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淺析光學濾光片的中心波長“漂移”現象

發布時間:2022-03-18 點擊次數:1034
  光學濾光片的中心波長“漂移”現象剖析
 
  光學濾光片是在樹脂或玻璃材料中混入特殊染料製成,根據對不同波長光吸收的能力不同,就可以起到濾波的作用效果。帶顏色的濾光片在市場上的普及廣,其優點是穩定、均勻、具有良好的光束質量,而且製造成本低廉,但其存在通帶比較大的不足。
 
  除吸潮引起濾光片的中心波長漂移以外,溫度升高引起的膜層折射率的變化,以及膜係熱膨脹引起的厚度變化也會引起膜層光學厚度的變化,從而導致中心波長發生漂移.不僅如此,由於基板的熱膨脹係數與膜係的熱膨脹係數不同,在受熱的情況下,膜係會受到基板應力的作用發生彈性形變,從而聚集密度發生變化,也會導致中心波長發生漂移。
 
  這其中主要的因素就是材料的折射率溫度係數、基板的線性熱膨脹係數、材料的泊鬆比、膜係的線性熱膨脹係數、膜層的聚集密度等。目前關於各種材料的折射率隨溫度變化的數據非常缺乏,尤其是薄膜形態材料的數據。
 
  根據理論分析和參量設定,計算得到在70℃以下,綠色濾光片的中心波長的溫度漂移為-0.00088nm/℃,在100℃以上,中心波長的溫度漂移為-0.001459nm/℃,對於不同顏色的濾光片,數值略有不同,但量級都在-1×10-3 nm/℃,10℃的溫度變化也隻會引起-10-2nm量級的漂移,而實驗觀測到的漂移無論對單片還是膠合樣品都在1nm的量級,所以該計算的結果並不是主要因素。
 
  對於雙片膠合的樣品而言,聚集密度不等於1時,其中的空隙多由水汽所填充,膠合以後,這些水分子仍然存在,不能蒸發脫離出薄膜。根據資料顯示,水的折射率溫度變化相對薄膜材料是比較大的,它的量級在10-4/℃,比SiO2高一個量級,並且隨著溫度的上升,折射率下降速度加快。對於聚集密度而言,水分子折射率溫度係數的作用跟膜層材料的作用已經可比擬,甚至更大。
 
  對於未膠合單片的光學濾光片,室溫下薄膜柱狀結構中的空隙幾乎完全被水分子所填充,在溫度上升到70℃時,柱狀結構中80%-90%左右的水分子被蒸發脫離出薄膜,而在70℃-120℃的時候,剩餘的10%-20%左右的水分子也被蒸發脫離出薄膜,因此導致了在70℃-120℃的中心波長漂移。實驗數據中這種漂移的數值在1-2.5nm之間,確實是室溫到70℃漂移值的1/5左右。實驗還反映,100℃-120℃的漂移小於70℃-100℃範圍的漂移,這也符合實際分析。

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