專(zhuān)利名稱(chēng)：全息窄帶帶阻濾光片及其制作工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種濾光片。
現(xiàn)有技術(shù)中，窄帶帶阻濾光片在光譜學(xué)研究，特別是喇曼光譜的研究中有重要的應(yīng)用。它的主要特征是在一定的光譜波段中濾去某一波長(zhǎng)以及附近小范圍內(nèi)的譜線，而使其他波長(zhǎng)的光以盡可能高的透過(guò)率透過(guò)。它的主要光學(xué)性能指標(biāo)以中心波長(zhǎng)的光學(xué)密度和波長(zhǎng)與透過(guò)率關(guān)系的半寬度表示。在窄帶帶阻濾光片的許多應(yīng)用中，特別是在喇曼光譜的研究中，光學(xué)密度越高，半寬度越窄，則它的性能越優(yōu)良。通常情況下，該濾光片的性能要求是光學(xué)密度大于4D，半寬度小于25納米。帶阻濾光片的制作方法有許多種，主要有染料吸收、多層介質(zhì)鍍膜(干涉濾光片)和反射全息濾光片，其中染料吸收型的很難達(dá)到窄帶帶阻濾光片要求，而干涉濾光片很難達(dá)到高光學(xué)密度，通常在窄帶寬下(20nm)的光學(xué)密度為2D，另一方面干涉濾光片制作成本相對(duì)比較高昂。
在反射全息濾光片中，利用反射衍射光即是帶通濾光片，利用透射光即是帶阻濾光片。反射全息濾光片的應(yīng)用也體現(xiàn)在帶通和帶阻兩方面。已有的窄帶帶通濾光片的衍射效率在50％至90％之間，其透射光不能滿(mǎn)足高光學(xué)密度的要求，并且衍射效率隨波長(zhǎng)的變化曲線常有波瓣出現(xiàn)，影響濾波性能；寬帶帶通濾光片的透射光顯然不適合窄帶帶阻濾光片的要求，并且其制作技術(shù)與窄帶帶阻濾光片的情況有很大的不同；全息激光防護(hù)鏡是與窄帶帶阻濾光片較接近的一種，但激光防護(hù)鏡一般有防護(hù)角要求，特性曲線的半寬度常在35nm以上；其他的一些反射全息元件(如全息平視顯示裝置、夜視儀中的全息光耦合器等)中人們所關(guān)心的是光學(xué)成象性能，特殊的光譜特性往往不在制作工藝中加以考慮。
一定的反射特性曲線與全息記錄介質(zhì)的折射率調(diào)制的分布有關(guān)，而折射率調(diào)制的分布又與反射全息的制作工藝有關(guān)。最早的體全息理論——均勻介質(zhì)耦合波理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有較大差異，而且按此理論不可能得到窄帶帶阻濾光片。目前已在理論和工藝上開(kāi)展有效工作的有T.Kubota(參見(jiàn)T.Kubota，Controlof the reconstruction wavelength of Lippmann holograms recorded indichromated gelatin，Appl.Opt.1989，28(10)1845～1894)對(duì)均勻介質(zhì)耦合波理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符進(jìn)行了較成功的解釋?zhuān)J(rèn)為在介質(zhì)內(nèi)部折射率調(diào)制度和條紋密度的分布是不均勻的，他利用非均勻介質(zhì)的耦合波方程推導(dǎo)出了有關(guān)衍射效率的Recatti方程，在假定非均勻模型的基礎(chǔ)上，對(duì)方程進(jìn)行數(shù)值解得到了與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本相符的衍射效率理論結(jié)果。P.G.Boj(參見(jiàn)P.G.Boj，J.Crespo，and J.A.Quintana，Broadband reflection holograms in dichromatedgelatin，Appl.Opt.