用离子源对所述基板进行预清洁，包括：当真空度达到5.0
×
10-4
pa～8.0
×
10-4
pa时，打开离子源开关，设定屏极电压300v～350v，加速电压200v～250v，中和极电流15a～20a，离子束流100毫安～150毫安，充氩气量13sccm～16sccm，对基板进行预清洁，清洁时间为300秒～600秒，完成后，关闭离子源。
[0015]
在其中一个实施例中，所述对金属材料或者介质材料进行预熔形成蒸气，包括：第一步，将电子枪的电子束流从0逐渐增加到80～100毫安，上升时间为10秒～15秒，保持时间为8～10秒；第二步，将电子枪的所述电子束流逐渐增加到120～200毫安，上升时间为10秒～15秒，保持时间为8～10秒，预熔完成形成蒸气。
[0016]
与现有技术相比，本发明的优点在于：在满足透射率要求的情况下，通过单面镀膜实现了紫外透过滤光片，可见光及红外波段实现了良好的介质效果，不仅降低了镀膜工艺的复杂程度，而且一次成膜的工艺也降低了产品由于再次镀膜带来的风险；另外，膜层厚度可以根据材料以及透射要求设置，使得膜层数量远低于同类型产品，也使得滤光片的总厚度小于微米级，提高了生产效率；且采用低温烘烤成膜工艺，保证了膜层牢固度的同时，也保证了金属膜受温度、氧气环境的影响最低。
附图说明
[0017]
为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0018]
图1是本发明的实施例中紫外诱导透射带通滤光片的截面示意图；
[0019]
图2是本发明的实施例中紫外诱导透射带通滤光片的设计示意图；以及
[0020]
图3是本发明的实施例中紫外诱导透射带通滤光片的制备方法流程示意图。
具体实施方式
[0021]
下面结合附图对本技术实施例进行详细描述。
[0022]
以下通过特定的具体实例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。本技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本技术的精神
下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0023]
要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本技术，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目和方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
[0024]
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本技术的基本构想，图式中仅显示与本技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。在本具体实施例方式中紫外诱导透射带通滤光片和带通滤光片为同一产品。
[0025]
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践方面。
[0026]
本技术实施例提供一种紫外诱导透射带通滤光片，包括至少两层层结构，两层层结构均是采用低温烘烤成膜工艺形成的，第一层结构为金属层，第二层结构为介质层。在其中一个实施例中，紫外诱导透射带通滤光片还可以具有第三层层结构，第三层层结构是基底材料，基底材料可以为蓝宝石、石英、氟化物等。第一层结构或者第二层结构可以在第三层层结构上形成。
[0027]
在其中一个实施例中，金属层的材料为铝、银或者铬。
[0028]
在其中一个实施例中，介质层的材料为二氧化硅、氧化铝、氟化镁、氟化铝、氧化铪中至少一种。
[0029]
如图1所示，带通滤光片包括8层层结构，底层为基底材料；1、3、5、7层的材料一致，均为二氧化硅；2、4、6层的材料一致，均为金属铝。
[0030]
带通滤光片的势透过率ψ为出射光强与入射光强的比值，层结构的目标物理厚度(光学厚度)为d，紫外诱导透射带通滤光片的膜系光学常数为n-ik，紫外诱导透射带通滤光片的膜系出射导纳为ye，ye＝x iz，式中，x，z分别为出射导纳的实部与虚部，i为虚部单位，re指出射导纳的实部，α为膜层位相的实部，β为膜层位相的虚部，
