基于介质偶极子的入射角度不敏感的光谱滤光片及应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113359221A(43)申请公布日2021.09.07(21)申请号202110649138.4(22)申请日2021.06.10(71)申请人浙江大学地址310058浙江省杭州市西湖区余杭塘路866号(72)发明人郝翔何欣刘旭(74)专利代理机构杭州求是专利事务所有限公司33200代理人刘静(51)Int.Cl.G02B5/20(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图3页(54)发明名称基于介质偶极子的入射角度不敏感的光谱滤光片及应用(57)摘要本发明公开了一种基于介质偶极子的入射角度不敏感的光谱滤光片及应用，该光谱滤光片在可见光波段工作，采用双抛的硫化锌做衬底；衬底上设有基于偶极子原理设计的纳米结构，纳米结构由若干阵列式排布的纳米结构单元构成，纳米结构单元为正多边形棱柱体或圆柱体，相邻纳米结构单元的距离相同，在20至80纳米之间，所有纳米结构单元的厚度相同，在200至600纳米之间，纳米结构的材料为任何在可见光范围内具有高折射率和高透射率的介质；光谱滤光片的最大透射率可达100％，且对半角15度以内的入射光不敏感，光谱透射曲线在多个线偏振角度的入射光下保持不变。CN113359221ACN113359221A权利要求书1/1页1.一种基于介质偶极子的入射角度不敏感的光谱滤光片，其特征在于，所述光谱滤光片在可见光波段工作，采用双抛的硫化锌做衬底；所述衬底上设有纳米结构，所述纳米结构由若干阵列式排布的纳米结构单元构成，所述纳米结构单元为正多边形棱柱体或圆柱体，相邻纳米结构单元的距离相同，在20至80纳米之间，所有纳米结构单元的厚度相同，在200至600纳米之间，所述纳米结构的材料为任何在可见光范围内具有高折射率和高透射率的介质；当入射光照射到具有厚度约束的纳米结构单元时，产生偶极子效应，在相邻纳米结构单元的距离约束下，会产生偶极子耦合效应，从而产生具有多个波峰波谷且对比度高的光谱透射曲线，由于介质材料具有高透射率，当不同角度的入射光照射到介质时，产生较小反射，光谱透射曲线对入射角度不敏感。2.根据权利要求1所述的一种基于介质偶极子的入射角度不敏感的光谱滤光片，其特征在于，所述纳米结构的材料选自氧化钛、硫化锌，要求折射率在可见光波段大于2.3，透射率在可见光波段大于70％。3.根据权利要求1所述的一种基于介质偶极子的入射角度不敏感的光谱滤光片，其特征在于，所述衬底的材料选自氧化钛、硫化锌、铌酸锂，要求折射率在可见光波段大于2.3，透射率在可见光波段大于70％。4.根据权利要求1所述的一种基于介质偶极子的入射角度不敏感的光谱滤光片，其特征在于，所述纳米结构表面设有保护层，所述保护层的材料为任何在可见光范围内具有低折射率和高透射率的介质，选自空气、氧化铝、氧化镁、氧化硅、氮化硅、碳化硅、氟化镁、氟化钙、氟化钡等，要求折射率低于纳米结构的折射率，透射率在可见光波段大于70％。5.根据权利要求1所述的一种基于介质偶极子的入射角度不敏感的光谱滤光片，其特征在于，通过改变衬底、纳米结构和保护层的材料，所述光谱滤光片的工作波段可扩展至近红外及远红外。6.根据权利要求1所述的一种基于介质偶极子的入射角度不敏感的光谱滤光片，其特征在于，所述光谱滤光片的最高透射率可达100％，且对半角15度以内的入射光不敏感，即最高透射率和波峰波谷对比度降幅小于10％，光谱透射曲线在多个线偏振角度的入射光下保持不变，所述多个线偏振角度包括：0度、60度、120度、180度、240度、300度。7.一种光谱成像系统，其特征在于，包括多种权利要求1‑6任一项所述的光谱滤光片，每种光谱滤光片通过改变相邻纳米结构单元中心点之间的距离，设定其光谱透射曲线；通过多种光谱滤光片测量物体或光源的光谱曲线。2CN113359221A说明书1/3页基于介质偶极子的入射角度不敏感的光谱滤光片及应用技术领域[0001]本发明属于成像设备、光学器件领域，涉及一种基于介质偶极子的入射角度不敏感的光谱滤光片及应用。背景技术[0002]滤光片作为一种光学器件，可以是特定波长或带有其它光学特性的光波通过，被广泛应用到各类成像设备(如照相机、显示器)、各种光电传感器(如信号分离器)、太阳能电池、彩色全息显示器、增强现实显示器等领域中。目前大多数滤光片是通过染色或镀膜技术进行制作的，其优点是尺寸可以做的很大，缺点是受限于材料。比如染色所用的染料或薄膜所用的靶材均需是在自然界可找到的。而且使用该技术制作可集成于图像传感器的滤光片阵列，需要用到N次套刻技术，N＝滤光片的数量，工艺十分复杂，生产成本高。如果在制作某一个滤光片过程中出现问题，就导致整个滤光片阵列的报废。基于介质偶极子的滤光片，由于其特征尺寸远远小于设计波长