一種雙消短波通光學濾波器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及雙消短波通光學濾波器領域，具體涉及一種雙消短波通光學濾波 器。
【背景技術】
[0002] 短波通光學濾波器在光學工程中廣為應用，其功能是透射短波長光而反射長波長 光。以光電投影顯示為例，這種短波通光學濾波器的應用包括三種基本功能：把白光分解成 三基色光、把經(jīng)過調(diào)制的三基色光合成彩色圖像以及隔離光源的紅外光。
[0003] 高亮度、高清晰度和色彩還原是顯示技術中最關注的三個技術指標，因此如何提 高光能利用率和圖像對比度以及色飽和度是長期以來致力解決的問題。但現(xiàn)用短波通光 學濾波器都是釆用麥克勞德《光學薄膜濾波器》中的短波通膜系（〇. 5LH0. 5L)P作為基本膜 系結構進行厚度優(yōu)化得到的，其中P是周期數(shù)。這種短波通光學濾波器不僅短波通帶中的 殘余反射率高，而且透射-反射過渡區(qū)中s-偏振光、p-偏振光的過渡波長分離很大。其結 果，一是導致光能損失，降低了光能利用率；二是損失的那一部分光在系統(tǒng)內(nèi)通過多次反射 和折射后變成了雜散光，導致圖像清晰度和對比度下降；三是色飽和度降低，彩色圖像淡而 不艷。
[0004] 申請公布號為CN103513314A(申請?zhí)枮?01310471073. 4)的中國發(fā)明專利申請 公開了一種低通濾波器，包括沿光路方向依次設置的第一石英晶體片、四分之一波片、第二 石英晶體片，其中，在所述第一石英晶體片的光線入射側(cè)表面上鍍有紅外截止膜，在所述第 二石英晶體片的光線出射表面上鍍有受抑波長漂移膜，所述的紅外截止膜包括交替分布的 高折射率層和低折射率層，所述的高折射率層為Ti305層、Nb205層或ZnS層，所述的低折射 率層為SiOjl，所述的受抑波長漂移膜包括從所述第二石英晶體片向外依次設置的第一 匹配膜系、主膜系和第二匹配膜系，其中，所述的第一匹配膜系包括交替分布的低折射率層 Si02和高折射率層Ti305，所述的主膜系包括交替分布的交替分布的低折射率層Si02和高折 射率層Ti305，所述的第二匹配膜系包括交替分布的高折射率層Ti305和低折射率層Si02& 及插在高折射率層Ti305和低折射率層SiO2之間的中間折射率層Ta205或HfO2。該低通濾 波器主要有三個方面的功能：截止近紅外光和紫外光、穩(wěn)定透射-截止過渡波長和消除莫 爾條紋，可應用在高像素傳感器中，但是，其紅外截止膜采用交替分布的高折射率層和低折 射率層，實現(xiàn)截止近紅外光和紫外光，即反射近紅外光和紫外光，該紅外截止膜不適合用于 光電投影顯示、影像采集系統(tǒng)和彩色工程中。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術的缺陷，提供了一種雙消短波通光學濾波器， 從而提高顯示圖像的亮度、清晰度和色飽和度。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明人在分析計算的基礎上，首次提出了一種雙消短波通光 學濾波器的設計。其構思過程是，由于僅用一個所述的現(xiàn)用短波通膜系（〇.51^0.51廣作 為初始結構是不可能實現(xiàn)雙消目的的，那怕在優(yōu)化過程中選用三種以上的薄膜材料也無濟 于事，故需按如下步驟來實施：第一步先設計第一主膜系，要求其透射-反射過渡區(qū)中S-、 P-偏振光的過渡波長幾乎沒有分離，但由于僅用兩種薄膜材料是不可能消除偏振分離的， 故需選用三種薄膜材料；第二步再設計第二主膜系，由于第一主膜系實現(xiàn)消偏振分離后，其 長波區(qū)的反射帶寬變得很窄，所以必須用第二主膜系來展寬其反射帶；第三步是設計導納 匹配膜系，第一主膜系和第二主膜系已實現(xiàn)了S-、P-偏振光的過渡波長幾乎沒有分離，且 長波具有足夠?qū)挼母叻瓷鋷В藭r短波透射帶中仍有較大的殘余反射，這是因為第一主 膜系和第二主膜系的總導納與基板導納不匹配引起的，為此必須在基板和第一、二主膜系 之間再設計一個導納匹配膜系。
[0007] 具體地說，本實用新型所采取的技術方案是：
[0008] 一種雙消短波通光學濾波器，包括基板以及設置在所述基板上的雙消短波通膜 系，所述的雙消短波通膜系，包括依次設置在所述基板上的導納匹配膜系、第一主膜系和第 二主膜系；
[0009] 所述的導納匹配膜系由中間折射率膜和低折射率膜交替組成；
[0010] 所述的第一主膜系由高折射率膜、中間折射率膜和低折射率膜組成；
