一种球面镜窄带滤光片及其制备方法
阅读说明：本技术 一种球面镜窄带滤光片及其制备方法 (Narrow-band optical filter for spherical mirror and preparation method thereof ) 是由 陆张武 柴建龙 王迎 李恭剑 于 2021-05-28 设计创作，主要内容包括：本发明属于镀膜技术领域,具体涉及一种球面镜窄带滤光片及其制备方法,包括球面镜基底、设于球面镜基底一侧的窄带通膜系、设于球面镜基底另一侧的长波通膜系；所述长波通膜系包括从内往外逐层交替沉积的低折射率膜层和高折射率膜层,以及作为低折射率膜层的最外层；所述窄带通膜系包括从内往外逐层交替沉积的高折射率膜层和低折射率膜层。提供了一种947nm透过球面镜窄带滤光片,所述滤光片达到优良技术指标：在入射角为0°时,900-930nm光谱波段具有高透过率,887nm&950nm处的透过率小于10％,890nm&940nm处的透过率小于50％,在200nm-870nm、965-1050nm光谱波段截止,截止区域内最大透过率＜1％,入射角为0°和22°是曲线偏移小于8nm的球面镜窄带滤光片。(The invention belongs to the technical field of coating, and particularly relates to a narrow-band pass filter of a spherical mirror and a preparation method thereof, wherein the narrow-band pass filter comprises a spherical mirror substrate, a narrow-band pass membrane system arranged on one side of the spherical mirror substrate, and a long-wave pass membrane system arranged on the other side of the spherical mirror substrate; the long-wave pass film system comprises low-refractive-index film layers and high-refractive-index film layers which are alternately deposited layer by layer from inside to outside, and the long-wave pass film layers are used as the outermost layers of the low-refractive-index film layers; the narrow band-pass film system comprises high-refractive-index film layers and low-refractive-index film layers which are alternately deposited layer by layer from inside to outside. The 947nm narrow-band filter for the transmission of the spherical mirror is provided, and the filter achieves excellent technical indexes: when the incident angle is 0 degree, the 900-930nm spectral band has high transmittance, the transmittance at 887nm &950nm is less than 10%, the transmittance at 890nm &940nm is less than 50%, the spectral band is cut off at 200nm-870nm and 965-1050nm, the maximum transmittance in the cut-off region is less than 1%, and the incident angles of 0 degree and 22 degree are spherical mirror narrow-band filters with curve deviation less than 8 nm.)
