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TWI743378B - 光學濾波器 - Google Patents

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TWI743378B
TWI743378B TW107123881A TW107123881A TWI743378B TW I743378 B TWI743378 B TW I743378B TW 107123881 A TW107123881 A TW 107123881A TW 107123881 A TW107123881 A TW 107123881A TW I743378 B TWI743378 B TW I743378B
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refractive index
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optical
optical filter
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TW107123881A
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TW201908778A (zh
Inventor
詹姆斯 斯威策三世
喬治Ｊ 奧肯福斯
Original Assignee
美商菲爾薇解析公司
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Abstract

帶通濾波器可以包括一組層。該一組層可以包括第一子集層。第一子集層可以包括具有第一折射率的氫化鍺(Ge：H)。該一組層可以包括第二子集層。第二子集層可以包括具有第二折射率的材料。第二折射率可以小於第一折射率。

Description

光學濾波器
本發明相關於光學濾波器。
可以利用光學感測器裝置來捕獲資訊。例如，光學感測器裝置可以捕獲與一組電磁頻率有關的資訊。光學感測器裝置可以包括捕獲資訊的一組感測器元件(例如，光學感測器、光譜感測器和/或圖像感測器)。例如，感測器元件陣列可用於捕獲與多個頻率有關的資訊。在一個示例中，感測器元件陣列可用於捕獲關於特定光譜範圍(例如從大約1100奈米(nm)到大約2000nm的光譜範圍、具有大約1550nm的中心波長的另一光譜範圍等)的資訊。感測器元件陣列中的感測器元件可以與濾波器相關聯。濾波器可以包括與傳遞到感測器元件的第一光譜範圍的光相關聯的通帶。濾波器可以與阻擋第二光譜範圍的光被傳遞到感測器元件相關聯。
根據一些可能的實施方式，一種帶通濾波器可以包括一組層。該一組層可以包括第一子集層。所述第一子集層可以包括具有第一折射率的氫化鍺(Ge：H)。該一組層可以包括第二子集層。所述第二子集層可以包括具有第二折射率的材料。所述第二折射率可以小於所述第一折射率。
根據一些可能的實施方式，一種光學濾波器可以包括基板。所 述光學濾波器可以包括設置在所述基板上的一組交替的高折射率層和低折射率層，以對入射光進行濾波。所述光學濾波器可以被配置成使所述入射光中的在具有大約1550奈米(nm)的中心波長的光譜範圍內的第一部分通過，並且反射所述入射光的不在該光譜範圍內的第二部分。所述高折射率層可以是氫化鍺(Ge：H)。所述低折射率層可以是二氧化矽(SiO2)。
根據一些可能的實施方式，一種光學系統可以包括光學濾波器，該光學濾波器被配置為對輸入光信號進行濾波並提供濾波後的輸入光信號。所述輸入光信號可以包括來自第一光源的光和來自第二光源的光。所述光學濾波器可以包括一組介電薄膜層。該一組介電薄膜層可包括具有第一折射率的氫化鍺的第一子集層。該一組介電薄膜層可以包括具有小於第一折射率的第二折射率的材料的第二子集層。所述濾波後的輸入光信號可包括來自所述第二光源的相對於所述輸入光信號之強度減小的光。所述光學系統可以包括光學感測器，該光學感測器被配置為接收所述濾波後的輸入光學信號並提供輸出電信號。
100‧‧‧實施方式
