一種線性漸變?yōu)V光片中間楔形諧振腔層的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光學(xué)濾光片制備方法，特別涉及一種線性漸變?yōu)V光片中間楔形諧振腔層的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的分光組件主要有棱鏡和光柵兩種。棱鏡的分光原理是利用不同波長光的折射率不同，當(dāng)它們通過棱鏡時，傳播方向會發(fā)生不同程度偏折，因而光通過棱鏡后便被分離開來，達(dá)到分光目的。不過，棱鏡也有其固有缺點，棱鏡的工作波長范圍受到所用的光學(xué)材料限制、的光束帶寬較寬、分辨率較低。光柵分光則是根據(jù)光柵公式d sin Θ =kA，其中d為光柵的縫間間距，Θ為衍射角，k為衍射級次，當(dāng)不同波長的光經(jīng)過光柵后，由于衍射角Θ不同就會被分離開來。光柵的縫間間距d越小，不同波長之間的光就分的越開。由于光柵的高色散能力以及工作波段較寬等優(yōu)點，已逐漸取代棱鏡成為常用光譜儀的核心分光組件。
[0003]然而，不管是棱鏡光譜儀還是光柵光譜儀，均存在體積和質(zhì)量較大、機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題，使其難以應(yīng)用到航天航空領(lǐng)域。因此，上世紀(jì)80年代研宄人員提出了一種基于法布里-珀羅諧振腔原理的線性漸變?yōu)V光片。對于法布里-珀羅干涉濾光片，其透射峰波長由公式λ =給出，可以看出，一定的諧振腔間隔層厚度對應(yīng)著一定的透射峰波長，若間隔層厚度沿某一方向線性變化，則相應(yīng)級次對應(yīng)的透射峰波長也成線性變化，這便是線性漸變?yōu)V光片的基本原理，可以實現(xiàn)沿間隔層厚度變化方向不同位置具有不同的透射峰波長。
[0004]與近年發(fā)展的一些多通道帶通濾光片相比，線性漸變?yōu)V光片具有不需拼接、制作工藝相對簡單的優(yōu)點。目前，線性漸變?yōu)V光片已經(jīng)作為分光組件應(yīng)用到微型光譜儀里，但并未得到廣泛的推廣和應(yīng)用，主要原因在于難以批量獲得理想的中間楔形諧振腔層?，F(xiàn)有的制備中間楔形諧振腔層方法有利用自行設(shè)計制作的膜厚修正擋板機(jī)構(gòu)進(jìn)行真空蒸發(fā)鍍膜，光刻膠流動獲得楔形層后離子束刻蝕等方法。這些方法存在膜厚難以精確控制、制備過程繁瑣、制備效率低，成品率低等缺點，難以批量制備出符合設(shè)計要求的楔形諧振腔層。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是針對線性漸變?yōu)V光片中間楔形諧振腔層批量生產(chǎn)成品率低的問題，提出了一種線性漸變?yōu)V光片中間楔形諧振腔層的制備方法，能夠制備厚度呈線性變化的中間諧振腔層，配合膜系設(shè)計和鍍膜技術(shù)，制作出具有一定工作波段范圍的線性漸變?yōu)V光片。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種線性漸變?yōu)V光片中間楔形諧振腔層的制備方法，所述線性漸變?yōu)V光片由上下兩層反射膜系以及中間楔形諧振腔構(gòu)成，制備方法具體包括如下步驟:
[0007]I)在基片上通過熱蒸發(fā)或者磁控濺射鍍膜方式獲得下層反射膜系以及平整諧振腔層；
[0008]2)對諧振腔層材料的刻蝕速率進(jìn)行標(biāo)定，獲得諧振腔層材料在離子刻蝕條件下的蝕刻速率V ;
[0009]3)將步驟2)獲得的樣品，和無法穿透離子束的擋板平行放置，平整的諧振腔層面向擋板，擋板中間開出三角形窗口，三角形底邊與樣品底部在一平面，三角形的頂點與樣品的頂部同高，在擋板的另一邊離子束垂直入射擋板，離子束出射穿過三角形，到樣品面上進(jìn)行刻蝕，樣品在樣品臺的帶動下，在保持與擋板等距離并與離子束垂直面來回勻速運動，完整整個刻蝕，形成楔形諧振腔層；
