一种121.6nm窄带负滤光片及其制备方法与流程

本发明涉及滤光片技术领域，特别涉及一种121.6nm窄带负滤光片及其制备方法。

背景技术：

121.6nm谱线是氢元素的拉曼阿尔法发射线，它具有许多显著的特点，因而成为许多太阳探测任务的成像目标。为了保证探测的光谱纯度，需要使用121.6nm负滤光片，以在121.6nm处获得较高的反射率。

然而，现有的121.6nm负滤光片在实际应用过程中，存在旁带和可见光波段的反射率较高的现象，从而降低了121.6nm谱线质量。

综上所述可以看出，如何设计和制备高质量的121.6nm负滤光片，以降低旁带和可见光波段的反射率是目前亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种121.6nm窄带负滤光片及其制备方法，能够降低121.6nm负滤光片的旁带和可见光波段的反射率，有利于提升121.6nm谱线质量。其具体方案如下：

一种121.6nm窄带负滤光片制备方法，包括：

确定制备121.6nm窄带负滤光片时所需的多层膜的镀膜材料以及相应的基础膜系结构；

基于所述镀膜材料以及所述基础膜系结构，计算相应的等效导纳以及位相厚度；

根据所述等效导纳以及位相厚度，依次在多层膜与入射介质之间、以及多层膜与基底之间分别进行导纳匹配处理，以对所述基础膜系结构进行优化，得到优化后膜系结构；

根据所述优化后膜系结构，制备相应的121.6nm窄带负滤光片。

可选的，多层膜的镀膜材料为laf3和mgf2。

可选的，多层膜中与所述基底接触的膜层以及最外层膜层均为laf3膜层，并且，所述基底为融石英基底。

可选的，所述基础膜系结构为sub/(0.7h0.6l0.7h)^11/air。

可选的，所述基于所述镀膜材料以及所述基础膜系结构，计算相应的等效导纳以及位相厚度的过程，包括：

基于所述镀膜材料以及所述基础膜系结构，并利用macleod薄膜设计软件中的equivalentparameters功能，计算相应的等效导纳以及位相厚度。

可选的，所述依次在多层膜与入射介质之间、以及多层膜与基底之间分别进行导纳匹配处理的过程，包括：

在所述基础膜系结构中的多层膜与入射介质之间展开导纳匹配处理，以对所述基础膜系结构进行优化，得到第一次优化后膜系结构；

在所述第一次优化后膜系结构中的多层膜与所述基底之间展开导纳匹配处理，以对所述第一次优化后膜系结构再次进行优化，得到第二次优化后膜系结构。

可选的，所述第一次优化后膜系结构为：

sub/((0.7h0.6l0.7h)^90.6h0.964(0.7h0.6l0.7h)^2)/air；

所述第二次优化后膜系结构为：

sub/(0.9(0.7h0.6l0.7h)^2(0.7h0.6l0.7h)^70.6h0.964(0.7h0.6l0.7h)^2)/air。

可选的，所述根据所述优化后膜系结构，制备相应的121.6nm窄带负滤光片的过程之前，还包括：

将高斯型反射带轮廓作为目标曲线，并结合optilayer软件中的constrainedoptimizarion功能，对所述第二次优化后膜系结构中的多层膜展开再次优化，得到第三次优化后膜系结构。

可选的，所述根据所述优化后膜系结构，制备相应的121.6nm窄带负滤光片的过程之前，还包括：

利用optilayer软件的sensitivity-directedrefinement功能，对所述第三次优化后膜系结构进行再次优化，得到第四次优化后膜系结构。

进一步的，本发明还公开了一种121.6nm窄带负滤光片，所述121.6nm窄带负滤光片具体为利用前述公开的方法制备的121.6nm窄带负滤光片。

本发明中，121.6nm窄带负滤光片制备方法，包括：确定制备121.6nm窄带负滤光片时所需的多层膜的镀膜材料以及相应的基础膜系结构；基于镀膜材料以及基础膜系结构，计算相应的等效导纳以及位相厚度；根据等效导纳以及位相厚度，依次在多层膜与入射介质之间、以及多层膜与基底之间分别进行导纳匹配处理，以对基础膜系结构进行优化，得到优化后膜系结构；根据优化后膜系结构，制备相应的121.6nm窄带负滤光片。