100’‧‧‧實施方式
100”‧‧‧實施方式
110‧‧‧感測器系統
120‧‧‧光學濾波器結構
130‧‧‧光學濾波器
140‧‧‧光學感測器
150‧‧‧輸入光信號
150-1‧‧‧輸入光信號
150-2‧‧‧輸入光信號
160‧‧‧第一部分
160-1‧‧‧第一部分
160-2‧‧‧第一部分
170‧‧‧第二部分
170-1‧‧‧第二部分
170-2‧‧‧第二部分
180‧‧‧輸出電信號
200‧‧‧光學濾波器
210‧‧‧光學濾波器塗層部分
220‧‧‧基板
230‧‧‧層/H層
230-1~230-(N+1)‧‧‧層
240‧‧‧層/L層
240-1~240-(N+1)‧‧‧層
300‧‧‧示例
310‧‧‧真空室
320‧‧‧基板
330‧‧‧陰極
331‧‧‧靶
340‧‧‧陰極電源
350‧‧‧陽極
360‧‧‧電漿活化源(PAS)
370‧‧‧PAS電源
400‧‧‧圖表
410‧‧‧膜
410-1‧‧‧膜/未氫化鍺膜
410-2‧‧‧膜/氫化鍺膜
410-3‧‧‧膜/氫化鍺膜
410-4‧‧‧膜
410-5‧‧‧膜/氫化鍺膜
410-5’‧‧‧退火的氫化鍺膜
410-6‧‧‧氫化矽膜
420‧‧‧圖表
430‧‧‧圖表
440‧‧‧圖表
500‧‧‧圖表
510‧‧‧光學濾波器
520‧‧‧圖表
530‧‧‧光學濾波器
540‧‧‧圖表
圖1A至1C是本文描述的示例實施方式的概覽圖；圖2是本文描述的基於氫化鍺的光學濾波器的圖；圖3是用於製造本文描述的基於氫化鍺的光學濾波器的系統的圖；圖4A至4D是與本文描述的基於氫化鍺的光學濾波器相關的特性的圖；以及圖5A至5C是與本文描述的基於氫化鍺的光學濾波器相關的特性的圖。
以下示例實施方式的詳細描述參考了附圖。不同附圖中的相同元件符號可以標識相同或相似的元件。
光學感測器裝置可以包括感測器元件組成的感測器元件陣列，以接收從諸如光發射器、燈泡、環境光源等光源發起的光。光學感測器裝置可利用一種或更多種感測器技術，例如互補金屬氧化物半導體(CMOS)技術、電荷耦合器件(CCD)技術等。光學感測器裝置的感測器元件(例如，光學感測器)可以獲得關於一組電磁頻率的資訊(例如，光譜資料)。感測器元件可以是基於砷化銦鎵(InGaAs)的感測器元件、基於鍺化矽(SiGe)的感測器元件等。
感測器元件可以與濾波器相關聯，該濾波器對到感測器元件的光進行濾波，以使感測器元件能夠獲得關於特定光譜範圍的電磁頻率的資訊。例如，感測器元件可以與具有在以下光譜範圍中的通帶的濾波器對準以使得導向感測器元件的一部分光被濾波：大約1100奈米(nm)至大約2000nm的光譜範圍、大約1500nm至大約1600nm的光譜範圍、具有大約1550nm的中心波長的光譜範圍等。濾波器可以包括多組介電層，以濾波該部分光。例如，濾波器可以包括交替的高折射率層和低折射率層的介電濾波器疊層，例如作為高折射率材料的氫化矽(Si：H或SiH)或鍺(Ge)和作為低折射率材料的二氧化矽(SiO2)的交替層。然而，使用氫化矽作為與具有約1550nm的中心波長的光譜範圍相關聯的濾波器的高折射率材料可能導致過度的角度偏移(例如，大於閾值的角度偏移)。此外，使用鍺作為高折射率材料可導致小於以大約1550nm為中心的通帶的閾值透射率，例如小於在大約1550nm的波長下大約20%的透射率。
本文描述的一些實施方式提供了以氫化鍺(Ge：H或GeH)作為高折射率材料的光學濾波器，從而導致小於閾值的角度偏移。例如，光學濾波器 可以包括一層或更多層氫化鍺或退火的氫化鍺和一層或更多層二氧化矽，以對於以大約1550nm的波長為中心的通帶，在45度的入射角時提供小於大約100nm的角度偏移，在30度的入射角時提供小於大約30nm的角度偏移，在15度的入射角時提供小於大約10nm的角度偏移，等等。此外，使用氫化鍺和/或退火的氫化鍺的光學濾波器可以為以大約1550nm為中心的通帶提供大於閾值位準的透射率，例如大於大約40%、大於大約80%、大於大約85%等的透射率。以這種方式，本文描述的一些實施方式以小於閾值的角度偏移且大於閾值位準的透射率對光進行濾波。