，1992，31(17)3302～3305)利用Kubota的方法建立了他們自己的模型，分析了他們的寬帶反射全息的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，利用電子顯微鏡拍攝的照片證實(shí)了記錄介質(zhì)內(nèi)部的非均勻性，這是一種寬帶反射全息元件，不適合本發(fā)明要求的窄帶帶阻濾光片。Dahe Liu等(參見(jiàn)Daho Liu，Jing Zhou，Nonlinear analysis for reflection hologram，Optics Communication，1994，107471～479)也建立了一種特殊非均勻模型，并且分析了他們的工藝制作的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這是一種窄帶反射帶通濾光片，其缺陷是光學(xué)密度較低。由于重鉻酸明膠處理工藝的復(fù)雜性，不同實(shí)驗(yàn)室得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果各有不同，非均勻模型也各不相同。
本發(fā)明的目的在于提供一種光學(xué)密度大于4D、帶寬小于20納米的全息窄帶帶阻濾光片及其制作工藝。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種全息窄帶帶阻濾光片，玻璃基片上涂敷有一層介質(zhì)層，該介質(zhì)層為記錄了平行于介質(zhì)層表面的干涉條紋的重鉻酸明膠層，所述的重鉻酸明膠層上涂敷有環(huán)氧樹(shù)脂層，所述的環(huán)氧樹(shù)脂層上粘結(jié)固定有封片玻璃，由重鉻酸明膠層制成的反射全息衍射層的折射率調(diào)制度n1(z)、折射率變化空間頻率的改變G(z)按下列公式分布n1(z)=n1[(1-p)(zT)r+p]]]>G(z)=G0-ΔG(zT)s]]>其中T為介質(zhì)層厚度，z軸與介質(zhì)層法向平行，在介質(zhì)層與玻璃基片的界面處取z＝0，在介質(zhì)層與環(huán)氧樹(shù)脂層的界面處取z＝T，n1是z＝T時(shí)的折射率調(diào)制度，p是z＝0時(shí)的折射率調(diào)制度與n1之比，G0是z＝0時(shí)的空頻相對(duì)于平均空頻的變化，ΔG是空頻相對(duì)平均空頻的最大變化量；r和s分別表示n1(z)和G(z)隨z變化的冪次。
為了達(dá)到上述的由重鉻酸明膠層制成的反射全息衍射層的折射率調(diào)制度n1(z)、折射率變化空間頻率的改變G(z)按所述的公式分布，所述的全息窄帶帶阻濾光片的制作工藝包括下列步驟(1)、制備重鉻酸明膠液；(2)、在玻璃基片[2]上涂布感光液，流平后在攝氏溫度15-25度的條件下干燥，形成介質(zhì)層；(3)、在暗室條件下，對(duì)介質(zhì)層進(jìn)行全息記錄A調(diào)節(jié)兩束相干光的光強(qiáng)比，使兩束光強(qiáng)在重鉻酸明膠與空氣接觸表面的光強(qiáng)比為1；B在所述的重鉻酸明膠層上過(guò)曝光，曝光量為每平方厘米100-250毫焦；(4)、在暗室中對(duì)重鉻酸明膠層進(jìn)行定影堅(jiān)膜和顯影；(5)、將脫水后的介質(zhì)層迅速用熱風(fēng)吹干；(6)、用環(huán)氧樹(shù)脂將封片玻璃層膠合于重鉻酸明膠之上，使所述的重鉻酸明膠層與空氣隔離。
本發(fā)明利用類(lèi)似于Kubota的理論方法設(shè)計(jì)出了反射全息記錄介質(zhì)內(nèi)的折射率調(diào)制度分布，利用重鉻酸明膠全息記錄材料為實(shí)現(xiàn)該分布而發(fā)明了與之相適應(yīng)的處理工藝，此發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明設(shè)計(jì)的折射率調(diào)制層的折射率調(diào)制度分布可消除光譜特性曲線的波瓣效應(yīng)，用本發(fā)明的工藝相匹配，按此分布規(guī)律制成的窄帶帶阻濾光片的半寬度在10nm以下，光密度可達(dá)6D以上。