可见，本发明确定出相应的镀膜材料以及基础膜系结构时候，将会计算相应的等效导纳以及位相厚度，接着利用上述计算结果，依次在多层膜与入射介质、以及多层膜和基底之间分别进行导纳匹配处理，这样可以实现对上述基础膜系结构的优化，可消除由于多层膜与入射介质、基底之间导纳不匹配而使得旁带和可见光波段具有高反射率的现象，而基于上述经过优化处理的膜系结构制备得到的121.6nm负滤光片具有较低的旁带以及可见光波段的反射率，从而有利于提升121.6nm谱线的质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明公开的一种121.6nm窄带负滤光片制备方法流程图；

图2为基础膜系结构sub/(0.7h0.6l0.7h)^11/air的理论反射率曲线图；

图3为本发明公开的一种具体的121.6nm窄带负滤光片制备方法流程图；

图4为初始膜系单元结构(0.7h0.6l0.7h)的等效导纳图；

图5为膜系结构sub/(0.7h0.6l0.7h)^11mh/air的理论反射率曲线图；

图6为0.964(0.7h0.6l0.7h)等效层的光学导纳图；

图7为多层膜sub/((0.7h0.6l0.7h)^90.6h0.964(0.7h0.6l0.7h)^2)/air的理论反射率曲线图；

图8为0.9(0.7h0.6l0.7h)等效层的光学导纳图；

图9为sub/(0.9(0.7h0.6l0.7h)^2(0.7h0.6l0.7h)^70.6h0.964(0.7h0.6l0.7h)^2)/air的理论反射率曲线图；

图10为本发明公开的更具体的121.6nm窄带负滤光片制备方法流程图；

图11为经optilayer软件中的constrainedoptimizarion功能优化的多层膜理论反射率曲线以及高斯型反射带轮廓目标曲线图；

图12为经optilayer软件的sdr功能优化的多层膜理论反射率曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种121.6nm窄带负滤光片制备方法，参见图1所示，该方法包括：

步骤s11：确定制备121.6nm窄带负滤光片时所需的多层膜的镀膜材料以及相应的基础膜系结构。

本实施例中，具体可以将laf3(即三氟化镧)和mgf2(即氟化镁)作为多层膜的镀膜材料。另外，多层膜中与基底接触的膜层以及最外层膜层均为laf3膜层，并且，基底为融石英基底。

本实施例中，优先采用一阶周期多层膜来构造基础膜系。在光学薄膜设计中，一般采用调整高低折射率材料的厚度比例来调节带宽。由于mgf2具有较高的应力，所以本实施例可以通过减少低折射率材料在多层膜的比例来降低带宽。另外，由于受到最小膜厚(10nm)的限制，最终，本实施例决定选择h/l＝1.4/0.6。与此对应的，本实施例具体将上述基础膜系结构设计为sub/(0.7h0.6l0.7h)^11/air。图2示出了上述基础膜系结构的理论反射率曲线。从图2可以看出，在上述基础膜系结构对应的理论反射率曲线中，旁带和可见光波段的反射率较高，需要进行抑制。

步骤s12：基于上述镀膜材料以及基础膜系结构，计算相应的等效导纳以及位相厚度。

步骤s13：根据等效导纳以及位相厚度，依次在多层膜与入射介质之间、以及多层膜与基底之间分别进行导纳匹配处理，以对基础膜系结构进行优化，得到优化后膜系结构。

本实施例中，由于考虑到多层膜与基底和入射介质的导纳不匹配会导致旁带和可见光波段的反射率较高的现象，所以，本实施例决定对多层膜与入射介质、以及多层膜与基底之间进行导纳匹配处理，以消除由于多层膜与入射介质、基底之间导纳不匹配而使得旁带和可见光波段具有高反射率的现象。而为了实现对多层膜与入射介质、以及多层膜与基底进行导纳匹配的目的，本实施例需要先计算出相应的等效参数，其中，上述等效参数包括等效导纳以及位相厚度。

步骤s14：根据优化后膜系结构，制备相应的121.6nm窄带负滤光片。

可见，本发明实施例确定出相应的镀膜材料以及基础膜系结构时候，将会计算相应的等效导纳以及位相厚度，接着利用上述计算结果，依次在多层膜与入射介质、以及多层膜和基底之间分别进行导纳匹配处理，这样可以实现对上述基础膜系结构的优化，可消除由于多层膜与入射介质、基底之间导纳不匹配而使得旁带和可见光波段具有高反射率的现象，而基于上述经过优化处理的膜系结构制备得到的121.6nm负滤光片具有较低的旁带以及可见光波段的反射率，从而有利于提升121.6nm谱线的质量。