圖1A至1C是本文描述的實施方式100/100’/100”的概覽圖。如圖1A所示，示例實施方式100包括感測器系統110。感測器系統110可以是光學系統的一部分，並且可以提供與感測器決定相對應的電輸出。感測器系統110包括光學濾波器結構120和光學感測器140，光學濾波器結構120包括光學濾波器130。例如，光學濾波器結構120可以包括執行通帶濾波功能的光學濾波器130。在另一示例中，光學濾波器130可以與光學感測器140的感測器元件陣列對準。
儘管本文描述的一些實施方式可能是就感測器系統中的光學濾波器而言的，但是本文描述的實施方式可以在另一種類型的系統中使用，可以在感測器系統的外部使用，等等。
如圖1A進一步所示，並且通過元件符號150所示，輸入光信號被導向光學濾波器結構120。輸入光信號可以包括但不限於與特定光譜範圍(例如，以大約1550nm為中心的光譜範圍)相關聯的光，例如1500nm至1600nm的光譜範圍、1100nm至2000nm的光譜範圍等。例如，光發射器可以將光導向光學感測器140，以允許光學感測器140執行對光的測量。在另一示例中，光發射器可以針對另一功能來引導另一光譜範圍的光，例如針對測試功能、感測功 能、通信功能等。
如圖1A進一步所示，並且通過元件符號160所示，具有第一光譜範圍的光信號的第一部分不被傳遞通過光學濾波器130和光學濾波器結構120。例如，可包括光學濾波器130的高折射率材料層和低折射率材料層的介電薄膜層的介電濾波器疊層可使得第一部分的光在第一方向上被反射、被吸收等。在這種情況下，第一部分的光可以是入射到光學濾波器130上的不包括在光學濾波器130的帶通中的閾值部分的光，例如不在以大約1550nm為中心的特定光譜範圍內的大於95%的光。如元件符號170所示，光信號的第二部分被傳遞通過光學濾波器130和光學濾波器結構120。例如，光學濾波器130可以沿著朝向光學感測器140的第二方向使具有第二光譜範圍的第二部分的光通過。在這種情況下，第二部分的光可以是在光學濾波器130的帶通內的入射到光學濾波器130上的閾值部分的光，例如在以大約1550nm為中心的光譜範圍內的大於50%的入射光。
如圖1A進一步所示，基於被傳遞到光學感測器140的光信號的第二部分，光學感測器140可以為感測器系統110提供輸出電信號180，例如用於成像、環境光感測、檢測物體的存在、執行測量、促進通信等。在一些實施方式中，可以使用光學濾波器130和光學感測器140的另外的佈置。例如，光學濾波器130可將光信號的第二部分沿另一方向導向不同位置的光學感測器140，而不是與輸入光信號共線地使光信號的第二部分通過。
如圖1B所示，另一實施方式100’包括形成光學感測器140並集成到光學濾波器結構120的基板中的感測器元件陣列的一組感測器元件。在這種情況下，光學濾波器130直接設置在基板上。輸入光信號150-1和150-2以多個不同角度被接收，並且輸入光信號150-1和150-2的第一部分160-1和160-2以多個不同角度被反射。在這種情況下，輸入光信號150-1和150-2的第二部分被傳遞通 過光學濾波器130到達形成光學感測器140的感測器元件陣列，光學感測器140提供輸出電信號180。
如圖1C所示，另一實施方式100”包括形成光學感測器140並且與光學濾波器結構120分離(例如，以在自由空間光學類型的光學系統中的自由空間分離)的感測器元件陣列的一組感測器元件。在這種情況下，光學濾波器130設置在光學濾波器結構120上。輸入光信號150-1和150-2在光學濾波器130處以多個不同角度被接收。輸入光信號150-1和150-2的第一部分160-1和160-2被反射，並且輸入光信號150-1和150-2的第二部分170-1和170-2被傳遞通過光學濾波器130和光學濾波器結構120。基於接收到第二部分170-1和170-2，感測器元件陣列提供輸出電信號180。
如上所述，圖1A至1C僅作為示例提供。其它示例是可能的，並且可以不同於關於圖1A至1C描述的示例。
圖2是示例性光學濾波器200的示圖。圖2示出了使用氫化鍺作為高折射率材料的光學濾波器的示例疊層。如圖2進一步所示，光學濾波器200包括光學濾波器塗層部分210和基板220。