(2)與本發(fā)明設(shè)計(jì)的分布相適應(yīng)的處理工藝簡(jiǎn)便易行，成功率較高，控制峰值波長(zhǎng)準(zhǔn)確。
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述附

圖1為本發(fā)明的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)剖視圖；其中[1]、重鉻酸明膠層；[2]、玻璃基片；[3]、環(huán)氧樹(shù)脂層；[4]、封片玻璃；附圖2為全息濾光片的記錄光路圖；附圖3為反射全息的測(cè)量光路圖；附圖4為T(mén)＝20μm時(shí)的衍射效率實(shí)驗(yàn)曲線和相應(yīng)的理論曲線，其中的實(shí)線是實(shí)驗(yàn)曲線，虛線是理論曲線；附圖5為T(mén)＝30μm時(shí)的衍射效率實(shí)驗(yàn)曲線和相應(yīng)的理論曲線，其中的實(shí)線是實(shí)驗(yàn)曲線，虛線是理論曲線；附圖6為T(mén)＝40μm時(shí)的衍射效率實(shí)驗(yàn)曲線和相應(yīng)的理論曲線，其中的實(shí)線是實(shí)驗(yàn)曲線，虛線是理論曲線；附圖7給出了p＝1的衍射效率曲線；附圖8給出了p＝0.5的衍射效率曲線；附圖9給出了p＝0.1的衍射效率曲線；附圖10給出了峰值衍射效率η與膠層厚度T的關(guān)系圖；附圖11給出了峰值衍射效率η與最大折射率調(diào)制度n1的關(guān)系圖；附圖12給出了半寬度Δλh與膠層厚度T的關(guān)系圖；附圖13給出了半寬度Δλh與最大折射率調(diào)制度n1的關(guān)系圖；附圖14給出了r＝1時(shí)的等η線(η＝0.9999)和等Δλh線(Δλh＝20nm)關(guān)系圖；附圖15給出了r＝2時(shí)的等η線(η＝0.9999)和等Δλh線(Δλh＝20nm)關(guān)系圖；附圖16給出了r＝3時(shí)的等η線(η＝0.9999)和等Δλh線(Δλh＝20nm)關(guān)系圖；附圖17給出了折射率調(diào)制度分布和條紋密度分布設(shè)計(jì)的實(shí)施例一的特性曲線；附圖18給出了折射率調(diào)制度分布和條紋密度分布設(shè)計(jì)的實(shí)施例二的特性曲線；實(shí)施例參見(jiàn)附圖1，一種全息窄帶帶阻濾光片，玻璃基片[2]上涂敷有一層介質(zhì)層，該介質(zhì)層為記錄了平行于介質(zhì)層表面的干涉條紋的重鉻酸明膠層[1]，所述的重鉻酸明膠層[1]上涂敷有環(huán)氧樹(shù)脂層[3]，所述的環(huán)氧樹(shù)脂層[3]上粘結(jié)固定有封片玻璃[4]，由重鉻酸明膠層[1]制成的反射全息衍射層的折射率調(diào)制度n1(z)、折射率變化空間頻率的改變G(z)按下列公式分布n1(z)=n1[(1-p)(zT)r+p]]]>G(z)=G0-ΔG(zT)s]]>其中T為介質(zhì)層厚度，z軸與介質(zhì)層法向平行，在介質(zhì)層與玻璃基片[2]的界面處取z＝0，在介質(zhì)層與環(huán)氧樹(shù)脂層[3]的界面處取z＝T，n1是z＝T時(shí)的折射率調(diào)制度，p是z＝0時(shí)的折射率調(diào)制度與n1之比，G0是z＝0時(shí)的空頻相對(duì)于平均空頻的變化，ΔG是空頻相對(duì)平均空頻的最大變化量；r和s分別表示n1(z)和G(z)隨z變化的冪次。