技术领域
本发明属于镀膜
技术领域
，涉及一种滤光片及其制备方法， 特别是一种球面镜窄带滤光片及其制备方法。背景技术
目前手机等电子产品的摄像头接收器模组中，亟需一种满足 以下要求的滤光片：
(1)入射角为0°时，在900-930nm谱段具有高透过率；
(2)入射角为0°时，在200nm-870nm谱段、965-1050nm谱 段具有抑制光信号通过的作用，
(3)在入射角为0°时，887nm&950nm处的透过率小于10％， 890nm&940nm处的透过率小于50％；
(4)入射角为0°和22°时，曲线偏移小于8nm
(5)产品外形为球面镜，实现滤光膜特性与球面镜特性的完 美结合，增大了滤光片的实用性；
(6)在低温(-40℃)、高温(+85℃)、高湿(90％)及冷热 循环变化的环境长时间放置后仍然可以使用。
(7)基底厚度小(≤0.3mm)，以满足模组整体结构的微型化 要求。
(8)在轻微外力反复摩擦(压力<5N)下，膜层无损伤。
(9)在酒精乙醚混合液(酒精:乙醚＝1:2)轻微反复擦拭下， 膜层无损伤。
(10)在高温纯水(>95℃)里浸泡2小时以上，拉膜(使 用CT-18胶带)后膜层无脱落。
在先发明申请CN201910165758.3公开了滤光片及其制备方 法，并具体公开了滤光片包括透明基底以及分别设置在所述透明 基底两侧的第一长波通膜系和第二长波通膜系；所述第一长波通 膜系和所述第二长波通膜系均包括交替叠加的高折射率膜层和低 折射率膜层。该发明仅得到830-950nm透过近红外滤光片，且基 底外形为平行平板，而无法得到满足上述要求的滤光片。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提出了一种球面镜 窄带滤光片及其制备方法，在入射角为0°时，900-930nm光谱波 段具有高透过率,887nm&950nm处的透过率小于10％， 890nm&940nm处的透过率小于50％，在200nm-870nm、 965-1050nm光谱波段截止,入射角为0°和22°是曲线偏移小于 8nm。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
一种球面镜窄带滤光片，包括球面镜基底、设于球面镜基底 一侧的窄带通膜系、设于球面镜基底另一侧的长波通膜系；所述 长波通膜系包括从内往外逐层交替沉积的低折射率膜层和高折射 率膜层，以及作为低折射率膜层的最外层；所述窄带通膜系包括 从内往外逐层交替沉积的高折射率膜层和低折射率膜层。
进一步地，所述窄带通膜系的结构为(HL2HLHL)^5，中心波 长为915nm；H为一个基本厚度的高折射率膜层，L为一个基本厚 度的低折射率膜层；(HL2HLHL)^5中的5为基本膜堆(HL2HLHL) 的周期数。
进一步地，所述长波通膜系的结构为(0.5HL0.5H)^17，过渡 带中心波长为835nm；H为一个基本厚度的高折射率膜层，L为一 个基本厚度的低折射率膜层；0.5H表示高折射率膜层厚度为0.5 个基本厚度；(0.5HL0.5H)^17中的17为基本膜堆(0.5HL0.5H)的 周期数。
进一步地，所述窄带通膜系中的高折射率膜层或低折射率膜 层的基本厚度为所述窄带通膜系的光学厚度的中心波长的四分之 一；所述长波通膜系中的高折射率膜层或低折射率膜层的基本厚 度为所述长波通膜系的光学厚度的中心波长的四分之一。
进一步地，所述低折射率膜层为氧化硅膜层，所述高折射率 膜层为氢氧化硅/氮氢化硅膜层。
进一步地，所述长波通膜系和所述窄带通膜系均通过磁控溅 射方法镀膜完成。
一种球面镜窄带滤光片制备方法，在真空溅射镀膜机中实现， 方法包括：
步骤S01，将球面镜基底放入低真空腔室中并抽真空5.0E-0Pa 以下；
步骤S02，将球面镜基底放入高真空腔室中并抽真空至 1.0E-03Pa以下；
步骤S03，用射频源发出的等离子体轰击球面镜基底表面；
步骤S04，采用磁控溅射方法在球面镜基底一侧沉积长波通 膜系，所述长波通膜系包括从内往外逐层交替沉积的低折射率膜 层和高折射率膜层，以及作为低折射率膜层的最外层；
步骤S05，采用磁控溅射方法在球面镜基底另一侧沉积窄带 通膜系，所述窄带通膜系包括从内往外逐层交替沉积的高折射率 膜层和低折射率膜层；
