摘要

投影機中所使用的隔紅外紫外濾光片的主要作用是濾除燈源光譜中的紫外光和紅外光。420 nm以下的紫外光會對光學芯片造成損傷，而700 nm以上的紅外光會導致芯片溫度升高，進而影響其壽命。此外，紅外波段對圖像亮度的貢獻可以忽略，因此通常需要濾除波長小于420 nm和大于 700 nm的光譜成分。

在本案例中，通過先分別構建長波通和短波通濾光片，用于阻斷紫外與紅外波段，再通過膜系疊加與光譜優化，形成可見光透過、紫外與紅外有效抑制的帶通特性濾光片。

應用場景

在本案例中，我們采用將長波通與短波通濾光片分別設計并鍍于鏡片兩側的方式，并在此基礎上進行整體膜系優化，最終實現了一個帶通濾光片，在420–700?nm波段內具有高透過率，在250–400?nm與730–1050?nm波段具備高截止能力。

設計結果

 

設計結果如圖所示，在 0° 入射條件下，該膜系在 420–700?nm 波段內具有高透過率，在 250–400?nm 和 730–1050?nm 波段內表現出良好的截止性能，實現了僅透過可見光、有效阻擋紫外和紅外光的設計目標。

 

設計流程

首先進行長波通濾光片的設計，初始結構如左圖所示。使用常用的對稱膜堆結構(0.5H L 0.5H)^15作為初始結構。設計目標是在250~400nm為截止區，截止深度為OD2。420-700nm為通帶，平均反射率越大越好。

 

使用公式工具構建上述初始膜系，并查看其透射光譜。通過在圖表中動態調整參考波長，確定了最符合指標的截止帶范圍。但此時截止帶寬度仍不足，后續需要進一步拓寬截止帶寬度。

關于公式工具的更多信息:  Tutorial: Formula Tool

 

軟件可將兩個參考波長不同的膜系繪制于同一光譜圖中（見左圖），并通過項目合并功能預覽合并后膜系的光譜響應（見右圖）。

關于多項目光譜對比和項目合并的更多信息:  Tutorial: 多項目光譜對比和項目合并

 

膜系疊加后截止帶寬已經得到有效拓寬，且截止度已經達標。但此時通帶還有較多波紋，接下來將通過優化進一步改善。

使用Nelder-mead算法優化各層厚度，目標是250~400nm波段透射率趨近于0%，420~700nm波段透射率趨近于100% 。

關于優化的更多信息:  Tutorial: Optimization Workflow

優化后通帶波紋已經顯著減小， 截止帶和通帶都已滿足設計指標。

使用公式工具構建上述初始膜系，并查看其透射光譜。通過在圖表中動態調整參考波長，確定了最符合指標的截止帶范圍。但此時截止帶寬度仍不足，后續需要進一步拓寬截止帶寬度。

關于公式工具的更多信息:  Tutorial: Formula Tool 

軟件可將兩個參考波長不同的膜系繪制于同一光譜圖中（見左圖），并通過項目合并功能預覽合并后膜系的光譜響應（見下圖）。

關于多項目光譜對比和項目合并的更多信息:  Tutorial: 多項目光譜對比和項目合并

 

膜系疊加后截止帶寬已經得到有效拓寬，且截止度已經達標。但此時通帶還有較多波紋，接下來將通過優化進一步改善。

使用Nelder-mead算法優化各層厚度，目標是400~700nm波段透射率趨近于100%，740~1050nm波段透射率趨近于0%。

關于優化的更多信息:  Tutorial: Optimization Workflow 

通帶平均透射率已顯著提升，整體性能得到大幅提升。盡管通帶內仍存在細微波紋，但這在短波通濾光片中較為常見，對整體性能影響有限。后續在與長波通膜系疊加后，會進一步優化以實現更優表現。 

隔紅外紫外濾光片是一種寬帶濾光片，可通過在基板一側鍍制長波通濾光片、另一側鍍制短波通濾光片實現。在本設計中，將先前優化完成的長波通與短波通膜系分別鍍于基板兩側，構建出濾光片的基本結構。右圖展示了當前的透射光譜，可以看出透射帶尚未達到設計要求。

目標：250~400 nm, 0°入射時的透射率趨近于0% 420~700 nm，0°入射時的透射率趨近于100%

740~1050 nm，0°入射時的透射率趨近于0%

使用trf算法優化基板前后所有膜層的厚度，目標是在截止帶透射率接近0%，通帶透射率接近100%。

關于優化的更多信息:  Tutorial: Optimization Workflow?