光學濾波器塗層部分210包括一組光學濾波器層。例如，光學濾波器塗層部分210包括第一組層230-1至230-N(N
Figure 107123881-A0202-12-0006-16
1)(例如，高折射率層(H層))和第二組層240-1至240-(N+1)(例如，低折射率層(L層))。在一些實施方式中，層230和240可以以特定順序排列，例如(H-L) m (m
Figure 107123881-A0202-12-0006-17
1)順序、(H-L) m -H順序、(L-H) m 順序、L-(H-L) m 順序等。例如，如圖所示，層230和240以(H-L) n -H的順序設置，其中H層設置在光學濾波器200的表面處，並且H層緊鄰基板220的表面。在一些實施方式中，光學濾波器200中可以包括一個或更多個其他層，例如一個或更多個保護層、提供一個或更多個其他濾波功能(例如，阻斷劑、抗反射塗層等)的一個或更多個層等。
層230可以包括一組氫化鍺層。在一些實施方式中，可將另一種材料用於H層，例如在特定光譜範圍(例如，約1100nm至約2000nm的光譜範圍、約1400nm至約1600nm的光譜範圍、約1550nm的波長等)上折射率大於L層的折射率、折射率大於2.0、折射率大於3.0、折射率大於4.0、折射率大於4.5、折射率大於4.6等的另一種材料。在另一示例中，層230可被選擇以包括在約1550nm的波長下約4.2的折射率。
在一些實施方式中，可以為H層230選擇特定的基於氫化鍺的材料，例如氫化鍺、退火的氫化鍺等。在一些實施方式中，層230和/或240可與在特定光譜範圍(例如，約800nm至約2300nm的光譜範圍，約1100nm至約2000nm的光譜範圍，約1550nm的波長等)上的特定消光係數(例如在約1550nm處小於約0.1、小於約0.05、小於約0.01、小於約0.005的消光係數、小於約0.001的消光係數、小於約0.0008的消光係數等)相關聯。
層240可以包括一組二氧化矽(SiO2)層。在一些實施方式中，針對L層可以使用另一種材料。在一些實施方式中，可以為L層240選擇特定材料。例如，層240可以包括一組二氧化矽(SiO2)層、一組氧化鋁(Al2O3)層、一組二氧化鈦(TiO2)層、一組五氧化二鈮(Nb2O5)層、一組五氧化二鉭(Ta2O5)層、一組氟化鎂(MgF2)層等。在這種情況下，層240可以被選擇為包括在例如特定光譜範圍(例如，約1100nm至約2000nm的光譜範圍、約1400nm至約1600nm的光譜範圍、約1550nm的波長等)上比層230的折射率低之折射率。例如，層240可被選擇為在特定光譜範圍(例如，約1100nm至約2000nm的光譜範圍、約1400nm至約1600nm的光譜範圍、約800nm的光譜範圍、約1550nm的波長等)上與小於3的折射率相關聯。
在另一個示例中，層240可以被選擇為在特定光譜範圍(例如，約1100nm至約2000nm的光譜範圍、約1400nm至約1600nm的光譜範圍、約 1550nm的波長等)上與小於2.5的折射率相關聯。在另一示例中，層240可以被選擇為在特定光譜範圍(例如，約1100nm至約2000nm的光譜範圍、約1400nm至約1600nm的光譜範圍、約1550nm的波長等)上與小於2的折射率相關聯。在另一個示例中，層240可以被選擇為在特定光譜範圍(例如，約1100nm至約2000nm的光譜範圍、約1400nm至約1600nm的光譜範圍、約1550nm的波長等)上與小於1.5的折射率相關聯。在一些實施方式中，可以基於帶外阻擋光譜範圍的期望寬度、與入射角變化相關聯的期望中心波長偏移等為層240選擇特定材料。
在一些實施方式中，光學濾波器塗層部分210可以與特定數量m的層相關聯，例如，基於氫化鍺的光學濾波器可以包括大約20層的交替的H層和L層。在另一實例中，光學濾波器200可與另一數量的層相關聯，例如2層至1000層的範圍、4層至50層的範圍等。在一些實施方式中，光學濾波器塗層部分210的每一層可與特定厚度相關聯。例如，層230和240可各自與在約5nm和約2000nm之間的厚度相關聯，導致光學濾波器塗層部分210與在約0.2μm和100μm之間的厚度、在約0.5μm與20μm之間的厚度等相關聯。