為了滿(mǎn)足所述的折射率調(diào)制度n1(z)、折射率變化空間頻率的改變G(z)按上述的公式分布，全息窄帶帶阻濾光片的制作工藝包括下列步驟(1)、制備重鉻酸明膠液A將明膠放入去離子水中浸泡，直至明膠完全吸水膨脹；B在攝氏溫度70-80度的條件下攪拌明膠，直至完全溶解形成明膠液；C在攝氏溫度49-51度的明膠液內(nèi)加入重鉻酸銨溶液，制成重鉻酸明膠感光液；D用0.2微米孔徑的過(guò)濾器過(guò)濾所述的感光液，并消除所述的感光液內(nèi)的氣泡；(2)、將攝氏溫度65-75度的玻璃基片[2]放置于水平平臺(tái)上，再將所述的感光液倒在玻璃基片[2]上，涂勻、自然流平后在攝氏溫度15-25度的條件下干燥，形成介質(zhì)層；(3)、在暗室條件下，對(duì)介質(zhì)層進(jìn)行全息記錄A調(diào)節(jié)兩束相干光的光強(qiáng)比，使兩束光強(qiáng)在重鉻酸明膠與空氣接觸表面的光強(qiáng)比為1；B在所述的重鉻酸明膠層上過(guò)量曝光，曝光量為每平方厘米100-250毫焦；(4)、在暗室中對(duì)重鉻酸明膠層進(jìn)行定影和顯影；(5)、將脫水后的介質(zhì)層熱風(fēng)吹干；(6)、用環(huán)氧樹(shù)脂將封片玻璃層[4]膠合于重鉻酸明膠之上，使所述的重鉻酸明膠層與空氣隔離。
所述的在暗室中對(duì)重鉻酸明膠層進(jìn)行定影和顯影的工藝包括A用攝氏溫度15-25度的水沖洗所述的介質(zhì)層，然后在去離子水中沖洗所述的介質(zhì)層；B定影堅(jiān)膜將所述的介質(zhì)層浸入F5定影液中堅(jiān)膜1-5分鐘，再用溫度15-25度的水沖洗；C第一次顯影所述的介質(zhì)層浸入濃度為50％、攝氏溫度為23-27度的異丙醇內(nèi)，脫水2-5分鐘；D第二次顯影所述的介質(zhì)層浸入濃度為70％、攝氏溫度為23-27度的異丙醇內(nèi)，脫水25分鐘；E第三次顯影所述的介質(zhì)層浸入濃度為90-100％、攝氏溫度為23-27度的異丙醇內(nèi)，脫水2-5分鐘。
所述的明膠液的濃度為每100毫升去離子水中含有5-6克明膠；所述的每100毫升明膠液中加入14-17毫升濃度為5％的重鉻酸按溶液。
參見(jiàn)附圖2的對(duì)介質(zhì)層進(jìn)行全息記錄光路圖，其中B.S.為分束鏡，M1和M2是反射鏡，SF1和SF2是空間濾波器，L1和L2為準(zhǔn)直透鏡，DCG為重鉻酸明膠記錄干板。記錄激光是氬離子激光器的488nm的激光，干涉條紋平行于介質(zhì)表面。
反射全息的測(cè)量光路如圖3所示，整個(gè)光路置于一旋轉(zhuǎn)光具座上。白光點(diǎn)光源S經(jīng)透鏡L3準(zhǔn)直后入射至測(cè)試元件HOE，HOE放置在旋轉(zhuǎn)光具座的轉(zhuǎn)軸上，衍射光經(jīng)L4會(huì)聚至積分球IS的入射窗口，積分球IS的另一個(gè)窗口接單色儀M和光電倍增管PMT，放大器A放大光電倍增管信號(hào)，計(jì)算機(jī)C控制單色儀M掃描和通過(guò)A/D板接收放大器A輸出的信號(hào)。測(cè)量時(shí)，先將HOE移去，使光具座的兩臂成一條直線，測(cè)試光源的光譜信號(hào)，然后再按圖3測(cè)量衍射信號(hào)。計(jì)算機(jī)將衍射信號(hào)與光源信號(hào)比較后得到衍射效率隨波長(zhǎng)的變化曲線。此光路中采用積分球是為了減少兩次信號(hào)測(cè)量中由于光路不同而帶來(lái)的誤差。
設(shè)T為介質(zhì)厚度，z軸與介質(zhì)法向平行，在明膠與玻璃的界面處取z＝0，在明膠與空氣的界面處取z＝T。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得到折射率調(diào)制度n1(z)隨z單調(diào)增加；空頻的相對(duì)變化量G(z)＝[f(z)-f0]/f0隨z單調(diào)減小，其中f0為平均空間頻率，f(z)為z處的空頻。文獻(xiàn)[1](T.Kubota，Control of the reconstructionwavelength of Lippmann holograms recorded in dichromated gelatin，Appl.Opt.1989，28(10)1845～1894)和文獻(xiàn)[2](P.G.Boj，J.Crespo，and J.A.Quintana，Broadband reflection holograms in dichromated gelatin，Appl.Opt.