滤光片制备方法和滤光片制备装置与流程

本申请涉及光学滤光片，特别是涉及一种滤光片制备方法和滤光片制备装置。

背景技术：

1、随着微纳加工技术的快速发展，线性渐变滤光片（linear variable opticalfilter，lvof）受到了研究者的广泛关注，一个线性渐变滤光片可代替多个固定式滤光片使用，具有体积小、通带多、通带位置多变的优点。

2、为了提高线性渐变滤光片的性能，要求反射镜和腔体层的吸收越低越好，反射镜的反射率越高越好，且透射峰的半高全宽（fwhm）越小，光谱仪的光谱分辨率越高。为了降低反射镜的吸收和增加反射镜的反射率，可使用由四分之一波长光学厚度的高、低折射率介质材料交替叠加而形成的分布布拉格反射镜。为了提高非透射波长区域的截止效果和降低共振透射峰的fwhm，可增加腔体层上下反射镜的层数。

3、然而，增加腔体层上行反射镜的层数不仅会增加制备难度，而且随着反射镜层数的增多，每层薄膜的结晶状态、层与层之间的缺陷、应力等因素也将影响到滤光片的光学特性。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高线性渐变滤光片的光学特性的滤光片制备方法和滤光片制备装置。

2、第一方面，本申请提供了一种滤光片制备方法，包括：

3、将衬底置于磁控溅射仪中，在衬底上依次沉积多个膜层以制备滤光片，并在膜层沉积的过程中实时检测膜层的厚度变化率；获取当前沉积的目标膜层，并获取与目标膜层对应的目标参考范围；确定当前检测到的膜层的厚度变化率是否位于目标参考范围内，并根据确定结果调整磁控溅射仪的功率。

4、在其中一个实施例中，获取当前沉积的目标膜层，并获取与目标膜层对应的目标参考范围包括：

5、获取m片滤光片制备过程中的各膜层的厚度变化率曲线，m片滤光片是磁控溅射仪基于初始设定功率制备的，且m片滤光片的性能满足预设测试标准；根据各厚度变化率曲线确定多个参考范围，其中，各参考范围与各膜层的材料一一对应，各膜层的材料可以包括高折射率材料或低折射率材料；根据目标膜层的材料从多个参考范围中确定目标参考范围。

6、在其中一个实施例中，各厚度变化率曲线包括m×i条高折射率材料的膜层的厚度变化率曲线和m×j条低折射率材料的膜层的厚度变化率曲线，i为高折射率材料的膜层数量，j为低折射率材料的膜层数量，根据各厚度变化率曲线确定多个参考范围包括：按照预设时间段对各厚度变化率曲线进行分割，以将各厚度变化率曲线的序列化，其中，在一个预设时间段内，高折射率材料有m×i组序列数据，低折射率材料有m×j组序列数据；基于高折射率材料的各序列数据中的最大值和最小值，确定高折射率材料的第一参考范围；基于低折射率材料的各序列数据中的最大值和最小值，确定低折射率材料的第二参考范围；将第一参考范围和第二参考范围作为多个参考范围。

7、在其中一个实施例中，确定当前检测到的膜层的厚度变化率是否位于目标参考范围内，并根据确定结果调整磁控溅射仪的功率，包括：若膜层的厚度变化率大于目标参考范围的最大值，则基于当前功率梯度减小磁控溅射仪的功率；若膜层的厚度变化率小于目标参考范围的最小值，则基于当前功率梯度增大磁控溅射仪的功率。

8、在其中一个实施例中，滤光片从上至下包括：上布拉格反射镜、谐振腔和下布拉格反射镜，滤光片的膜系结构为或，其中，l表示低折射率材料，h表示高折射率材料，q表示lh或hl堆叠的数量，x表示谐振腔的厚度。