步骤S06，将球面镜基底自然冷却至室温，得到球面镜窄带 滤光片。
进一步地，所述低折射率膜层为氧化硅膜层，所述高折射率 膜层为氢氧化硅/氮氢化硅膜层；所述步骤S04包括：
步骤S41，进行氧化硅膜层沉积，第二射频氧化源工作，第 二射频氧化源的工作气体Ar流量为50-500sccm，O2流量为 100-500sccm,第二靶材的溅射源功率为5kw-12kw，第二射频氧化 源的功率为2kw-4kw，第二靶材的工作气体Ar流量为30-300sccm；
步骤S42，进行氢氧化硅/氮氢化硅膜层沉积，第一射频氧化 源工作，第一射频氧化源的工作气体Ar流量为50-500sccm，H2流量为10-100sccm,O2流量为0-50sccm/N2流量为0-50sccm，第 一靶材的溅射源功率为5kw-12kw，第一射频氧化源的功率为 2kw-4kw，第一靶材的工作气体Ar流量为30-300sccm；
步骤S43，按此方式循环步骤S41-S42直到最后第二层；
步骤S44，最后一层进行氧化硅膜层沉积。
进一步地，所述低折射率膜层为氧化硅膜层，所述高折射率 膜层为氢氧化硅/氮氢化硅膜层，
所述步骤S05包括：
步骤S51，进行氢氧化硅/氮氢化硅膜层沉积，第一射频氧化 源工作,第一射频氧化源的工作气体Ar流量为50-500sccm，H2流量为10-100sccm,O2流量为0-50sccm/N2流量为0-50sccm，第 一靶材的溅射源功率为5kw-12kw，第一射频氧化源的功率为 2kw-4kw，氢氧化硅/氮氢化硅膜层的膜层沉积速率为 0.3-0.7nm/s；
步骤S52，进行氧化硅膜层沉积，第二射频氧化源工作，第 二射频氧化源的工作气体Ar流量为50-500sccm，O2流量为 100-500sccm,第二靶材的溅射源功率为5kw-12kw,第二射频氧化 源的功率为2kw-4kw，氧化硅膜层的膜层沉积速率为 0.5-1.2nm/s；
步骤S53，按此方式循环步骤S51-S52直到最后一层。
进一步地，所述制备的球面镜窄带滤光片在入射角为0°时， 900-930nm光谱波段具有高透过率,887nm&950nm处的透过率小于 10％，890nm&940nm处的透过率小于50％，在200nm-870nm、 965-1050nm光谱波段截止，入射角为0°和22°是曲线偏移小于 8nm。
本发明相比现有技术突出且有益的技术效果是：
1.提供了一种947nm透过球面镜窄带滤光片，所述滤光片达 到优良技术指标：在入射角为0°时，900-930nm光谱波段具有高 透过率，887nm&950nm处的透过率小于10％，890nm&940nm 处的透过率小于50％，在200nm-870nm、965-1050nm光谱波段 截止,截止区域内最大透过率＜1％，入射角为0°和22°是曲线偏 移小于8nm的球面镜窄带滤光片。
2.可大大改进该谱段滤光片的通带及截止带的特性，满足摄 像头模组的使用要求。
3.所述滤光片采用高折射率的氢氧化硅/氮氢化硅膜层和低 折射率的氧化硅膜层交替叠加组成，膜层数较少，膜层厚度能够 满足在超薄基底(厚度为0.3mm以下)两个表面上的镀制要求， 所述滤光片满足低温(-40℃)、高温(+85℃)、高湿(90％)环 境下工作等使用要求。
附图说明
图1为本发明一种球面镜窄带滤光片制备方法的流程图。
图2为本发明一种球面镜窄带滤光片的窄带通膜系的理论透 射光谱图。
图3为本发明一种球面镜窄带滤光片的长波通膜系的理论透 射光谱图。
图4为本发明一种球面镜窄带滤光片的双面镀完膜层后滤光 片的透射理论光谱图。
图5为对本发明一种球面镜窄带滤光片性能测试后的透射光 谱图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方 案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1-5所示，一种球面镜窄带滤光片包括球面镜基底、设 于球面镜基底一侧的窄带通膜系、设于球面镜基底另一侧的长波 通膜系；所述长波通膜系包括从内往外逐层交替沉积的低折射率 膜层和高折射率膜层，以及作为低折射率膜层的最外层；所述窄 带通膜系包括从内往外逐层交替沉积的高折射率膜层和低折射率 膜层。所述低折射率膜层为氧化硅膜层，所述高折射率膜层为氢 氧化硅/氮氢化硅膜层。
所述基底为一面半径为110mm的凹球面，一面半径为10mm 的凸球面的球面镜。所述球面镜基底的材质包括玻璃、石英、蓝 宝石或硅酸盐光学玻璃。