，1992，31(17)3302～3305)得出n1(z)的二階導(dǎo)數(shù)小于零，即曲線向下凹。而本發(fā)明的理論與實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果卻是n1(z)的二階導(dǎo)數(shù)大于零，即曲線向上凹。根據(jù)以上要點(diǎn)可得下列非均勻模型(1)---n1(z)=n1[(1-p)(zT)r+p]]]>(2)---G(z)=G0-ΔG(zT)s]]>其中n1是z＝T面的折射率調(diào)制度，p是z＝0面的折射率調(diào)制度與n1之比；G0是z＝0面上的空頻相對(duì)于平均空頻的變化，ΔG是空頻相對(duì)平均空頻的最大變化量；r和s分別表示n1(z)和G(z)隨z變化的冪次，反映介質(zhì)的非均勻特性，它們與介質(zhì)層厚度和處理工藝有關(guān)。
附圖4、附圖5、附圖6分別給出了T＝20μm、30μm和40μm的衍射效率實(shí)驗(yàn)曲線和相應(yīng)的理論曲線，附圖4、附圖5、附圖6中的λ是以納米為單位的入射光波長(zhǎng)，η為衍射效率，圖中的實(shí)線是實(shí)驗(yàn)曲線，虛線是理論曲線。由于玻璃和明膠的反射、吸收、散射對(duì)衍射效率有影響，所以理論計(jì)算時(shí)應(yīng)按實(shí)驗(yàn)曲線對(duì)理論衍射效率進(jìn)行按比例修正。上述(1)式和上述(2)式的參數(shù)分別取為附圖4n1＝0.043，p＝0.15，G0＝0.008，ΔG＝0.01，r＝2，s＝1；附圖5n1＝0.043，p＝0.05，G0＝0.008，ΔG＝0.01，r＝3，s＝1；附圖6，n1＝0.045，p＝0.05，G0＝0.008，ΔG＝0.01，r＝3，s＝1。
從以上曲線看出理論曲線基本無(wú)次峰，與實(shí)驗(yàn)曲線吻合較好，并且從所選的參數(shù)看折射率調(diào)制度在介質(zhì)內(nèi)的衰減較快，而且介質(zhì)越厚衰減越快，即T越大，r也相應(yīng)增大，介質(zhì)中對(duì)衍射效率貢獻(xiàn)較大的僅在介質(zhì)表面。在窄帶反射全息的情況下曲線基本對(duì)稱(chēng)，條紋密度的變化很小。
窄帶帶阻濾光片的主要特性是低峰值透過(guò)率和窄帶寬，在理論計(jì)算時(shí)從互補(bǔ)性原理可從衍射效率得出峰值透過(guò)率。以下從理論上分析帶寬、衍射效率與介質(zhì)非均勻性的關(guān)系。
(1)衍射效率曲線的波瓣。附圖7、附圖8、附圖9分別給出了p＝1、P＝0.5、P＝0.1的衍射效率曲線，其中，n1＝0.03，T＝20μm，G0＝0，ΔG＝0，r＝1，附圖7、附圖8、附圖9中的λ是以納米為單位的入射光波長(zhǎng)，η衍射效率，從附圖看出p減小時(shí)波瓣減小，p＝0.1時(shí)波瓣基本消失，而p＝0.1也與實(shí)驗(yàn)曲線基本吻合，所以以下理論計(jì)算中以p＝0.1為典型值。在其他r值下，也有類(lèi)似結(jié)果。
在以下計(jì)算(2)至(4)中，取附圖4、附圖5、附圖6的實(shí)驗(yàn)曲線的典型值G0＝0、ΔG＝0和p＝0.1。
(2)峰值衍射效率。峰值衍射效率η與重鉻酸明膠層厚度T(單位μm)和最大折射率調(diào)制度n1的關(guān)系分別如附圖10和附圖11所示，r為n1(z)隨z變化的冪次。顯然，η與T和n1的關(guān)系是單調(diào)遞增關(guān)系，并且在其他條件相同的條件下，r越大，η越小。
