光学滤光片的中心波长“漂移”现象剖析
光学滤光片是在树脂或玻璃材料中混入特殊染料制成，根据对不同波长光吸收的能力不同，就可以起到滤波的作用效果。带颜色的滤光片在市场上的普及广，其优点是稳定、均匀、具有良好的光束质量，而且制造成本低廉，但其存在通带比较大的不足。
除吸潮引起滤光片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。
这其中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。
根据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,所以该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。根据资料显示,水的折射率温度变化相对薄膜材料是比较大的,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。
对于未胶合单片的光学滤光片,室温下薄膜柱状结构中的空隙几乎*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℃-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℃-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℃-120℃的漂移小于70℃-100℃范围的漂移,这也符合实际分析。
