濾光片除了吸潮引起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。

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).據(jù)文 獻報道,不同材料的折射率溫度的變化差異很大, 比如碲化物呈現(xiàn)出負的數(shù)值11,而一般材料折射 率都隨溫度的上升而增大.在我們的膜系中,由 于是SiO2作為間隔層,因此SiO2的折射率溫度 系數(shù)起主要的作用.文獻中有晶體石英在可見光 范圍內(nèi)o光和e光的折射率12,見表3.也有熔融 石英在紅外的折射率溫度系數(shù),在1550nm時約 為+ 1.1× 10-5 /℃ 5,但是很難查到在可見光區(qū)域 內(nèi)的數(shù)據(jù).根據(jù)上述的數(shù)據(jù),我們可以推斷可見 光區(qū)SiO2薄膜的折射率溫度系數(shù)大概為+ 0.5× 10-5 /℃左右.基板的熱膨脹系數(shù),對K9玻璃在 -30～ 70℃范圍內(nèi)為74× 10-7 /℃ ,在100～300℃范圍內(nèi)為86× 10-7 /℃ 5.膜系的熱膨脹系 數(shù)在5.5× 10-7 /℃左右,泊松比取0.1.

根據(jù)以上的理論分析和參量設(shè)定,計算得到 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,而實驗觀測到的漂移無論對單片還是 膠合樣品都在1nm的量級,所以上述計算的結(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) 文獻顯示13,水的折射率溫度變化相對薄膜材料 是比較大的,具體數(shù)據(jù)見表4.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0.9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.

從表中我們看到,水的折射率從20℃到80℃ 下降了大約0.01,按照0.9的聚集密度來計算, 由膜層中的水折射率下降引起膜層折射率溫度系 數(shù)-2× 10-5 /℃ ,可見它完全可以抵消SiO2折射 率隨溫度的上升,使整個膜系呈現(xiàn)負的折射率溫 度系數(shù),此時膜系的折射率系數(shù)變?yōu)?1.5× 10-5 nm/℃ ,室溫到70℃的溫度漂移是-0.6nm,跟實 驗結(jié)果0～ -2nm處于同一個數(shù)量級.對于70℃ 以上的情況,沒有水的折射率變化的數(shù)據(jù),但考慮 到100℃以后水從液態(tài)逐漸變?yōu)闅鈶B(tài),折射率的 下降會更快,所以從這個角度能夠合理解釋膠合 濾光片中心波長隨溫度的短移.

我們認為,對于未膠合單片的濾光片,室溫下薄膜柱狀結(jié)構(gòu)中的空隙幾乎完全被水分子所填 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℃ 到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℃到 120℃的中心波長漂移.實驗數(shù)據(jù)中這種漂移的 數(shù)值在1～ 2.5nm之間,確實是室溫到70℃漂移 值的1/5左右.實驗還反映,100℃到120℃的漂 移小于70℃到100℃范圍的漂移,這也符合我們 的分析.