滤光片除了吸潮引起的中心波长漂移以外,温度升高引起的膜层折射率的变化,以及膜系热膨胀引起的厚度变化也会引起膜层光学厚度的变化,从而导致中心波长发生漂移.不仅如此,由于基板的热膨胀系数与膜系的热膨胀系数不同,在受热的情况下,膜系会受到基板应力的作用发生弹性形变,从而聚集密度发生变化,也会导致中心波长发生漂移。
主要的因素就是材料的折射率温度系数、基板的线性热膨胀系数、材料的泊松比、膜系的线性热膨胀系数、膜层的聚集密度等。目前关于各种材料的折射率随温度变化的数据非常缺乏,尤其是薄膜形态材料的数据。据文献报道,不同材料的折射率温度的变化差异很大, 比如碲化物呈现出负的数值11,而一般材料折射率都随温度的上升而增大。在我们的膜系中,由于是sio2作为间隔层,因此sio2的折射率温度系数起主要的作用。文献中有晶体石英在可见光范围内o光和e光的折射率12,见表3.也有熔融 石英在红外的折射率温度系数,在1550nm时约 为+ 1.1× 10-5 /℃ 5,但是很难查到在可见光区域 内的数据。根据上述的数据,我们可以推断可见光区sio2薄膜的折射率温度系数大概为+ 0.5× 10-5 /℃左右基板的热膨胀系数,对k9玻璃在 -30～ 70℃范围内为74× 10-7 /℃ ,在100～300℃范围内为86× 10-7 /℃ 5.膜系的热膨胀系数在5.5× 10-7 /℃左右,泊松比取0.1。
根据以上的理论分析和参量设定,计算得到 在70℃以下,绿色滤光片的中心波长的温度漂移为-0.00088nm/℃ ,在100℃以上,中心波长的温度漂移为-0.001459nm/℃ ,对于不同颜色的滤光片,数值略有不同,但量级都在-1× 10-3 nm/℃ ,10℃的温度变化也只会引起-10-2nm量级的漂移,而实验观测到的漂移无论对单片还是胶合样品都在1nm的量级,所以上述计算的结果并不是主要因素。
对于双片胶合的样品而言,聚集密度不等于 1时,其中的空隙多由水汽所填充,胶合以后,这 些水分子仍然存在,不能蒸发脱离出薄膜。根据文献显示13,水的折射率温度变化相对薄膜材料是比较大的,具体数据见表4.它的量级在 10-4 /℃ ,比sio2高一个量级,并且随着温度的上升,折射率下降速度加快。对于聚集密度0.9而言,水分子折射率温度系数的作用跟膜层材料的作用已经可比拟,甚至更大。
从表中我们看到,水的折射率从20℃到80℃ 下降了大约0.01,按照0.9的聚集密度来计算, 由膜层中的水折射率下降引起膜层折射率温度系数-2× 10-5 /℃ ,可见它完全可以抵消sio2折射率随温度的上升,使整个膜系呈现负的折射率温度系数,此时膜系的折射率系数变为-1.5×10-5 nm/℃ ,室温到70℃的温度漂移是-0.6nm,跟实验结果0～-2nm处于同一个数量级。对于70℃ 以上的情况,没有水的折射率变化的数据,但考虑 到100℃以后水从液态逐渐变为气态,折射率的下降会更快,所以从这个角度能够合理解释胶合滤光片中心波长随温度的短移。
我们认为,对于未胶合单片的滤光片,室温下薄膜柱状结构中的空隙几乎完全被水分子所填充,在温度上升到70℃时,柱状结构中80%～90%左右的水分子被蒸发脱离出薄膜,而在70℃ 到120℃的时候,剩余的10～20%左右的水分子也被蒸发脱离出薄膜.因此导致了在70℃到120℃的中心波长漂移.实验数据中这种漂移的 数值在1～2.5nm之间,确实是室温到70℃漂移值的1/5左右。实验还反映,100℃到120℃的漂移小于70℃到100℃范围的漂移,这也符合我们的分析。
以上内容是飞宇达光电的小编为大家总结的关于滤光片的波长发生漂移的原因。具体的滤光片知识您可以关注飞宇达光电的网站。
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