1.2.4 干涉滤光片

要求某一波长范围的光束高透射，而偏离这一波长区域的光束骤然变化为高反射（或称抑制）的干涉截止滤光片有着广泛的应用。通常我们把抑制短波区、透射长波区的滤光片称为长波通滤光片。相反，抑制长波区、透射短波区的截止滤光片称为短波通滤光片。

图1-16和图1-17分别表示长波通和短波通滤光片的典型特性。滤光片的特性通常由下列参数确定：

1）透射曲线开始上升（或下降）时的波长，以及此曲线上升（或下降）的许可斜率。

2）高透射带的光谱宽度、平均透射率以及在此透射带内许可的最小透射率。

3）反射带（或称抑制带）的光谱宽度以及在此范围内所许可的最大透射率。

1.主要参数

1）截止波长 λ _c ：通常是指截止区附近其透射率为5%的波长；

2）陡度 S ：表示由透光区到不透光区变化的快慢；

3）截止区及透射区的波长范围；

4）截止区及透射区的平均透射率和最小透射率。

2.短波通滤光片的设计

现通过举例说明短波通滤光片的基本设计思路及设计步骤，并可类似得到长波通滤光片的设计方法：

设计要求：波长380~700nm， T >90%；

波长750~850nm， R >99%。

（1）选取基础膜系 短波通滤光片的基础膜系为（0.5L H 0.5L） ^S 。其中，H代表高折射率材料，L代表低折射率材料。

（2）选取合适的高、低折射率材料 从膜系结构可以看出，短波通滤光片也是由高、低折射率材料交替镀制而成。和高反射膜类似，常用的高折射率材料有：二氧化钛、二氧化锆、硫化锌、五氧化二钽等。常用的低折射率材料有：二氧化硅和氟化镱（YbF ₃ ），氟化镁材料由于张应力而不适合用于多层膜中。

与高反射膜相同的是，滤光片截止带的宽度仅由高、低材料的折射率比值决定，这个比值越大，则截止带越宽，斜率也越陡。

综合考虑下，选取氧化钛（TiO ₂ ）作为高折射率材料，二氧化硅（SiO ₂ ）作为低折射率材料。

（3）根据设计要求初步确定膜系的层数 滤光片的周期 S 越大，则截止区的透射率越小，斜率的陡度越大。根据设计要求我们暂时选择 S =8进行初步的膜系设计。

（4）膜系的初始设计 由以上几个步骤，初始的膜系结构为（0.5L H 0.5L） ^S ，其中，H代表高折射率材料TiO ₂ ，L代表低折射率材料SiO ₂ ，得到透射率曲线如图1-18中曲线a所示，设计波长为820nm。

从设计的曲线a中可以看到，波长690nm以后曲线开始下降，不符合设计要求，此时，采用增加膜系周期数的方法增大曲线陡度。周期数 S 增为11，得到透射率曲线如图1-18中曲线b所示。

（5）膜系的优化 从图1-18中可知，透射带中的波纹严重影响了薄膜的透射性质，使其达不到设计要求。此时可利用计算机的优化功能，即通过改变膜层厚度使透射带的透射率提高，通常优化靠近空气与基底的几个敏感层。优化后的透射率曲线如图1-19所示。

3.长波通滤光片的设计

长波通滤光片的基础膜系为（0.5H L 0.5H） ^S ，其中，H代表高折射率材料，L代表低折射率材料。按照前面介绍的短波通滤光片的设计方法，设计要求为波长400~500nm， R >99%；波长550~850nm, T >90%。长波通滤光片的透射率曲线如图1-20所示。

4.带通滤光片的设计

带通滤光片是指某波段内透射率很高而其两旁透射率很低的滤光片。

（1）主要参数

1） λ ₀ ：通带的中心波长；

2） T _max ：中心波长处的透射率，也称峰值透射率；

3）半宽度2Δ λ ：透射率为峰值透射率一半的波长宽度。

（2）宽带滤光片 宽带滤光片是相对于窄带滤光片而言的，两者之间并没有严格的界限。宽带滤光片可以很容易地通过在基板两边一面镀长波通滤光片，一面镀短波通滤光片来完成。其半宽度值及中心波长可以依据需要通过调整长波通与短波通的监控波长获得。

大部分的情况是将长波通和短波通都镀在基板的同一边，如图1-21所示。

（3）窄带滤光片 以长波通与短波通滤光片合成来做窄带滤光片是非常难的工作，因为在镀制时，截止波长、中心波长和半宽值都很难控制。

图1-22给出了窄带滤光片的透射率曲线，其膜系结构为LHLH 8L HLHL H LHLH 8L HLH；其中，8L称为滤光片的间隔层，中间的H层为耦合层，LHLH构成几个反射膜。类似的结构还有：G|L（LHL） ^S |A; G|LH（HLHLH） ^S H|A; G|LHL（LHLHLHL） ^S LH|A等。