所述窄带通膜系可通过磁控溅射方法镀膜完成，利用现有的 真空溅射镀膜机实现。所述窄带通膜系的结构为(HL2HLHL)^5， 中心波长为915nm，H层为氢氧化硅/氮氢化硅层，H表示氢氧 化硅/氮氢化硅厚度为1个基本厚度，L为氧化硅层，表示氧化硅 厚度为1个基本厚度，(HL2HLHL)^5中的5为基本膜堆(HL2HLHL) 的周期数。所述窄带通膜系的基本膜堆不局限于此结构，也可为 HL2HL或HL2HLHLHL等基本结构。
所述长波通膜系可通过磁控溅射方法镀膜完成，利用现有的 真空溅射镀膜机实现。也可以通过真空蒸发和离子辅助镀膜方式 实现。所述长波通膜系的结构为(0.5HL0.5H)^17，过渡带中心波 长为835nm，H层为氢氧化硅/氮氢化硅层，0.5H表示氢氧化硅/ 氮氢化硅厚度为0.5个基本厚度，L为氧化硅层，表示氧化硅厚 度为1个基本厚度，17为基本膜堆(0.5HL0.5H)的周期数。
所述窄带通膜系中的高折射率膜层或低折射率膜层的基本厚 度为所述窄带通膜系的光学厚度的中心波长的四分之一；所述长 波通膜系中的高折射率膜层或低折射率膜层的基本厚度为所述长 波通膜系的光学厚度的中心波长的四分之一。
优选的，采用Macleod/TFC/Opticlayer等光学设计软件对所 述长波通膜系的结构进行优化，得到的窄带通膜系，如表一所示； 其中层数为1的膜层沉积在球面镜基底上，为窄带通膜系的最内 层；层数为34的膜层为窄带通膜系的最外层。
表一 窄带通膜系的参数表
优选的，采用Macleod/TFC/Opticlayer等光学设计软件对所 述长波通膜系的结构进行优化，得到的长波通膜系，如表二所示； 其中层数为1的膜层沉积在球面镜基底上，为长波通膜系的最内 层；层数为35的膜层为长波通膜系的最外层。
表二 长波通膜系的参数表
如图1，本发明提出一种球面镜窄带滤光片制备方法，可用 于制备上述球面镜窄带滤光片。该方法在真空溅射镀膜机中实现。 方法包括：
步骤S01，将球面镜基底放入低真空腔室中并抽真空；
步骤S02，将球面镜基底放入高真空腔室中并抽真空；
步骤S03，用射频源发出的等离子体轰击球面镜基底表面；
步骤S04，采用磁控溅射方法在球面镜基底一侧沉积长波通 膜系，所述长波通膜系包括从内往外逐层交替沉积的低折射率膜 层和高折射率膜层，以及作为低折射率膜层的最外层；
步骤S05，采用磁控溅射方法在球面镜基底另一侧沉积窄带 通膜系，所述窄带通膜系包括从内往外逐层交替沉积的高折射率 膜层和低折射率膜层；
步骤S06，将球面镜基底自然冷却至室温，得到球面镜窄带 滤光片。
上述步骤中所述低折射率膜层为氧化硅膜层，所述高折射率 膜层为氢氧化硅/氮氢化硅膜层。
所述步骤S01具体包括：将清洗干净的球面镜基底放入清洁 的低真空腔室中并抽真空至5.0E-0Pa以下。
所述步骤S02具体包括：将球面镜基底搬入高真空腔室中并 抽真空至1.0E-03Pa以下。
所述步骤S03具体包括：用射频氧化源发出的等离子体轰击 球面镜基片表面0.5-10min，射频氧化源的功率为2-4kw，射频氧 化源的工作气体为Ar，上述Ar的气体流量为50-500sccm。靶材 的工作气体为Ar，上述Ar的气体流量为每对靶材30-300sccm。
所述步骤S04包括：
步骤S41，进行氧化硅膜层沉积，第二射频氧化源工作，第 二射频氧化源的工作气体Ar流量为50-500sccm，O2流量为 100-500sccm,第二靶材的溅射源功率为5kw-12kw，第二射频氧化 源的功率为2kw-4kw，第二靶材的工作气体Ar流量为30-300sccm；
步骤S42，进行氢氧化硅/氮氢化硅膜层沉积，第一射频氧化 源工作，第一射频氧化源的工作气体Ar流量为50-500sccm，H2流量为10-100sccm,O2流量为0-50sccm/N2流量为0-50sccm，第 一靶材的溅射源功率为5kw-12kw，第一射频氧化源的功率为 2kw-4kw，第一靶材的工作气体Ar流量为30-300sccm。
步骤S43，按此方式循环步骤S41-S42直到最后第二层；
步骤S44，最后一层进行氧化硅膜层沉积。
具体地，氢氧化硅/氮氢化硅的溅射速率为0.3-0.7nm/s，氧化 硅的溅射速率为0.5-1.2nm/s；第一靶材和第二靶材均采用 99.999％纯度的硅靶。
所述步骤S05包括：