参见图3所示，本发明实施例公开了一种具体的121.6nm窄带负滤光片制备方法，包括：

步骤s21：确定制备121.6nm窄带负滤光片时所需的多层膜的镀膜材料以及相应的基础膜系结构。

本实施例中，具体可以将laf3(即三氟化镧)和mgf2(即氟化镁)作为多层膜的镀膜材料。另外，多层膜中与基底接触的膜层以及最外层膜层均为laf3膜层，并且，基底为融石英基底。

另外，本实施例具体将上述基础膜系结构设计为sub/(0.7h0.6l0.7h)^11/air。

步骤s22：基于上述镀膜材料以及基础膜系结构，并利用macleod薄膜设计软件中的equivalentparameters功能，计算相应的等效导纳以及位相厚度。

本实施例中，考虑到由于在远紫外波段，材料具有色散和吸收，而且是倾斜入射，所以等效参数的计算非常困难。为了解决这个问题，本实施例决定采用macleod软件中的equivalentparameters功能来进行等效参数的计算。在倾斜入射条件下，equivalentparameters功能能够分别计算出p光和s光的等效参数，后续便可基于上述计算出来的等效参数展开相应的导纳匹配处理。

步骤s23：根据等效导纳以及位相厚度，在基础膜系结构中的多层膜与入射介质之间展开导纳匹配处理，以对基础膜系结构进行优化，得到第一次优化后膜系结构。

具体的，本实施例使用macleod软件中的equivalentparameters功能计算了初始膜系单元结构(0.7h0.6l0.7h)的等效参数，其在115nm处的等效导纳是5.04。由单层减反射导纳条件，匹配的单层膜导纳应为(5.04×1)0.5＝2.24，而laf3在115nm处的折射率为2.20。因此本实施例首先使用单层laf3膜对多层膜和入射介质做导纳匹配。图4给出了初始膜系单元结构(0.7h0.6l0.7h)等效导纳图。经试验发现，laf3膜取0.95h光学厚度时，虽然115nm处的反射率很低，但反射带右侧旁带的反射率偏高，最终本实施例选取了0.6h的光学厚度。图5给出了膜系结构sub/(0.7h0.6l0.7h)^11mh/air的理论反射率曲线，m分别为0.95和0.6，入射角10°。从图5可以看出旁带反射率有所下降，但仍然较高，需要做进一步抑制。

从图4可以看出，在反射带较远的地方，等效导纳比较平稳，而临近反射带的区域等效导纳有急剧的变化，这也是反射带旁带不容易匹配的原因。接下来本实施例可以使用漂移等效层来作进一步的匹配。漂移等效层是指与多层膜对称等效层厚度稍有差别的对称结构，一般其对应将要做匹配的目标波长。图6给出了0.964(0.7h0.6l0.7h)等效层的光学导纳图，其在115nm处的导纳为2.248，满足减反射导纳条件。经试验，发现该漂移等效层的周期数为2时，匹配效果最好。图7给出了多层膜sub/((0.7h0.6l0.7h)^90.6h0.964(0.7h0.6l0.7h)^2)/air的理论反射率曲线。

经过上述处理，本实施例中得到的第一次优化后膜系结构具体为：

sub/((0.7h0.6l0.7h)^90.6h0.964(0.7h0.6l0.7h)^2)/air。

关于上述膜系结构中各个参数的具体含义可以参考薄膜光学领域中的相关定义，在此不再重复说明。

步骤s24：在第一次优化后膜系结构中的多层膜与基底之间展开导纳匹配处理，以对第一次优化后膜系结构再次进行优化，得到第二次优化后膜系结构。

具体的，在得到上述第一次优化后膜系结构之后，本实施例进一步使用漂移等效层对多层膜和基底在132nm处做导纳匹配。经计算发现0.83(0.7h0.6l0.7h)的在132nm处的等效导纳为1.637，恰好满足减反射导纳条件((1.314×2.041)0.5＝1.638),但是由于它们每一层的物理厚度都小于10nm。所以本实施例决定选用0.9(0.7h0.6l0.7h)，它在132nm处的导纳为1.55。图8给出了0.9(0.7h0.6l0.7h)等效层的光学导纳图。经计算发现该漂移等效层的周期数是2时，旁带的抑制效果最好。图9则给出了多层膜sub/(0.9(0.7h0.6l0.7h)^2(0.7h0.6l0.7h)^70.6h0.964(0.7h0.6l0.7h)^2)/air的理论反射率曲线。

从图9可以看出，经过分别对多层膜和基底及入射介质做导纳匹配，设计出了带宽10nm、在121.6nm处反射率为71％、反射带旁带及可见光波段反射率小于10％的窄带负滤光片。