在一些實施方式中，層230和240可以與多個厚度相關聯，例如層230的第一厚度和層240的第二厚度、層230的第一子集的第一厚度和層230的第二子集的第二厚度、層240的第一子集的第一厚度和層240的第二子集的第二厚度等。在這種情況下，層厚度和/或層的數量可以基於一組預期的光學特性來選擇，例如預期通帶、預期透射率等。例如，層厚度和/或層的數量可以被選擇為允許光學濾波器200用於大約1100nm至大約2000nm的光譜範圍、大約1550nm的中心波長等。
在一些實施方式中，光學濾波器塗層部分210可以使用濺射過程來製造。例如，光學濾波器塗層部分210可以使用基於脈衝磁控管的濺射過程來製造，以在玻璃基板上濺射交替層230和240。在一些實施方式中，光學濾波 器塗層部分210可以與入射角變化的情況下的相對低的中心波長偏移相關聯。 例如，光學濾波器塗層部分210可以在入射角從0度變化到15度的情況下引起大小上小於約20nm、小於約15nm、小於約10nm等的中心波長偏移；在入射角從0度變化到30度的情況下引起小於約100nm、小於約50nm、小於約30nm等的中心波長偏移；在入射角從0度變化到45度的情況下引起小於約200nm、小於約150nm、小於約125nm、小於約100nm等的中心波長偏移等。
在一些實施方式中，光學濾波器塗層部分210附接到基板，例如基板220。例如，光學濾波器塗層部分210可以附接到玻璃基板。在一些實施方式中，光學濾波器塗層部分210可以與入射介質相關聯，例如空氣介質或玻璃介質。在一些實施方式中，光學濾波器200可以設置在一組棱鏡之間。
在一些實施方式中，退火過程可用於製造光學濾波器塗層部分210。例如，在基板上濺射沉積層230和240之後，光學濾波器200可被退火以改善光學濾波器200的一個或更多個光學特性，例如相對於未執行退火過程的另一光學濾波器降低光學濾波器200的吸收係數。
如上所述，圖2僅作為示例被提供。其它示例是可能的，並且可以不同於關於圖2描述的示例。
圖3是用於製造本文所述的基於氫化鍺的光學濾波器的濺射沉積系統的示例300的圖。
如圖3所示，示例300包括真空室310、基板320、陰極330、靶331、陰極電源340、陽極350、電漿活化源(PAS)360和PAS電源370。靶331可以包括鍺材料。PAS電源370可用於為PAS 360供電，並可包括射頻(RF)電源。陰極電源340可用於為陰極330供電，並可包括脈衝直流(DC)電源。
關於圖3，靶331在氫氣(H2)以及惰性氣體(如氬氣)的存在下濺射，以沉積氫化鍺材料作為基板320上的層。惰性氣體可以通過陽極350和/或 PAS 360提供到腔室中。氫通過用於活化氫的PAS 360引入真空室310。另外，或者替代地，陰極330可引起氫活化(例如，在這種情況下，氫可從真空室310的另一部分引入)或者陽極350可引起氫活化(例如，在這種情況下，氫可通過陽極350引入真空室310)。在一些實施方式中，氫可以採取氫氣、氫氣和惰性氣體(例如氬氣)的混合物等的形式。PAS 360可以位於陰極330的閾值接近度內，允許來自PAS 360的電漿和來自陰極330的電漿重疊。PAS 360的使用允許氫化鍺層以相對高的沉積速率沉積。在一些實施方式中，以大約0.05nm/s至大約2.0nm/s的沉積速率、以大約0.5nm/s至大約1.2nm/s的沉積速率、以大約0.8nm/s的沉積速率等沉積氫化鍺層。
儘管本文描述的濺射過程，是就特定幾何形狀和特定實施方式而言的，但是其他幾何形狀和其他實施方式也是可能的。例如，可以從另一個方向、從在陰極330的閾值接近度內的氣體歧管等注入氫。儘管本文就不同的元件配置方面進行了描述，但是使用不同的材料、不同的製造工藝等也可以實現不同的鍺的相對濃度。
如上所述，圖3僅作為示例被提供。其它示例是可能的，並且可以不同於關於圖3描述的示例。
圖4A至4D示出了與使用氫化鍺作為高折射率材料的光學濾波器有關的示例。圖4A至4D示出了與基於氫化鍺的單層膜有關的特性。
