光學(xué)濾光片的中心波長“漂移”現(xiàn)象剖析
光學(xué)濾光片是在樹脂或玻璃材料中混入特殊染料制成，根據(jù)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(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定、均勻、具有良好的光束質(zhì)量，而且制造成本低廉，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,以及膜系熱膨脹引起的厚度變化也會引起膜層光學(xué)厚度的變化,從而導(dǎo)致中心波長發(fā)生漂移.不僅如此,由于基板的熱膨脹系數(shù)與膜系的熱膨脹系數(shù)不同,在受熱的情況下,膜系會受到基板應(yīng)力的作用發(fā)生彈性形變,從而聚集密度發(fā)生變化,也會導(dǎo)致中心波長發(fā)生漂移。
這其中主要的因素就是材料的折射率溫度系數(shù)、基板的線性熱膨脹系數(shù)、材料的泊松比、膜系的線性熱膨脹系數(shù)、膜層的聚集密度等。目前關(guān)于各種材料的折射率隨溫度變化的數(shù)據(jù)非常缺乏,尤其是薄膜形態(tài)材料的數(shù)據(jù)。
根據(jù)理論分析和參量設(shè)定,計(jì)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/℃,對于不同顏色的濾光片,數(shù)值略有不同,但量級都在-1×10-3 nm/℃,10℃的溫度變化也只會引起-10-2nm量級的漂移,而實(shí)驗(yàn)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(jì)算的結(jié)果并不是主要因素。
對于雙片膠合的樣品而言,聚集密度不等于1時,其中的空隙多由水汽所填充,膠合以后,這些水分子仍然存在,不能蒸發(fā)脫離出薄膜。根據(jù)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,并且隨著溫度的上升,折射率下降速度加快。對于聚集密度而言,水分子折射率溫度系數(shù)的作用跟膜層材料的作用已經(jīng)可比擬,甚至更大。
對于未膠合單片的光學(xué)濾光片,室溫下薄膜柱狀結(jié)構(gòu)中的空隙幾乎*被水分子所填充,在溫度上升到70℃時,柱狀結(jié)構(gòu)中80%-90%左右的水分子被蒸發(fā)脫離出薄膜,而在70℃-120℃的時候,剩余的10%-20%左右的水分子也被蒸發(fā)脫離出薄膜，因此導(dǎo)致了在70℃-120℃的中心波長漂移。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中這種漂移的數(shù)值在1-2.5nm之間,確實(shí)是室溫到70℃漂移值的1/5左右。實(shí)驗(yàn)還反映,100℃-120℃的漂移小于70℃-100℃范圍的漂移,這也符合實(shí)際分析。
