窄带滤光片设计报告

窄带滤光片设计报告

综述：

窄带滤光片是一种带通滤波器，它利用电解质和金属多层膜的干涉作用，可以从入射光中选取特定的波长，窄带滤光片的带通一般比较短，通常为中心波长的5%以下。干涉滤光片是由两块内表面镀有高反射膜（介质或金属膜）的相互平行的高平面度玻璃板或石英板组成，在内表面之间形成多次反射以产生多光束之间的干涉。其作用是让光源中某一窄带光谱的光波以尽可能高的透射率通过，而使其他光谱范围的光波衰减，以获得单色性良好的准单色光。窄带滤光片可代替如光栅那样的昂贵的分光器件，广泛应用于光学实践和工业领域。

设计内容：

窄带滤光片的设计与制作

窄带滤光片工作原理：多光束干涉

由多光束干涉中光程差公式

当相干光束数目很大时，只有确定的n 、d 、i 值，光源中只有严格满足上述公式的波长才能够基本无衰减的通过，微小的偏差使上述条件的波长成分将由于近似相消而衰减，从而实现窄带滤波。 设计要求：

入射介质0n ＝1；出射介质g n ＝1.52；入射角0θ＝︒0；中心波长λπϕi n d M sin 42

20=-=∆

＝450(亦即参考波长)，中心波长透过率大于95%，透射光谱的半0

宽度小于45nm。使用n H＝2.26（TiO2）， n L＝1.45（Al3O2）。

膜系设计：

H L H H H H L H

软件模拟效果：

模拟数据：

中心波长：450nm

半波宽度：43nm

中心透过率：95.23%

窄带滤光片的制备过程：

1.清洗镀膜机，安装监控片，将待蒸发的薄膜材料放入蒸发容器 中；

2.清洗玻璃基片，由于设计要求不高，镜片只用酒精进行擦拭。

3.根据膜系设计的结果将设计参数置入镀膜机的控制系统；然后在控制系统的监控下镀膜机镀膜机全自动镀制干涉滤光片。

但是由于在实验过程中机器出现故障，所以临时决定使用溅射的方法来进行镀膜， 在镀膜之前算好每层膜所需要的时间，然后人为的对仪器镀膜时间进行控制，由于我们初次接触，这样的工作由一位博士生学长进行，并在镀膜的同时为我们讲解相关知识。 窄带滤光片实测数据：

中心波长：422nm

半波宽度：57nm

中心透过率：67.14%

误差分析：

1.中心波长向左漂移28nm ：

根据公式 2λ

=nd ，由于间隔层的光学厚度较小，导致中心波长减小即向左漂移。其造成误差因素包括两个：①使用的镀膜金属中含有杂质，导致其折射率降低，影响了光学薄膜的光学厚度。②镀膜时间计算不准确或在镀膜时，没有掌握好镀膜时间，导致膜厚度较窄，降低了光学厚度。

2.半波宽度增大14nm 由中心透射光谱半宽度⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛-∏=ρρλδλ122dn ，可以看出半波宽度随反射率ρ的增大而减小，而反射率与介质折射率有关，由单层膜反射率

2

1010⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=n n n n ρ，若n 0固定，由半波宽度增大可以推出镀膜金属折射率偏小。而且镀膜间隔层厚度超过四层，间隔层变得粗糙，这种间隔层的粗糙度导致镀膜厚度达不到要求，使得半波宽度增大。

3.中心透过率降低

中心透过率的定义是中心波长透过的最大光强度与入射光强度的比值。由于在干涉过程中各层介质的吸收和散射损失，使得中心透过波长最大光强度降低，导致中心透过率降低。而且我们所做的薄膜窄带滤光片是根据法——珀干涉仪制成的干涉膜系，但是实践证明，法——珀干涉片必须用在较低的干涉级次，因为我们设计的膜系达到了8层，增加了各层介质的吸收和散射，镀膜显得粗糙，这种粗糙度展开了带通，压低了峰值透过率。