如圖4A所示，且通過圖表400，提供了顯示一組膜410-1至410-5的透射率的濾波器回應。每個膜410可以是大約2.5微米的單層膜。膜410-1與和0標準立方公分/分鐘(SCCM)的流速相關的氫濃度相關。換句話說，膜410-1使用未氫化鍺。膜410-2、410-3、410-4和410-5與和20SCCM、100SCCM、160SCCM和200SCCM的流速相關的氫濃度相關。換句話說，膜410-2至410-5使用氫濃度增加的氫化鍺。在這種情況下，氫化鍺膜，例如膜410-2至410-5，相對 於非氫化鍺膜410-1，與增加的透射率相關聯。以這種方式，在光學濾波器中利用氫化鍺可以提供改進的透射率。例如，基於氫化鍺膜中的氫濃度，對於1100nm至2000nm的光譜範圍、1400nm至1600nm的光譜範圍、具有1550nm波長的光譜範圍等，氫化鍺膜可以與大於20%、大於40%、大於60%、大於80%、大於85%、大於90%等的透射率相關聯。
如圖4B所示，且通過圖表420，提供了膜410的折射率和消光係數。在1400nm的波長下，未氫化鍺膜410-1與大約0.1的消光係數相關聯，該消光係數大於氫化鍺膜410-2、410-3和410-5的消光係數，氫化鍺膜410-2、410-3和410-5的消光係數分別為大約0.05、大約0.005和大約0.002。類似地，在1400nm的波長下，未氫化鍺膜410-1與4.7的折射率相關聯，相對照地，氫化鍺膜410-2、410-3和410-5分別與4.6、4.4和4.3的折射率相關聯。在這種情況下，氫化鍺膜410-2、410-3和410-5與減小的消光係數相關聯，同時保持閾值折射率(例如，大於4.0、大於4.2、大於4.4、大於4.5等)。
在1550nm的波長下，未氫化鍺膜410-1與大約0.07的消光係數相關聯，該消光係數大於氫化鍺膜410-2、410-3和410-5的消光係數，氫化鍺膜410-2、410-3和410-5的消光係數分別為大約0.03、大約0.003和大約0.001。類似地，在1550nm的波長下，未氫化鍺膜410-1與4.6的折射率相關聯，相對照地，氫化鍺膜410-2、410-3和410-5分別與4.4、4.3和4.2的折射率相關聯。在這種情況下，氫化鍺膜410-2、410-3和410-5與減小的消光係數相關聯，同時保持閾值折射率(例如，大於4.0、大於4.2、大於4.4等)。
在2000nm的波長下，未氫化鍺膜410-1與大約0.05的消光係數相關聯，該消光係數大於氫化鍺膜410-2、410-3和410-5的消光係數，氫化鍺膜410-2、410-3和410-5的消光係數分別為大約0.005、大約0.0005和大約0.000001。類似地，在1550nm的波長下，未氫化鍺膜410-1與4.5的折射率相關 聯，相對照地，氫化鍺膜410-2、410-3和410-5分別與4.4、4.2和4.1的折射率相關聯。在這種情況下，氫化鍺膜410-2、410-3和410-5與減小的消光係數相關聯，同時保持閾值折射率(例如，大於3.5、大於3.75、大於4.0)。
如圖4C所示，且通過圖表430，提供了氫化鍺膜410-5和氫化矽膜410-6的折射率。在這種情況下，氫化鍺膜410-5的折射率均大於氫化矽膜410-6的折射率。
如圖4D所示，且通過圖表440，提供了關於氫化鍺膜410-5和退火的氫化鍺膜410-5’的折射率和消光係數。在這種情況下，例如在大約攝氏300度下施加退火過程60分鐘，導致形成退火的氫化鍺膜410-5’，導致相對於氫化鍺膜410-5在中心波長為大約1550nm的光譜範圍處折射率增加(例如增加到大約4.3)和消光係數減小(例如減小到大約0.0006)，從而減小角度偏移並提高透射率。
如上所述，圖4A至4D僅作為示例提供。其它示例是可能的，並且可以不同於關於圖4A至4D描述的示例。
圖5A至5C是與光學濾波器相關的特性圖。圖5A至5C示出了與帶通濾波器相關的特性。
如圖5A所示，且通過圖表500，提供了關於氫化鍺光學濾波器510的濾波器回應。光學濾波器510可以包括氫化鍺和二氧化矽的交替層。在一些實施方式中，光學濾波器510可以與大約5.6μm的厚度相關聯，並且對於0度的入射角可以與以大約1550nm為中心的帶通相關聯。此外，對於從0度到40度的入射角，光學濾波器510與大於閾值量(例如，大於約90%)的透射率相關聯。
