一种深紫外滤光片及其设计方法与流程

1.本发明属于光学薄膜滤光片技术领域，具体涉及一种深紫外滤光片及其设计方法。


背景技术：

2.近年来，紫外线(波长200nm
‑
400nm)一直被用于各种环境中的消菌杀毒。在医院、诊所里，用紫外线泛光灯对空气和水平表面进行消毒，或对医疗器械的托盘进行消毒；在工厂、办公室和家庭中也使用紫外线泛光对空气和表面进行杀毒。但是目前紫外线消菌杀毒的时候不能有人在场的情况下安全地进行，这限制了紫外线消菌杀毒在病毒大流行等情况下的有效性。
3.波长220nm的紫外线无法穿透人体皮肤角质层，对人体无害，且具有与传统紫外线灯同等的杀菌效果。研究成果表明，220nm具有强力的杀菌力，而且可直接照射于人体皮肤。今后，有望以医疗现场的手指消毒为首，向学校、护理设施、食品工厂、洗手间及厨房等人会进入的场所广泛扩大用途，对这些场所进行杀菌和病毒灭活，今后在医疗及非医疗领域的杀菌和消毒应用潜力非常大。
4.因此，如果可以研制出一种用于对人体无害的220nm波长紫外线消毒杀菌仪器中的深紫外滤光片，将大大提高深紫外杀毒效率，很好地解决有人在场的消菌杀毒的安全问题，开拓科研领域，服务于医务工作和日常生活，其市场前景也将会很可观。


