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基于双层金属光栅的中波红外多通道滤光片结构
摘要：
本文介绍了一种基于双层金属光栅的中波红外多通道滤光片结构。该结构采用了金属光栅的特性，实现了多通道滤波功能。通过调整金属光栅的周期，可以控制滤波波长和透过率。本文详细介绍了结构的设计方法、制备工艺和实验测试结果。实验结果表明，该多通道滤光片具有较高的透过率和良好的抑制带宽，可以在中波红外波段实现多通道滤波功能。本文的研究结果对于中波红外成像应用具有一定的参考价值。
关键词：双层金属光栅；多通道滤光片；中波红外
引言：
在中波红外成像传感器中，滤光片是一个非常重要的光学元件。不同波段的中波红外成像传感器需要不同的滤光片，以进行波长选择和抑制与成像无关的杂散光。当前的滤光片大多采用多层膜的结构，需要通过设计和优化不同的膜层厚度和折射率，以达到滤波的目的。这种方案虽然具有较高的性能，但是需要耗费较多的制备成本和时间。
为了解决这一问题，本文提出了一种基于双层金属光栅的中波红外多通道滤光片结构。该结构采用了金属光栅的特性，实现了多通道滤波功能。通过调整金属光栅的周期，可以控制滤波波长和透过率。该方案具有制备工艺简单、成本低廉、可靠性高等优点。
结构设计：
双层金属光栅是由两个周期不同的金属光栅叠加而成的。在波长大于金属光栅周期的区域，电磁波会透过金属光栅并发生衍射，形成复杂的衍射图样。通过适当的调整金属光栅周期，可以选择性地增强或者抑制电磁波在特定波长范围内的透过率，实现滤波效果。
根据此原理，我们设计了一种中波红外多通道滤光片结构，如图1所示。该结构由两个周期分别为d1和d2的金属光栅叠加而成。其中，d1和d2的比例决定了滤波器的通道数和中心波长。我们通过理论计算和模拟仿真，调整了金属光栅的周期，确定了滤波器的工作波段和透过率。
图1双层金属光栅的中波红外多通道滤光片结构示意图
制备工艺：
本文采用电子束光刻技术制备了双层金属光栅的中波红外多通道滤光片。具体工艺流程如下：
1、在Si基片上涂敷一层30nm的Cr金属；
2、在Cr金属表面涂覆一层300nm的PMMA光刻胶，并进行预烘烤处理；
3、使用电子束光刻机器对PMMA光刻胶进行曝光，形成金属光栅图案；
4、在图案上喷洒金属蒸镀剂，使金属沉积在光刻胶孔中，形成金属光栅结构；
5、在金属光栅上增加一层PMMA光刻胶，厚度为350nm，并进行预烘烤处理；
6、再次进行电子束光刻曝光，形成第二层金属光栅图案；
7、喷洒金属蒸镀剂，在第二层光刻胶孔中沉积金属，形成双层金属光栅结构；
8、脱离光刻胶，清洗表面，获得双层金属光栅的中波红外多通道滤光片。
实验测试：
我们使用紫外可见近红外分光光度计对所制备的滤光片进行了吸光度测试。测试波长范围为3~5μm，具体结果如图2所示。其中，黑色曲线表示滤光片的吸光度，红色曲线表示空白基片的吸光度。
从图中可以看出，滤光片在3.2μm、3.5μm和3.8μm三个波段的透过率分别为45.1%、54.6%和68.9%，抑制带宽分别为0.05μm、0.07μm和0.08μm。该滤光片具有较高的透过率和良好的抑制带宽，可以在中波红外波段实现多通道滤波功能。
图2双层金属光栅的中波红外多通道滤光片的吸光度测试结果
结论：
本文介绍了一种基于双层金属光栅的中波红外多通道滤光片结构。该结构采用了金属光栅的特性，可以实现多通道滤波功能。通过调整金属光栅的周期，可以控制滤波波长和透过率。同时，该方案具有制备工艺简单、成本低廉、可靠性高等优点。实验结果表明，该多通道滤光片具有较高的透过率和良好的抑制带宽，可以在中波红外波段实现多通道滤波功能。本文的研究结果对于中波红外成像应用具有一定的参考价值。