步骤S51，进行氢氧化硅/氮氢化硅膜层沉积，第一射频氧化 源工作,第一射频氧化源的工作气体Ar流量为50-500sccm，H2流量为10-100sccm,O2流量为0-50sccm/N2流量为0-50sccm，第 一靶材的溅射源功率为5kw-12kw，第一射频氧化源的功率为 2kw-4kw，氢氧化硅/氮氢化硅膜层的膜层沉积速率为 0.3-0.7nm/s；
步骤S52，进行氧化硅膜层沉积，第二射频氧化源工作，第 二射频氧化源的工作气体Ar流量为50-500sccm，O2流量为 100-500sccm,第二靶材的溅射源功率为5kw-12kw,第二射频氧化 源的功率为2kw-4kw，氧化硅膜层的膜层沉积速率为 0.5-1.2nm/s；步骤S53，按此方式循环步骤S51-S52直到最后一 层。
具体地，氢氧化硅/氮氢化硅的溅射速率为0.3-0.7nm/s，氧化 硅的溅射速率为0.5-1.2nm/s；第一靶材和第二靶材均采用 99.999％纯度的硅靶，在此条件下，真空溅射镀膜机按照步骤 S51-S53进行逐层沉积镀膜。
其中步骤中不限于充入氧气，还可充入氮气，氮气量为 0-50sccm；或者也可以不充入气体。是否掺杂其他气体还是不掺 杂气体，旨在于能够获得制备的滤光片能够满足本发明折射率的 要求。
所述步骤S06具体包括：球面镜基底自然冷却至室温得到一 种本实施例所述的947nm高透的球面镜窄带滤光片。
采用Macleod/TFC/Opticlayer等光学设计软件对表二中数据 分析可得长波通膜系的理论透射光谱图，如图2所示，结果表明 入射角为0°时，长波通膜系在350-825nm谱段宽截止，在 910-1100nm谱段具有高透过率。
采用Macleod/TFC/Opticlayer等光学设计软件对表二中数据 分析可得带通膜系的理论透射光谱图结果表明窄带通膜系，在入 射角为0°时，900-930nm光谱波段具有高透过率,887nm&950nm 处的透过率小于10％，890nm&940nm处的透过率小于50％，在 200nm-870nm、965-1050nm光谱波段截止,入射角为0°和22°是曲 线偏移小于8nm(如图5所示)。
双面镀完膜层后滤光片的透射理论光谱图(如图4所示)。
本实施例所述滤光片采用日本光驰公司的NSP-1650真空溅 射镀膜机进行制备，具体步骤如下：
(1)用吸尘器清除镀膜机LL真空室内的杂质，将经过超声 清洗的干净的球面镜基底安装到镀膜夹具上并快速装入干净的真 空室，抽真空至5.0EPa；将镀膜夹具交换到PR成膜室，真空抽 至1.0E-3Pa以下的一定值，开始成膜。
(2)用射频氧化源发出的等离子体轰击球磨机基片表面 0.5-10min，射频氧化源的功率为2-4kw，射频氧化源的工作气体 为Ar，上述Ar气体流量为50-500sccm。靶材气体为Ar，上述 Ar的气体流量为每对靶材30-300sccm。
(3)采用磁控溅射方法，在球面镜基底的一侧逐层交替沉积 长波通膜系中的氢氧化硅/氮氢化硅膜层和氧化硅膜层，直至完成 长波通膜系的沉积；在球面镜基底的另一测逐层交替沉积另一侧 窄带通膜系中的氢氧化硅/氮氢化硅膜层和氧化硅膜层，直至完成窄波通膜系的沉积。
(4)球面镜基底自然冷却至室温，得到一种本实施例所述的 947nm高透的球面镜窄带滤光片。
(5)对所述滤光片进行如下性能测试：
(6)采用美国Agilent公司的Cary 7000通用型分光光度计， 测得所述滤光片的透射光谱(如图5所示)。所述滤光片在入射角 为0°时，900-930nm谱段内的平均透过率为95％以 上,887nm&950nm处的透过率小于10％，890nm&940nm处的透过 率小于50％，在200nm-870nm、965-1050nm谱段内的最大透过 率为1％以下，入射角为0°和22°时曲线偏移小于8nm。
在上述光谱规格中，中心波长可以进行移动，透过带宽宽度 可以加宽或缩窄，截止波长可以变化等进行优化设计更改。上述 所述光谱规格，不局限于此规格，透过带宽和截止带波长变化 +/-10nm,皆可以实现。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说 明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例 做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离 本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
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