(3)衍射效率曲線的半寬度，參見(jiàn)附圖12和附圖13。半寬度Δλh與重鉻酸明膠層厚度T(單位μm)和最大折射率調(diào)制度n1的關(guān)系如附圖12和附圖13所示，附圖中的r為n1(z)隨z變化的冪次。附圖12中顯示了Δλh(單位nm)隨T的變化關(guān)系，雖然這一關(guān)系不是嚴(yán)格的單調(diào)關(guān)系，但在單調(diào)區(qū)間內(nèi)的半寬度變化不大，總體上可以看成是單調(diào)遞增。特別應(yīng)指出的是這里非均勻介質(zhì)和均勻介質(zhì)有很大不同，r＝0時(shí)Δλh隨T單調(diào)遞減，而r＞0時(shí)Δλh隨T遞增。附圖13顯示Δλh隨n1單調(diào)遞增，并隨r的增大而減小。
(4)衍射效率與帶寬，參見(jiàn)附圖14、附圖15、附圖16，半寬度為Δλh，重鉻酸明膠層厚度為T(mén)(單位μm)，最大折射率調(diào)制度為n1，峰值衍射效率為η，有意義的理論分析是比較同一峰值衍射效率下的半寬度Δλh(單位nm)或同一半寬度下的峰值衍射效率η。附圖14、附圖15、附圖16分別給出了r＝1、2、3情況下的等η線(η＝0.9999)和等Δλh線(Δλh＝20nm)，其中的r為n1(z)隨z變化的冪次。顯然由以上(2)和(3)分析得到的單調(diào)性可知，n1和T在等η線上方取值時(shí)，衍射效率均大于0.9999，在等Δλh線下方取值半寬度均小于20nm，在此兩條線之間取值將能同時(shí)滿(mǎn)足峰值透過(guò)率小于10-4和半寬度小于20nm。比較附圖14、附圖15、附圖16三組曲線看出，r越小，兩條線交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的T越小，兩條線包圍的面積越大。
由以上實(shí)驗(yàn)曲線和理論模型可知，提高窄帶濾光片性能不能僅從增加重鉻酸明膠層厚度考慮，厚度的增加并不一定能提高濾光片性能，而且增加膠厚會(huì)給涂布和處理帶來(lái)困難。如果工藝上能使膠層的r值較小，那么就能在較小的厚度下獲得高效率窄帶寬的濾光片。
以下是幾個(gè)折射率調(diào)制度分布和條紋密度分布設(shè)計(jì)的例子實(shí)施例一取n1＝0.016，p＝0.1，r＝1，T＝80μm，G0＝0，ΔG＝0，λ是以納米為單位的入射光波長(zhǎng)，峰值衍射效率為η，得到的光學(xué)密度大于6D，半寬度小于9nm，理論特性曲線見(jiàn)附圖17。
實(shí)施例二取n1＝0.037，p＝0.1，r＝3，T＝50μm，G0＝0，ΔG＝0，λ是以納米為單位的入射光波長(zhǎng)，峰值衍射效率為η，得到的光學(xué)密度大于4D，半寬度小于20nm，理論特性曲線見(jiàn)附圖18，實(shí)驗(yàn)所得到的特性曲線與理論特性曲線基本吻合。
由以上分布設(shè)計(jì)可知，實(shí)現(xiàn)窄帶帶阻濾光片光學(xué)性能的關(guān)鍵是如何在工藝上實(shí)現(xiàn)折射率調(diào)制度按設(shè)計(jì)要求的非均勻分布。后處理后的重鉻酸明膠折射率調(diào)制度分布與許多因素有關(guān)，這些因素主要有重鉻酸明膠的預(yù)硬化程度，重鉻酸明膠中記錄的干涉條紋的對(duì)比度分布，重鉻酸明膠的曝光量，重鉻酸明膠的后處理。其中的重鉻酸明膠預(yù)硬化和后處理又與諸多因素有關(guān)。由于重鉻酸明膠的備制和后處理的多因素相互關(guān)聯(lián)的復(fù)雜性，重鉻酸明膠全息光學(xué)元件的制作很難在一定的工藝條件下得到性能完全一致的光學(xué)元件，只有通過(guò)不斷調(diào)整工藝參數(shù)才能完成批量的元件制作。本發(fā)明認(rèn)為以下幾個(gè)因素是制作窄帶帶阻濾光片的關(guān)鍵因素(1)涂布溫度與預(yù)硬化。重鉻酸明膠的預(yù)硬化與重鉻酸明膠涂布時(shí)的干燥溫度有密切的關(guān)系，一般干燥溫度越低重鉻酸明膠的硬化程度越高，如以后的曝光和處理?xiàng)l件相同，那么明膠的折射率調(diào)制度越小。與重鉻酸明膠的其他預(yù)硬化方法相比，如曝光前烘烤和預(yù)曝光，控制干燥溫度更為有效、便捷和具有較好的重復(fù)性。一定的重鉻酸明膠的預(yù)硬化程度與后面的其他工藝配合能有效的控制折射率調(diào)制度的非均勻分布情況，在理論設(shè)計(jì)中的r值與預(yù)硬化有相當(dāng)大的關(guān)系。