[0010]4)步驟3)刻蝕后的樣品在楔形諧振腔層的楔形面鍍制上層膜系，即完成線性漸變?yōu)V光片的制作。
[0011]所述擋板為陶瓷板。
[0012]所述三角形為等腰三角形，底邊長度為L，高為H，沿樣品臺運動方向不同高度對應(yīng)的三角形開口寬度為D，對應(yīng)開口寬度的高為h，則D關(guān)于h的函數(shù)為:
[0013]D(h) = L(l-h/H)
[0014]不同高度對應(yīng)的蝕刻深度:
[0015]ff(h) = D V N/V = vLN(l-h/H)/V
[0016]其中V為樣品臺的運動速率，N為來回刻蝕的遍數(shù)。
[0017]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明線性漸變?yōu)V光片中間楔形諧振腔層的制備方法，相對于現(xiàn)有楔形諧振腔層腔制備方法具有制作過程簡易、工藝操作簡單、成品率高、膜厚控制較為精確、可批量生產(chǎn)等優(yōu)點，有利于降低以線性漸變?yōu)V光片為核心分光組件的微型光譜儀的生產(chǎn)成本，促進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
【附圖說明】
[0018]圖1為線性漸變?yōu)V光片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明楔形諧振腔層加工示意圖；
[0020]圖3為本發(fā)明楔形諧振腔層加工各個參數(shù)關(guān)系示意圖；
[0021]圖4為本發(fā)明楔形諧振腔層加工前后對比圖。
【具體實施方式】
[0022]法布里-珀羅線性漸變?yōu)V光片中間楔形諧振腔層的制備方法。通過在離子束出射窗口和待加工樣片之間垂直于離子束出射方向放置開三角形窗口的擋板，沿離子束出射方向三角形頂部與樣片一端重合，離子束刻蝕時，樣片以某一恒定速率來回運動，經(jīng)過一定的刻蝕遍數(shù)后，可獲得垂直于樣品運動方向上的厚度差異，獲得設(shè)計的楔形間隔層。離子束刻蝕之前需先標(biāo)定中間層介質(zhì)材料的刻蝕速率，通過調(diào)節(jié)離子束刻蝕的參數(shù)在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)獲得合適的材料刻蝕速率。
[0023]如圖1為典型的線性漸變?yōu)V光片的結(jié)構(gòu)示意圖，濾光片由上下兩層反射膜系以及中間楔形諧振腔構(gòu)成。通過熱蒸發(fā)或者磁控濺射鍍膜方式獲得下層反射膜系以及平整的諧振腔層。在離子束蝕刻之前，首先對諧振腔層材料的刻蝕速率進(jìn)行標(biāo)定，獲得該種材料在常規(guī)氬離子刻蝕條件下的蝕刻速率V。
[0024]圖2給出楔形諧振腔層加工示意圖，其中擋板是預(yù)先設(shè)計和加工的陶瓷板，中間開出三角形窗口，圖中為等腰三角形，樣品為獲取的下層反射膜系以及平整的諧振腔層，樣品和擋板平行放置，平整的諧振腔層面向擋板，三角形底邊與樣品底部在一平面，三角形的頂點與樣品的頂部同高，即樣品的高度等于三角形的高度，在擋板的另一邊離子束垂直入射擋板，離子束出射穿過三角形，到樣品面上進(jìn)行刻蝕，樣品在樣品臺的帶動下，在保持與擋板等距離并與離子束垂直面來回運動，完成整個刻蝕工藝。
[0025]如圖3所示楔形諧振腔層加工各個參數(shù)關(guān)系示意圖，三角形底邊長度為L，三角形的高為H，沿樣品臺運動方向不同高度對應(yīng)的開口寬度為D，對應(yīng)的高為h，則D是關(guān)于h的函數(shù)為:
[0026]D(h) = L(l-h/H)