技术实现要素：

5.本发明在于提供一种深紫外滤光片及其设计方法，能够用于紫外线消毒杀菌仪器中紫外光源特定光谱的捕捉，利于解决有人在场的消菌杀毒的安全问题。
6.为解决上述技术问题，本发明提出了一种深紫外滤光片，该滤光片的初始结构为:sub/m a(hl)
m b(hl)
n x1hx2lx3hx4lx5hx6lx7h/air，其中sub表示基板，h和l分别表示光学厚度为λ/4的高低折射率材料膜层，a、b、x1、x2、x3、x4、x5、x6和x7分别为h和l层的系数，m和n分别为周期膜层hl的周期数，m为应力调节膜层。
7.本发明还提出了一种深紫外滤光片的设计方法，该设计方法包括如下步骤：
8.确定所述滤光片的基本结构：滤光片膜组 基板，其中滤光片膜组包括一个膜层应力调节层，两个高低折射率材料组合的规整周期膜层，一个高低折射率材料组合的非规整周期膜层；
9.选择膜系结构所用基板材料sub，高折射率材料h和低折射材料l，应力调节层材料m；
10.深紫外滤光片初始结构按照下式进行设计：
11.sub/m a(hl)
m b(hl)
n x1hx2lx3hx4lx5hx6lx7h/air
12.其中a、b、x1、x2、x3、x4、x5、x6和x7分别为h和l层的系数，具体数值与材料折射率相关，系数a和b范围在0.5
‑
2之间，系数x1、x2、x3、x4、x5、x6和x7范围在0.3
‑
3之间，m和n分别为
高低折射率材料膜堆的周期数，数值在10
‑
18之间，m为应力调节层，其厚度为a(hl)
m b(hl)
n x1hx2lx3hx4lx5hx6lx7h膜堆厚度的1/3～1/2；
13.将所述的基板、应力调节层和滤光片膜堆组合在一起，确定滤光片的滤光效果，获得完整的深紫外滤光片。
14.进一步地，所述的基板包括arf 0f级熔石英、紫外级熔石英或caf2；所述的高折射膜层材料为al2o3或laf3，所述低折射率膜层所用材料为：mgf2或alf3；所述应力调节膜层的材料为sio2。
15.本发明制备的深紫外滤光片，能够用于紫外线消毒杀菌仪器中紫外光源特定光谱的捕捉，利于解决有人在场的消菌杀毒的安全问题。另外在理论上为镀膜提供理论指导，有利于产品批量生产。
附图说明
16.下面参照附图结合实例对本发明做进一步地说明。
17.图1为本发明深紫外滤光片的结构示意图。
18.图2为本发明深紫外滤光片的设计透过率曲线。
19.图3为本发明实施例1的深紫外滤光片的实测透过率曲线。
具体实施方式
20.为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
21.实施例1
22.一种深紫外滤光片的设计方法，包含以下步骤：
23.确定所述深紫外滤光片的基本结构如图1所示：基板上镀制膜层应力调节层，再在该层上镀制滤光片膜堆；
24.选择设计参考波长为237nm，选择基板为arf 0f级熔石英，高折射率膜层材料为al2o3，低折射率膜层所用材料为alf3，并使用sio2作为应力调节层；
25.选择sub/m a(hl)
m b(hl)
n x1hx2lx3hx4lx5hx6lx7h/air作为滤光片膜系的初始结构，并使用选择的基板、高折射率膜层材料、低折射率膜层材料，对膜系进行相应的仿真和优化，优化设计后的膜系结构如下：
26.sub/90m 1.11(hl)
18
(hl)
15
0.94h0.92l1.07h1.01l1.37h0.99l0.93h/air
27.将滤光片膜系与基板叠加，综合评估滤光片所对应波长的透过率。
28.本发明的深紫外滤光片的设计曲线如图2所示，设计结果为：深紫外滤光片在220nm处，平均透过率大于75％，在235
‑
285nm处，平均透过率小于1％。
29.根据上述优化后的膜系镀制在arf 0f级熔石英基板上，采用电子束蒸发和电阻热蒸发镀膜工艺。
30.镀制结束后采用深紫外光谱仪进行检测，测试环境为高纯n2，透射曲线见图3。由图3可得到在220nm处，平均透射率大于75％，在235
‑
285nm处，平均透过率小于1％，即所镀制的深紫外滤光片与理论设计相符合。
31.实施例
[0032][0033]
以上所述为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，可以做膜系调整，或者采用离子束溅射等其他镀膜工艺来实现，这调整和变形也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种深紫外滤光片，其特征在于：该滤光片的初始结构为:sub/m a(hl)
m b(hl)
n x1hx2lx3hx4lx5hx6lx7h/air，其中sub表示基板，h和l分别表示光学厚度为λ/4的高低折射率材料膜层，a、b、x1、x2、x3、x4、x5、x6和x7分别为h和l层的系数，m和n分别为周期膜层hl的周期数，m为应力调节膜层。2.根据权利要求1所述的深紫外滤光片，其特征在于：所述的基板包括arf 0f级熔石英、紫外级熔石英或caf2；所述的高折射膜层材料包括al2o3或laf3，所述低折射率膜层所用材料包括：mgf2或alf3；所述的应力调节膜层的材料为sio2。3.根据权利要求1所述的深紫外滤光片，其特征在于：周期数m和n范围在10
‑
18之间，系数a和b范围在0.5
‑
2之间，系数x1、x2、x3、x4、x5、x6和x7范围在0.3
‑
3之间。4.根据权利要求1所述的深紫外滤光片，其特征在于：所述的应力调节膜层m的厚度为a(hl)
m b(hl)
n x1hx2lx3hx4lx5hx6lx7h膜堆厚度的1/3～1/2。5.一种权利要求1
‑
4任一所述的深紫外滤光片的设计方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：步骤1、选定滤光片初始结构：sub/m a(hl)
m b(hl)
n x1hx2lx3hx4lx5hx6lx7h/air，其中a、b、x1、x2、x3、x4、x5、x6和x7分别为h和l层的系数的具体数值与材料折射率相关，系数a和b范围在0.5
‑
2之间，系数x1、x2、x3、x4、x5、x6和x7范围在0.3
‑
3之间，m和n分别为高低折射率材料膜堆的周期数，数值在10
‑
18之间，m为应力调节层，其厚度为a(hl)
m b(hl)
n x1hx2lx3hx4lx5hx6lx7h膜堆厚度的1/3～1/2；步骤2、选择基板sub的材料，应力调节膜层m的材料，以及高折射率材料h和低折射率材料l；步骤3、根据滤光片的技术指标要求设定优化目标参数，包括使用波长和透过率；步骤4、根据目标值进行滤光片的优化设计；步骤5、将优化好的滤光片堆叠在基板上，确定滤光片对应波长处的透过率，如果满足目标值，则完成设计，如果不满足目标值，则继续进行膜层的进一步优化直至满足目标值。6.根据权利要求5所述的深紫外滤光片的设计方法，其特征在于：波长220nm处的透过率大于75％，235
‑
285nm处的透过率平均值小于1％。7.根据权利要求5所述的深紫外滤光片的设计方法，其特征在于：所述的优化设计是在膜系设计软件tfcalc、macleod或optilayer中进行。
技术总结
本发明属于光学薄膜技术领域，具体涉及一种深紫外滤光片及设计方法，该深紫外滤光片结构为:Sub/Ma(HL)


技术研发人员：张伟丽 冯操 王建国 易葵 朱美萍 朱瑞 孙建 沈雪峰 邵建达
受保护的技术使用者：中国科学院上海光学精密机械研究所
技术研发日：2021.03.03
技术公布日：2021/6/29