(2)條紋對(duì)比度的控制。由以上理論設(shè)計(jì)可知，在明膠表面折射率調(diào)制度最高，雖然這一現(xiàn)象有許多因素引起，但曝光時(shí)干涉條紋的對(duì)比度對(duì)此有較大影響。在本發(fā)明中，按重鉻酸明膠對(duì)所采用激光的透過(guò)率，控制附圖2所示光路中兩束相干光的光強(qiáng)比，使重鉻酸明膠與空氣接觸表面的光強(qiáng)比為1。
(3)曝光量的控制。曝光量與明膠后處理前的硬化和最終的折射率調(diào)制度有關(guān)，也是控制折射率調(diào)制度非均勻性的重要方面。本發(fā)明中采用比按靈敏度計(jì)算的通常曝光量大2至3倍的大曝光量方法作為一個(gè)因素來(lái)控制非均勻性。
(4)預(yù)硬化和定影堅(jiān)膜的相互協(xié)調(diào)控制。用F5定影液堅(jiān)膜明膠能有效地控制折射率調(diào)制度和折射率調(diào)制度的非均勻性，這一堅(jiān)膜作用與重鉻酸明膠的預(yù)硬化有關(guān)。這兩者之間的協(xié)調(diào)除與折射率調(diào)制度n1有關(guān)外，重要的是與理論關(guān)系式中的p有關(guān)，所以后處理和預(yù)硬化的協(xié)調(diào)控制也是制作窄帶帶阻濾光片的重要因素。
(5)在理論關(guān)系式中的折射率分布的空間頻率變化部分對(duì)濾光片的性能影響比較小，這一變化往往影響的是特性曲線的對(duì)稱(chēng)性和使峰值波長(zhǎng)略有變化，對(duì)稱(chēng)性對(duì)濾光片的性能影響不大，峰值波長(zhǎng)的變化可通過(guò)光路矯正。對(duì)折射率分布的空頻變化本發(fā)明中未有工藝控制。
將附圖1所示的兩塊峰值波長(zhǎng)差為0至2納米、半寬度差為0至3納米的窄帶帶阻濾光片明膠面相對(duì)膠合，可得到性能更好的窄帶帶阻濾光片。
權(quán)利要求
1.一種全息窄帶帶阻濾光片，玻璃基片[2]上涂敷有一層介質(zhì)層，該介質(zhì)層為記錄了平行于介質(zhì)層表面的干涉條紋的重鉻酸明膠層[1]，所述的重鉻酸明膠層[1]上涂敷有環(huán)氧樹(shù)脂層[3]，所述的環(huán)氧樹(shù)脂層[3]上粘結(jié)固定有封片玻璃[4]，其特征在于由重鉻酸明膠層[1]制成的反射全息衍射層的折射率調(diào)制度n1(z)、折射率變化空間頻率的改變G(z)按下列公式分布n1(z)=n1[(1-p)(zT)r+p]]]>G(z)=G0-ΔG(zT)s]]>其中T為介質(zhì)層厚度，z軸與介質(zhì)層法向平行，在介質(zhì)層與玻璃基片[2]的界面處取z＝0，在介質(zhì)層與環(huán)氧樹(shù)脂層[3]的界面處取z＝T，n1是z＝T時(shí)的折射率調(diào)制度，p是z＝0時(shí)的折射率調(diào)制度與n1之比，G0是z＝0時(shí)的空頻相對(duì)于平均空頻的變化，ΔG是空頻相對(duì)平均空頻的最大變化量；r和s分別表示n1(z)和G(z)隨z變化的冪次。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全息窄帶帶阻濾光片，其特征在于將兩塊峰值波長(zhǎng)差為0至2納米、半寬度差為0至3納米的全息窄帶帶阻濾光片明膠面相對(duì)膠合。