[0027]不同高度對應(yīng)的蝕刻深度可由以下公式給出:
[0028]ff(h) = D V N/V = V LN (1-h/H) /V
[0029]式中V為介質(zhì)材料在特定蝕刻條件下的蝕刻速率，V為樣品臺的運動速率，N為來回刻蝕的遍數(shù)。根據(jù)設(shè)計的蝕刻深度要求以及標(biāo)定的材料刻蝕速率，計算出需要來回刻蝕的遍數(shù)。在離子束刻蝕機(jī)中設(shè)定好相關(guān)參數(shù)，刻蝕后即可獲得預(yù)期的楔形諧振腔層。如圖4所示刻蝕前后的示意圖，加工后的樣片只需再鍍制上層膜系，即可完成線性漸變?yōu)V光片的制作。
【主權(quán)項】
1.一種線性漸變?yōu)V光片中間楔形諧振腔層的制備方法，所述線性漸變?yōu)V光片由上下兩層反射膜系以及中間楔形諧振腔構(gòu)成，其特征在于，制備方法具體包括如下步驟: 1)在基片上通過熱蒸發(fā)或者磁控濺射鍍膜方式獲得下層反射膜系以及平整諧振腔層； 2)對諧振腔層材料的刻蝕速率進(jìn)行標(biāo)定，獲得諧振腔層材料在離子刻蝕條件下的蝕刻速率V ; 3)將步驟2)獲得的樣品，和無法穿透離子束的擋板平行放置，平整的諧振腔層面向擋板，擋板中間開出三角形窗口，三角形底邊與樣品底部在一平面，三角形的頂點與樣品的頂部同高，在擋板的另一邊離子束垂直入射擋板，離子束出射穿過三角形，到樣品面上進(jìn)行刻蝕，樣品在樣品臺的帶動下，在保持與擋板等距離并與離子束垂直面來回勻速運動，完整整個刻蝕，形成楔形諧振腔層； 4)步驟3)刻蝕后的樣品在楔形諧振腔層的楔形面鍍制上層膜系，即完成線性漸變?yōu)V光片的制作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述線性漸變?yōu)V光片中間楔形諧振腔層的制備方法，其特征在于，所述擋板為陶瓷板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述線性漸變?yōu)V光片中間楔形諧振腔層的制備方法，其特征在于，所述三角形為等腰三角形，底邊長度為L，高為H，沿樣品臺運動方向不同高度對應(yīng)的三角形開口寬度為D，對應(yīng)開口寬度的高為h，則D關(guān)于h的函數(shù)為:D(h) = L(l-h/H) 不同高度對應(yīng)的蝕刻深度:ff(h) =D vN/V = V LN(l-h/H) /V 其中V為樣品臺的運動速率，N為來回刻蝕的遍數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種線性漸變?yōu)V光片中間楔形諧振腔層的制備方法，通過在離子束出射窗口和待加工樣片之間垂直于離子束出射方向放置開三角形窗口的擋板，沿離子束出射方向三角形頂部與樣片一端重合，離子束刻蝕時，樣片以某一恒定速率來回運動，經(jīng)過一定的刻蝕遍數(shù)后，可獲得垂直于樣品運動方向上的厚度差異，獲得設(shè)計的楔形間隔層。離子束刻蝕之前需先標(biāo)定中間層介質(zhì)材料的刻蝕速率，通過調(diào)節(jié)離子束刻蝕的參數(shù)在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)獲得合適的材料刻蝕速率。相對于現(xiàn)有楔形諧振腔層腔制備方法具有制作過程簡易、工藝操作簡單、成品率高、膜厚控制較為精確、可批量生產(chǎn)等優(yōu)點，有利于降低以線性漸變?yōu)V光片為核心分光組件的微型光譜儀的生產(chǎn)成本。
【IPC分類】G02B5-28
【公開號】CN104597550
【申請?zhí)枴緾N201510053499
【發(fā)明人】盛斌, 陳鵬, 黃元申, 張大偉
【申請人】上海理工大學(xué)
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年2月2日