可见-近红外线性滤光片研究

作     者：庞梦林 

作者单位：西安工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周顺

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：光学薄膜 线性渐变滤光片 修正挡板 F-P结构 程序仿真 

摘      要：随着光学技术的发展,光学系统的小微化受到人们越来越多的关注。线性滤光片又称线性渐变滤光片,是分光技术微型化的发展路径之一。相比传统分光棱镜、光栅等分光器件,线性渐变滤光片具有体积小、高透射率、高集成度等优点;相比多通道滤光片,又不需要利用化学方法进行拼接,线性渐变滤光片的制作工艺也更为简单。线性渐变滤光片作为微型分光元器件的应用,使得分光技术获得了飞速的发展。基于线性渐变滤光片的分光技术应用在诸如军事探测、大气监测、医疗分析等诸多领域中。因此研究其制备具有非常重要的应用价值。但作为高集成光谱探测器件,线性渐变滤片现阶段的研制无法系统化,同时还存在制备工艺复杂,研制周期长,成本高等问题。本论文针对高光谱相机采集系统的使用需求,围绕制备高质量的线性渐变滤光片开展了研究工作。对薄膜的沉积理论、线性渐变滤光片的膜系设计,制备技术和薄膜特性的测试进行了深入的理论分析和实验研究,制备出的线性渐变滤光片截止区的透射率均小于4%,不同波长的峰值透过率均大于80%,同时可在40mm长度上实现500nm～800nm光谱范围变化。首先系统性的研究电子束热蒸发源发射特性,利用余弦特性分析点源和面源的发射特性。用Mathcad15进行编程仿真建立修正挡板和相对膜厚的关系,仅通过较少次数的实验,设计优化出了线性渐变滤光片的TaO与Si O双挡板,制备出单层膜厚呈线性变化薄膜。其次从薄膜的基础理论入手,根据薄膜特征矩阵的计算,分析了窄带滤光膜系和干涉截止滤光膜系带宽、带外截止度的影响因素,结合线性渐变滤光片较小的通带、较宽的截止区域两大特点,对用于高光谱相机采集系统的线性渐变滤光膜系进行了设计工作。最后用莱宝镀膜设备进行线性渐变滤光片的制备工作,根据微小光斑的测试理论模型,改良了针对线性渐变滤片的测试设备,有效提高线性滤光片光谱测量的准确性,对制备样片的光学特性与非光学特性进行了测试与分析。测试数据表明:线性渐变滤光片在500nm～800nm工作范围内,截止区的透射率均小于4%,不同波长的峰值透过率均大于80%,对线性渐变滤光片光谱曲线产生的误差进行分析与讨论。为线性渐进滤光片的制备工艺提供了新方法和新思路。