3.一種用于全息窄帶帶阻濾光片的制作工藝，其特征在于它包括下列步驟(1)、制備用作感光液的重鉻酸明膠液；(2)、將所述的感光液涂布于玻璃基片[2]上，流平后在攝氏溫度15-25度的條件下干燥，形成介質(zhì)層；(3)、在暗室條件下，對(duì)介質(zhì)層進(jìn)行全息記錄A調(diào)節(jié)兩束相干光的光強(qiáng)比，使兩束光強(qiáng)在重鉻酸明膠與空氣接觸表面的光強(qiáng)比為1；B在所述的重鉻酸明膠層上過(guò)量曝光，曝光量為每平方厘米100-250毫焦；(4)、在暗室中對(duì)重鉻酸明膠層進(jìn)行定影堅(jiān)膜和顯影；(5)、將脫水后的介質(zhì)層熱風(fēng)吹干(6)、用環(huán)氧樹(shù)脂將封片玻璃層[4]膠合于重鉻酸明膠之上，使所述的重鉻酸明膠層與空氣隔離。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的全息窄帶帶阻濾光片的制作工藝，其特征在于在暗室中對(duì)重鉻酸明膠層進(jìn)行定影堅(jiān)膜和顯影的工藝包括A用攝氏溫度15-25度的水沖洗所述的介質(zhì)層，然后在去離子水中沖洗所述的介質(zhì)層；B定影堅(jiān)膜將所述的介質(zhì)層浸入F5定影液中堅(jiān)膜1-5分鐘，再用溫度15-25度的水沖洗；C第一次顯影所述的介質(zhì)層浸入濃度為50％、攝氏溫度為23-27度的異丙醇內(nèi)，脫水2-5分鐘；D第二次顯影所述的介質(zhì)層浸入濃度為70％、攝氏溫度為23-27度的異丙醇內(nèi)，脫水2-5分鐘；E第三次顯影所述的介質(zhì)層浸入濃度為90-100％、攝氏溫度為23-27度的異丙醇內(nèi)，脫水2-5分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的全息窄帶帶阻濾光片的制作工藝，其特征在于制備重鉻酸明膠液包括如下步驟A將明膠放入去離子水中浸泡，直至明膠完全吸水膨脹；B在攝氏溫度70-80度的條件下攪拌明膠，直至完全溶解形成明膠液；C在攝氏溫度49-51度的明膠液內(nèi)加入重鉻酸銨溶液，制成重鉻酸明膠感光液；D用0.2微米孔徑的過(guò)濾器過(guò)濾所述的感光液，并消除所述的感光液內(nèi)的氣泡；
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的全息窄帶帶阻濾光片的制作工藝，其特征在于所述的明膠液的濃度為每100毫升去離子水中含有5-6克明膠；所述的每100毫升明膠液中加入14-17毫升濃度為5％的重鉻酸按溶液。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的全息窄帶帶阻濾光片的制作工藝，其特征在于在將所述的感光液涂布于所述的玻璃基片[2]工序中，把玻璃基片[2]加溫至攝氏溫度65-75度后放置于水平平臺(tái)上，再將所述的感光液倒在玻璃基片[2]上，涂勻、自然流平。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種全息窄帶帶阻濾光片,玻璃基片(2)上涂敷有一層介質(zhì)層,該介質(zhì)層為帶有反射全息衍射層的重鉻酸明膠層(1),所述的重鉻酸明膠層(1)上涂敷有環(huán)氧樹(shù)脂層(3),所述的環(huán)氧樹(shù)脂層(3)上粘結(jié)固定有封片玻璃(4),其特征在于:由重鉻酸明膠層(1)制成的反射全息衍射層的折射率調(diào)制度n1(z)、折射率變化空間頻率的改變G(z)按公式分布,按此分布規(guī)律制成的窄帶帶阻濾光片的半寬度在10nm以下,光密度可達(dá)6D以上。
文檔編號(hào)G02B5/26GK1252529SQ9911687
公開(kāi)日2000年5月10日 申請(qǐng)日期1999年9月13日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月13日
發(fā)明者吳建宏, 唐敏學(xué), 陳林森, 游善紅, 徐穎 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)