[0031][0032][0033]
式中，
[0034]
以上为单一膜层的特征矩阵，式中的位相δ由金属膜、介质膜的材料参数n-ik以及其物理厚度d、波长λ三个变量影响。根据确定金属层的材料与介质层的材料、以及设计目标对应的波长范围以及透过率，通过优化膜层的物理厚度来该表膜层的位相δ，金属膜与介质膜同理。在透过率一定时，可通过特征矩阵求解膜层的位相，进而根据位相公式、求解金属膜与介质膜的物理厚度。在多腔的膜系结构中，如ababa、abababa等甚至更多的层数中，多层膜的特征矩阵可表示为
[0035][0036]
同理，通过求解膜层的位相，来确定每一层膜的厚度，使紫外诱导透射带通滤光片的势透过率符合预设需求。
[0037]
当紫外诱导透射带通滤光片满足图2的设计需求(图2中的横坐标为波长，单位为nm，纵坐标为透射率，单位为％)时，膜系中各膜层具体厚度可以如下所示：
[0038]
第一层sio2，厚度为30nm；
[0039]
第二层al，厚度为19.13nm；
[0040]
第三层sio2，厚度为52.22nm；
[0041]
第四层al，厚度为38.09nm；
[0042]
第五层sio2，厚度为52.22nm；
[0043]
第六层al，厚度为17.82nm；
[0044]
第七层sio2，厚度为51.87nm。
[0045]
上述带通滤光片，在满足透射率要求的情况下，通过单面镀膜实现了紫外透过滤光片，可见光及红外波段实现了良好的介质效果，不仅降低了镀膜工艺的复杂程度，而且一次成膜的工艺也降低了产品由于再次镀膜带来的风险；另外，膜层厚度可以根据材料以及透射要求设置，不仅使得膜层数量远低于同类型产品，也使得滤光片的总厚度小于微米级，提高了生产效率；且采用低温烘烤成膜工艺，保证了膜层牢固度的同时，也保证了金属膜受温度、氧气环境的影响最低。
[0046]
在其中一个实施例中，紫外诱导透射带通滤光片的膜系结构为aba、ababa、abababa或者ababababa的奇数交换分布的结构，其中a代表介质层，b为金属层。
[0047]
在其中一个实施例中，紫外诱导透射带通滤光片的膜系结构为ba、baba、bababa或者babababa的偶数交换分布的结构，其中a代表介质层，b为金属层。
[0048]
如图3所示，一种紫外诱导透射带通滤光片的制备方法，包括：
[0049]
步骤301，将基板放入真空室内，对真空室抽真空，当真空度为1
×
10-1
～5
×
10-1
pa时，对基板进行烘烤，烘烤温度为60～80℃，烘烤时间为1-2小时；
[0050]
步骤302，当真空度达到5.0
×
10-4
pa～8.0
×
10-4
pa时，采用离子源对基板进行预清洁；
[0051]
步骤303，对金属材料或者介质材料进行预熔形成蒸气，采用蒸气对清洁后的基板进行交替镀膜，制备得到紫外诱导透射带通滤光片。
[0052]
在其中一个实施例中，当真空度达到5.0
×
10-4
pa～8.0
×
10-4
pa时，采用离子源对基板进行预清洁，包括：
[0053]
当真空度达到5.0
×
10-4
pa～8.0
×
10-4
pa时，打开离子源开关，设定屏极电压300v～350v，加速电压200v～250v，中和极电流15a～20a，离子束流100毫安～150毫安，充氩气量13sccm～16sccm，对基板进行预清洁，清洁时间为300秒～600秒，完成后，关闭离子源。
[0054]
在其中一个实施例中，对金属材料或者介质材料进行预熔形成蒸气，包括：
[0055]
第一步，将电子枪的电子束流从0逐渐增加到80～100毫安，上升时间为10秒～15秒，保持时间为8～10秒；
[0056]
第二步，将电子枪的电子束流逐渐增加到120～200毫安，上升时间为10秒～15秒，保持时间为8～10秒，预熔完成形成蒸气。
[0057]
以制备图1所示的紫外诱导透射带通滤光片为例，各个层结构的光学厚度从下至上分别为3l、0.18m、3l、0.18m、3l、0.18m、3l，参考波长为150nm，3l代表3个光学厚度的sio2，0.18m代表0.18个光学厚度的al。优化目标为t《0.1％(280-1200nm)，t》25％(250-260nm)，优化后，得到的光谱曲线如图2所示。具体沉积过程如下：
[0058]
1.将镜片放入真空室内，关闭真空室门，对真空室抽真空，待真空度在1
×
10-1
