CN211375107U - 一种低雾度的叠层滤光片薄膜 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光学薄膜制备技术领域，尤其涉及一种低雾度的叠层滤光片薄膜，其特征在于：所述薄膜磁控溅射沉积于滤光片上，所述薄膜为滤光叠层，所述滤光叠层由若干层氧化铌钛高折射率层与低折射率层相互交替堆叠而成，其中所述氧化铌钛高折射率层作为所述滤光叠层的最内层沉积在所述滤光片上，所述低折射率层作为所述滤光叠层的最外层。本实用新型的优点是：利用氧化铌钛薄膜与低折射率材料相互堆叠，形成的100层以上10um厚度以上的超多层滤光叠层或者滤光片薄膜雾度非常小，总膜层的雾度可以做到0.2%以内；有效改善了目前超多层滤光片发雾的问题，使得滤光片的透过带的透过率有了明显的提高。

Description

一种低雾度的叠层滤光片薄膜

技术领域

本实用新型涉及光学薄膜制备技术领域，尤其涉及一种低雾度的叠层滤光片薄膜。

背景技术

滤光片薄膜因其能提供精确波谱控制，并具有高透过率、高截止深度、高陡度、高损伤阈值的特点，已经被广泛的运用于现代工业技术的各个领域，并因其具备的重要的光学特点和制备的难度很高，已成为高科技行业的重要技术。

在滤光片薄膜设计上，一般通过一种高折射率材料和一种低折射率材料相互叠加来设计各种滤光片光谱，而一些膜层结构比较复杂的比如带通滤光片、负滤光片等滤光片的叠加膜层数可以在几十层到上百层不等；膜层总厚度在3μm-20μm之间；

目前镀制滤光片薄膜的工艺方法一般采用物理气相沉积法，如热蒸发或者磁控溅射等；交替把低折射率膜层和高折射率膜层沉积到基板表面形成薄膜；这种镀膜方式因为沉积速率、温度、真空度等因素的影响导致沉积膜层的堆积厚度不均匀或者膜层结晶导致膜层表面会存在一定的粗糙度，从而对光路产生散射现象，俗称“发雾”；当薄膜膜层较少较薄时，结晶现象不严重，发雾程度较低，发雾效应对光学性能的影响不大，而当膜层越多，膜层总厚度越厚，膜层的结晶现象越严重，发雾效应也越明显，从而对膜层的光学性能产生较大的影响；使镀制完成的滤光片的实际透过率或者反射率因为光的散射损失而达不到设计要求。

为减小膜层发雾现象对膜层光学特性的影响，提高多层叠层滤光片的通带透过率，一代代的科学家和工程师对此进行了大量的研究和实验；现在行业中在镀制100层以上的超多层滤光片时，一般选用SiO2做低折射材料，选择不容易发雾的氧化铌或氧化钽、氧化锆作为高折射率材料；镀膜工艺采用更不容易发雾的磁控溅射工艺，但是在镀制100层以上、厚度10μm以上的超多层滤光片时，膜层发雾对透过率的影响还是很大；雾度值基本上都是在1%以上，透过率的损失也在1%以上。

发明内容

本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种低雾度的叠层滤光片薄膜，通过在滤光片上设置由氧化铌钛高折射率层和低折射率层相互交替堆叠的滤光叠层，在保证滤光片的透过带的透过率的同时，有效降低其雾度值。

本实用新型目的实现由以下技术方案完成：

一种低雾度的叠层滤光片薄膜，其特征在于：所述薄膜磁控溅射沉积于滤光片上，所述薄膜为滤光叠层，所述滤光叠层由若干层氧化铌钛高折射率层与低折射率层相互交替堆叠而成，其中所述氧化铌钛高折射率层作为所述滤光叠层的最内层沉积在所述滤光片上，所述低折射率层作为所述滤光叠层的最外层。

所述低折射率层为二氧化硅层。

所述滤光叠层和所述滤光片的层数为100-300层。

所述滤光叠层和所述滤光片的膜层总厚度在10μm以上。

本实用新型的优点是：利用氧化铌钛薄膜与低折射率材料相互堆叠，形成的100层以上10um厚度以上的超多层滤光叠层或者滤光片薄膜雾度非常小，总膜层的雾度可以做到0.2%以内；有效改善了目前超多层滤光片发雾的问题，使得滤光片的透过带的透过率有了明显的提高。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型可使用的磁控溅射真空镀膜沉积***的结构示意图；

图3为本实用新型应用1μm厚度不同铌钛功率比的氧化铌钛薄膜的粗糙度和雾度曲线图；

图4为本实用新型的实施例四的15μm厚度159层的负滤光片透过率实测光谱图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本实用新型特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-4所示，图中标记1-4分别表示为：滤光片1、氧化铌钛高折射率层2、二氧化硅低折射率层3、工件盘4。