[0011] 所述的第二主膜系由高折射率膜和低折射率膜交替組成；
[0012] 所述的高折射率膜為Ti02膜或Nb205膜，所述的中間折射率膜為A1 203膜或MgO膜， 所述的低折射率膜為Si02膜。
[0013] 本實用新型中，這種結構的短波通光學濾波器具有雙消特性：消短波通帶殘余反 射和消S-、p-偏振光過渡波長分尚。
[0014] 進一步地，所述的高折射率膜為1102膜，所述的中間折射率膜為A1 203膜，所述的 低折射率膜為Si02膜。
[0015] 即所述的高折射率膜的材料為1102或Nb205，優(yōu)選Ti02;所述的中間折射率的材料 為A1203或MgO,優(yōu)選A1 203;所述的低折射率膜的材料為SiO2。
[0016] 進一步地，所述的雙消短波通光學濾波器在空氣中使用的入射角為16度時，總膜 層數(shù)為68層，其中，所述的導納匹配膜系為13層，從基板一側(cè)向外各膜層的厚度依次為： 125. 5,116. 2,110. 9, 111. 5,95. 4,121. 6,95. 4,102. 1，115. 7,103. 5,245. 3,75. 7,76. 4，單 位為nm;
[0017] 所述的第一主膜系為39層，從導納匹配膜系向外各膜層的厚度依次為：19. 7， 165. 8,34. 5,121. 6,41. 2, 35. 4, 51. 1，22. 8, 49. 2, 35. 8,45. 9, 71. 2,44. 5, 38. 9, 52. 6, 21. 4， 52. 0,46. 3, 57. 9,20. 8,50. 0,47. 7,63. 9,21. 2,44. 9,47. 3,69. 5,22. 2,37. 5, 46. 8,78. 1， 28. 7, 27. 6, 39. 8, 77. 6, 30. 3, 26. 0, 37. 8, 71. 9,單位為nm;
[0018] 第一主膜系中，第 1、3、6、8、10、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32、34、36、38 層為 高折射率膜，第2、4、12、31、39層為中間折射率膜，其余為低折射率膜；
[0019] 所述的第二主膜系為16層，從第一主膜系向外各膜層的厚度依次為：88.5， 117. 2,78. 1，119. 8,76. 5,122. 9,76. 9, 125. 2,78. 4,127. 8,85. 9,80. 1，9. 8,31. 4, 72. 5， 75. 5,單位為nm。該雙消短波通光學濾波器在短波通帶400nm~580nm范圍內(nèi)的平均殘余 反射率為0. 036%，透射-反射過渡區(qū)中透射率為50%處的s-、p-偏振光的過渡波長分離 為 0?lnm〇
[0020] 進一步地，所述的雙消短波通光學濾波器在空氣中使用的入射角為45度時，總膜 層數(shù)為79層，其中，所述的導納匹配膜系為6層，從基板一側(cè)向外各膜層的厚度依次為： 121. 8,132. 3,125. 9,101. 5,83. 8,194. 5,單位為nm;
[0021] 所述的第一主膜系為53層，從導納匹配膜系向外各膜層的厚度依次為：18. 3， 217. 2,38. 9,46. 0,23. 7,46. 1,89. 2,95. 2,95. 5,135. 0,26. 7,52. 5,89. 3,48. 9,36. 5,55.1, 89. 0,51. 4, 30. 0,75. 7,26. 3,43. 2,32. 7,40. 7,76. 8,32. 8,35. 9,43. 1，22. 7, 78. 2,46. 8， 44. 3,22. 4,80. 2,49. 9,47. 3,20. 5,77. 3,51. 6,52. 2,19. 2,71. 6,53. 1，51. 9,7. 3,17. 0， 66. 4, 53. 7,63. 5,17. 1，57. 7, 56. 9,85. 7,單位為nm;
[0022] 第一主膜系中，第 1、3、5、7、11、15、19、21、23、27、29、31、33、35、37、39、41、43、46、 48、50、52層為高折射率膜，第8、10、13、17、25、45、53層為中間折射率膜，其余為低折射率 膜；
[0023] 所述的第二主膜系為20層，從第一主膜系向外各膜層的厚度依次為：14. 9,40. 0， 52. 9,80. 9,14. 8,40. 1，60. 7,154. 7, 77. 7,141.