pa时，开启烘烤选项，对基板进行烘烤，烘烤温度为80摄氏度。
[0059]
2.当真空度达到8.0
×
10-4
pa时，打开离子源开关，设定屏极电压300v，加速电压200v，中和极电流15a，束流100毫安，充氩气量13sccm，对基板进行预清洁，清洁时间为300秒，完成后，关闭离子源。
[0060]
3.进行第一层膜sio2的镀制其中，材料预熔分为两步：第一步，电子枪束流从0逐渐增加到80毫安，上升时间为10秒，保持时间为10秒；第二步，电子枪束流从80毫安逐渐增加到120毫安，上升时间为10秒，保持时间为10秒形成蒸气。预熔完成后，打开挡板，让蒸气附着在基底材料上，蒸气的蒸发速率设定为8a/s，设定镀膜厚度为32.5nm。在80℃温度下，对附着蒸气的基底材料进行烘烤。
[0061]
4.进行第二层膜al的镀制其中，材料预熔分为两步：第一步，电子枪束流从0逐渐增加到100毫安，上升时间为10秒，保持时间为20秒；第二步，电子枪束流从100毫安逐渐增加到200毫安，上升时间为10秒，保持时间为20秒形成蒸气。预熔完成后，打开挡板，让蒸气附着在步骤3形成的材料上，蒸气的蒸发速率设定为8a/s，设定镀膜厚度为32.5nm。镀膜完成后，电子枪束流缓慢下降，从200降到0毫安，期间经过120秒，以防降温过快，导致坩埚炸裂。在80℃温度下，对附着蒸气的基底材料进行烘烤。
[0062]
5.进行第三层膜sio2的镀制其中，材料预熔分为两步：第一步，电子枪束流从0逐渐增加到80毫安，上升时间为10秒，保持时间为10秒；第二步，电子枪束流从80毫安逐渐增加到120毫安，上升时间为10秒，保持时间为10秒形成蒸气。预熔完成后，打开挡板，让蒸气附着在步骤4形成的材料上，蒸气的蒸发速率设定为8a/s，设定镀膜厚度为57.4nm。在80℃温度下，对附着蒸气的基底材料进行烘烤。
[0063]
6.进行第四层膜al的镀制其中，材料预熔分为两步：第一步，电子枪束流从0逐渐增加到100毫安，上升时间为10秒，保持时间为20秒；第二步，电子枪束流从100毫安逐渐增加到200毫安，上升时间为10秒，保持时间为20秒形成蒸气。预熔完成后，打开挡板，让蒸气附着在步骤5形成的材料上，蒸气的蒸发速率设定为8a/s，设定镀膜厚度为32.4nm。镀膜完成后，电子枪束流缓慢下降，从200降到0毫安，期间经过120秒，以防降温过快，导致坩埚炸裂。在80℃温度下，对附着蒸气的基底材料进行烘烤。
[0064]
7.进行第五层膜sio2的镀制其中，材料预熔分为两步：第一步，电子枪束流从0逐渐增加到80毫安，上升时间为10秒，保持时间为10秒；第二步，电子枪束流从80毫安逐渐增加到120毫安，上升时间为10秒，保持时间为10秒形成蒸气。预熔完成后，打开挡板，让蒸气附着在步骤6形成的材料上，蒸气的蒸发速率设定为8a/s，设定镀膜厚度为58.7nm。在80℃温度下，对附着蒸气的基底材料进行烘烤。
[0065]
8.进行第六层膜al的镀制其中，材料预熔分为两步：第一步，电子枪束流从0逐渐增加到100毫安，上升时间为10秒，保持时间为20秒；第二步，电子枪束流从100毫安逐渐增加到200毫安，上升时间为10秒，保持时间为20秒形成蒸气。预熔完成后，打开挡板，让蒸气附着在步骤7形成的材料上，蒸气的蒸发速率设定为8a/s，设定镀膜厚度为15.1nm。镀膜完成后，电子枪束流缓慢下降，从200降到0毫安，期间经过120秒，以防降温过快，导致坩埚炸裂。在80℃温度下，对附着蒸气的基底材料进行烘烤。
[0066]
9.进行第七层膜sio2的镀制其中，材料预熔分为两步：第一步，电子枪束流从0逐渐增加到80毫安，上升时间为10秒，保持时间为10秒；第二步，电子枪束流从80毫安逐渐增加到120毫安，上升时间为10秒，保持时间为10秒形成蒸气。预熔完成后，打开挡板，让蒸气附着在步骤8形成的材料上，蒸气的蒸发速率设定为8a/s，设定镀膜厚度为57.1nm。在80℃温度下，对附着蒸气的基底材料进行烘烤。
[0067]
10.镀膜完成后得到带通滤光片，真空保持1小时后，对真空室放气，取出镜片进行测试。
[0068]
11.使用分光光度计对镜片进行测试，峰值透过率26.24％，峰值波长253nm，半高宽23nm，300-1200nm平均透过率0.096％。
[0069]
以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。