经过上述处理，本实施例中得到的第二次优化后膜系结构具体为：

sub/(0.9(0.7h0.6l0.7h)^2(0.7h0.6l0.7h)^70.6h0.964(0.7h0.6l0.7h)^2)/air。

步骤s25：根据上述第二次优化后膜系结构，制备相应的121.6nm窄带负滤光片。

也即，根据上述第二次优化后膜系结构，可以制备出带宽10nm、在121.6nm处反射率为71％、反射带旁带及可见光波段反射率小于10％的窄带负滤光片。

参见图10所示，本发明实施例公开了一种更具体的121.6nm窄带负滤光片制备方法，包括：

步骤s31：确定制备121.6nm窄带负滤光片时所需的多层膜的镀膜材料以及相应的基础膜系结构。

本实施例中，具体可以将laf3(即三氟化镧)和mgf2(即氟化镁)作为多层膜的镀膜材料。另外，多层膜中与基底接触的膜层以及最外层膜层均为laf3膜层，并且，基底为融石英基底。

另外，本实施例具体将上述基础膜系结构设计为sub/(0.7h0.6l0.7h)^11/air。

步骤s32：基于上述镀膜材料以及基础膜系结构，并利用macleod薄膜设计软件中的equivalentparameters功能，计算相应的等效导纳以及位相厚度。

步骤s33：根据等效导纳以及位相厚度，在基础膜系结构中的多层膜与入射介质之间展开导纳匹配处理，以对基础膜系结构进行优化，得到第一次优化后膜系结构。

本实施例中，上述第一次优化后膜系结构具体为：

sub/((0.7h0.6l0.7h)^90.6h0.964(0.7h0.6l0.7h)^2)/air。

步骤s34：在第一次优化后膜系结构中的多层膜与基底之间展开导纳匹配处理，以对第一次优化后膜系结构再次进行优化，得到第二次优化后膜系结构。

本实施例中，上述第二次优化后膜系结构具体为：

sub/(0.9(0.7h0.6l0.7h)^2(0.7h0.6l0.7h)^70.6h0.964(0.7h0.6l0.7h)^2)/air。

步骤s35：将高斯型反射带轮廓作为目标曲线，并结合optilayer软件中的constrainedoptimizarion功能，对第二次优化后膜系结构中的多层膜展开再次优化，得到第三次优化后膜系结构。

具体的，在得到上述第二次优化后膜系结构之后，本实施例进一步引入了高斯型反射带轮廓作为设计目标曲线，使用optilayer软件中的constrainedoptimizarion功能优化多层膜，并将膜厚限制在10-100nm。图11给出了经optilayer软件中的constrainedoptimizarion功能优化的多层膜理论反射率曲线和高斯型反射带轮廓目标曲线。从图11可以看出，经优化后，带宽从10nm降至5nm，但反射带右侧的旁带和可见光波段反射率偏高，有必要通过下面步骤s36做进一步的优化。

步骤s36：利用optilayer软件的sensitivity-directedrefinement功能，对第三次优化后膜系结构进行再次优化，得到第四次优化后膜系结构。

本实施例在上述步骤s35的基础上，进一步将图11中反射带曲线作为新的目标曲线，其他波段的目标曲线不变。使用optilayer软件的sensitivity-directedrefinement(sdr)功能对多层膜的右侧旁带和可见光波段作进一步优化。图12给出了经optilayer软件的sdr功能优化的多层膜理论反射率曲线。

从图12可以看出，经optilayer软件的constrainedoptimization和sdr功能优化后，设计出了带宽5nm、在121.6nm处反射率为39％、反射带旁带及可见光波段反射率小于5％的窄带负滤光片。

步骤s37：根据上述第四次优化后膜系结构，制备相应的121.6nm窄带负滤光片。

也即，根据上述第四次优化后膜系结构，可以制备出带宽5nm、在121.6nm处反射率为39％、反射带旁带及可见光波段反射率小于5％的窄带负滤光片。

进一步的，本发明实施例还公开了一种121.6nm窄带负滤光片，其中，上述121.6nm窄带负滤光片具体为利用前述实施例公开的方法制备的121.6nm窄带负滤光片。

由前述实施例中公开的内容可知，利用前述实施例中公开的方法，可以制备出两种121.6nm窄带负滤光片，其中一种为带宽10nm、在121.6nm处反射率为71％、反射带旁带及可见光波段反射率小于10％的窄带负滤光片，另一种为带宽5nm、在121.6nm处反射率为39％、反射带旁带及可见光波段反射率小于5％的窄带负滤光片。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种121.6nm窄带负滤光片及其制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。