9、在其中一个实施例中，谐振腔为楔形谐振腔，低折射率材料为sio2，高折射率材料为tio2；磁控溅射仪沉积sio2膜层的初始设定功率为100w，沉积sio2膜层时功率梯度减小或梯度增大的范围为2w-5w；磁控溅射仪沉积tio2膜层的初始设定功率为120w，沉积tio2膜层时功率梯度减小或梯度增大的范围为3w-6w。

10、在其中一个实施例中，将衬底置于磁控溅射仪中，在衬底上依次沉积多个膜层以制备滤光片之前，方法还包括：对衬底进行超声清洁，使用氮气吹干衬底表面；控制磁控溅射仪的真空度低于4.5×10-6torr，通入流量为10sccm的氩气，并将腔内压强稳定控制在1mtorr。

11、第二方面，本申请还提供了一种滤光片制备装置，包括：

12、磁控溅射仪，用于在衬底上依次沉积多个膜层以制备滤光片；

13、控制模块，控制模块与磁控溅射仪连接，用于获取当前沉积的目标膜层，并获取与目标膜层对应的目标参考范围；确定当前检测到的膜层的厚度变化率是否位于目标参考范围内，并根据确定结果调整磁控溅射仪的功率。

14、在其中一个实施例中，滤光片制备装置还包括石英晶振，石英晶振与衬底和控制模块均连接，用于对膜层的厚度变化率进行检测，并将膜层的厚度变化率发送给控制模块。

15、在其中一个实施例中，滤光片制备装置还包括管式真空退火炉，用于对制备后的滤光片进行退火处理。

16、上述滤光片制备方法和滤光片制备装置，通过将衬底置于磁控溅射仪中，在衬底上依次沉积多个膜层以制备滤光片，并在膜层沉积的过程中实时检测膜层的厚度变化率；获取当前沉积的目标膜层，并获取与目标膜层对应的目标参考范围；确定当前检测到的膜层的厚度变化率是否位于目标参考范围内，并根据确定结果调整磁控溅射仪的功率，以实现对工艺过程的动态精准控制，使得镀膜过程中各膜层的厚度动态变化并逼近对应测试标准要求的允许范围，减少单一功率固定镀膜带来的系统偏差和膜层间应力等因素导致膜层结构厚度均匀的差异，提高光学性能的一致性和可控性。

技术特征：

1.一种滤光片制备方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定当前检测到的膜层的厚度变化率是否位于所述目标参考范围内，并根据确定结果调整所述磁控溅射仪的功率，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述滤光片从上至下包括：上布拉格反射镜、谐振腔和下布拉格反射镜，所述滤光片的膜系结构为或，其中，l表示低折射率材料，h表示高折射率材料，q表示lh或hl堆叠的数量，x表示谐振腔的厚度。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述谐振腔为楔形谐振腔，所述低折射率材料为sio2，所述高折射率材料为tio2；

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将衬底置于磁控溅射仪中，在所述衬底上依次沉积多个膜层以制备滤光片之前，所述方法还包括：

6.一种滤光片制备装置，其特征在于，所述装置包括：

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括石英晶振，所述石英晶振与所述衬底和所述控制模块均连接，用于对所述膜层的厚度变化率进行检测，并将所述膜层的厚度变化率发送给控制模块。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括管式真空退火炉，用于对制备后的所述滤光片进行退火处理。

技术总结本申请涉及一种滤光片制备方法和装置。所述方法包括：将衬底置于磁控溅射仪中，在衬底上依次沉积多个膜层以制备滤光片，并在膜层沉积的过程中实时检测膜层的厚度变化率；获取当前沉积的目标膜层，并获取与目标膜层对应的目标参考范围；确定当前检测到的膜层的厚度变化率是否位于目标参考范围内，并根据确定结果调整磁控溅射仪的功率。采用本制备方法能够提高线性渐变滤光片的光学特性。技术研发人员：景茂恒,钟枚汕,卢文浩,王志明,张小波,黄家杰,彭翔,赵继光,祝世登,赵亮受保护的技术使用者：中国南方电网有限责任公司超高压输电公司电力科研院技术研发日：技术公布日：2024/8/5