实施例：如图1所示，本实施例中低雾度的叠层滤光片薄膜通过磁控溅射沉积在滤光片1上。薄膜为滤光叠层，即呈若干层薄膜的堆叠结构。具体而言，滤光叠层由若干层氧化铌钛高折射率层2与二氧化硅低折射率层3相互交替堆叠而成，其中氧化铌钛高折射率层2作为最内层沉积在所述滤光片上，二氧化硅低折射率层3作为薄膜的最外层。这样一来，通过氧化铌钛高折射率层2和二氧化硅低折射率层3的交替叠加所构成的滤光叠层，使滤光片1在沉积有该薄膜时，在波长400nm-2000nm范围内折射率在2.0-2.6之间，消光系数在0.00001以下，雾度值在0.2%以下，同时在波长400nm-2000nm范围内的通带最大透过率可以达到95%以上。

本实施例在具体实施时，可通过以下制备工艺实现，如图2所示：

1）清洗干净的透明基板，即滤光片1的基板，装载在位于真空腔室内的工件盘4上；工件盘4在磁控溅射真空镀膜沉积***真空腔室内匀速旋转；

2）通过启动抽真空***将真空腔室抽真空到压强1.0E-3pa以下；所有靶材通入惰性气体Ar；电感耦合反应源ICP通入O₂气体；

3）开启电感耦合反应源ICP1和ICP2；使通入的O₂气体形成稳定的含氧等离子，持续轰击滤光片1的基板；同时开启Nb靶和Ti靶溅射源，通过Ar的等离子体轰击靶材将Nb靶和Ti靶上的Nb原子和Ti原子溅射沉积到透明基板上，在基板上形成NbTi比例均匀的NbTi混合物；

4）随着工件盘4的旋转，镀有NbTi混合物的基板旋转到反应源ICP1和ICP2处，和反应源处的氧离子发生反应，形成稳定的氧化铌钛薄膜，即氧化铌钛高折射率层2；在基板上形成折射率在2.0-2.6，消光系数在0.00001以下，雾度值在0.2%以下的氧化铌钛混合薄膜。

上述方案步骤1）中的磁控溅射Nb靶和Ti靶的惰性气体优选Ar；Ar流量在30sccm-300sccm之间；优选30sccm-100sccm，进一步优选30sccm-60sccm。

为调整步骤1）中NbTi混合物中Nb和Ti的成分比例， Nb靶和Ti靶的溅射功率是通过不同的中频电源分开独立控制的，而且Nb靶功率占Nb靶和Ti靶的功率总和的比例在0%-100%之间可调整的。

步骤1）中Nb靶功率占Nb靶和Ti靶的功率总和的比例在50%-70%。

上述方案步骤2）中的活性氧等离子体由射频ICP电感耦合纯氧产生；为防止氧气扩散到靶材使靶材中毒，氧气的流量在30sccm-300sccm之间；优选50sccm-150sccm；进一步优选60sccm-100sccm。

上述方案步骤2）中射频ICP电感耦合的功率在0.5kw-5kw之间，优选1kw-4kw，为保证有足够密度的活性氧等离子体，进一步优选2-3kw。

采用分开独立控制铌靶和钛靶的溅射功率来调整铌钛混合比例，同时溅射铌靶和钛靶在基板上形成均匀稳定的NbTi混合物，再通过射频ICP电感耦合氧离子形成具有表面结构非常平整的NbTiOx薄膜，铌靶占铌钛总功率的比例与其成薄膜膜层的雾度、表面粗糙度的关系曲线如图3所示。该薄膜不易产生结晶，造成发雾，吸收和雾度都具有优势。

虽然以上实施例已经参照附图对本实用新型目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本实用新型作出各种改进和变换故在此不一一赘述。

Claims (4)

1.一种低雾度的叠层滤光片薄膜，其特征在于：所述薄膜磁控溅射沉积于滤光片上，所述薄膜为滤光叠层，所述滤光叠层由若干层氧化铌钛高折射率层与低折射率层相互交替堆叠而成，其中所述氧化铌钛高折射率层作为所述滤光叠层的最内层沉积在所述滤光片上，所述低折射率层作为所述滤光叠层的最外层。

2.根据权利要求1所述的一种低雾度的叠层滤光片薄膜，其特征在于：所述低折射率层为二氧化硅层。

3.根据权利要求1所述的一种低雾度的叠层滤光片薄膜，其特征在于：所述滤光叠层和所述滤光片的层数为100-300层。

4.根据权利要求1所述的一种低雾度的叠层滤光片薄膜，其特征在于：所述滤光叠层和所述滤光片的膜层总厚度在10μm以上。

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