如圖5B所示，且通過圖表520，提供了關於基於氫化矽的光學濾波器530的濾波器回應。光學濾波器530可以包括氫化矽和二氧化矽的交替層。在一些實施方式中，光學濾波器530可以與大約5.9微米(μm)的厚度相關 聯，並且對於0度的入射角可以與以大約1550nm為中心的帶通相關聯。
如圖5C所示，且通過圖表540，相對於光學濾波器510(Si：Ge)，對於入射角從0度變化到大約40度，光學濾波器530(Si：H)與減小的角度偏移相關聯。例如，光學濾波器510與例如以下中心波長的變化相關聯：在大約0到10度的入射角處小於大約5nm、在大約0到10度的入射角處小於大約4nm、在大約0到10度的入射角處小於大約3nm、在大約0到10度的入射角處小於大約2nm等的中心波長的變化。類似地，光學濾波器510與例如以下中心波長的變化相關聯：在10到20度的入射角處小於約15nm、在10到20度的入射角處小於約10nm、在10到20度的入射角處小於約9nm、在10到20度的入射角處小於約8nm等的中心波長的變化。
類似地，光學濾波器510與例如以下中心波長的變化相關聯：在20度入射角處小於約8nm、在20度入射角處小於約9nm、在20到30度入射角處小於約30nm、在20到30度入射角處小於約20nm、在20到30度入射角處小於約15nm、在20到30度入射角處小於約10nm等。類似地，光學濾波器510與例如以下中心波長的變化相關聯：在大約30到40度的入射角處小於大約40nm、在大約30到40度的入射角處小於大約35nm、在大約30到40度的入射角處小於大約30nm、在大約30到40度的入射角處小於大約25nm、在大約30到40度的入射角處小於大約20nm等。
如上所述，圖5A至5C僅作為示例提供。其它示例是可能的，並且可以不同於關於圖5A至5C描述的示例。
這樣，氫化鍺光學濾波器，例如以氫化鍺作為高折射率層和另一種材料作為低折射率層的光學濾波器，相對於用於與中心波長約為1550nm的光譜範圍相關聯的光學濾波器的其他材料，可以提供改進的角度偏移、改進的透射率和減小的物理厚度。
前述公開提供了說明和描述，但並不旨在詳盡說明或將實施方式限制到所公開的精確形式。根據以上公開想到的，或者可以從實施方式的實踐中獲得修改和變化是可能的。
本文結合閾值描述了一些實施方式。如本文所使用的，滿足閾值可以指值大於閾值、多於閾值、高於閾值、大於或等於閾值、小於閾值、少於閾值、低於閾值、小於或等於閾值、等於閾值等。
儘管在申請專利範圍書中陳述和/或在說明書中公開了特徵的特定組合，但是這些組合並不旨在限制可能的實施方式的公開內容。事實上，這些特徵中的許多可以以申請專利範圍書中未具體陳述和/或說明書中未公開的方式組合。儘管下面列出的每個附屬請求項可以直接從屬於僅僅一個請求項，但是可能的實施方式的公開內容包括與請求項群組中的每個其他請求項相結合的每個附屬請求項。
除非明確說明，否則本文使用的任何元素、動作或指令都不應被解釋為關鍵或必要的。此外，本文所用的冠詞“一(a)”和“一(an)”旨在包括一個或更多個專案，並且可以與“一個或更多個”互換使用。此外，如本文所使用的，術語“群組”旨在包括一個或更多個項目(例如，相關項目、不相關項目、相關項目和不相關項目的組合等)，並且可以與“一個或更多個”互換使用。在僅旨在說明一個項目的情況下，使用術語“一個(one)”或類似的語言。此外，本文使用的術語“具有(has)”、“具有(have)”、“具有(having)”等旨在是開放式的術語。此外，除非另有明確說明，否則“基於”一詞旨在表示“至少部分基於”。
100‧‧‧實施方式
110‧‧‧感測器系統
120‧‧‧光學濾波器結構
130‧‧‧光學濾波器
140‧‧‧光學感測器
150‧‧‧輸入光信號
160‧‧‧第一部分
170‧‧‧第二部分
180‧‧‧輸出電信號

Claims (20)

  1. 一種帶通濾波器，包括：一組層，包括：第一子集層，所述第一子集層包括具有第一折射率的氫化鍺(Ge：H)；以及第二子集層，所述第二子集層包括具有第二折射率的材料，所述第二折射率小於所述第一折射率，以及所述材料包括以下中的至少一種：二氧化矽(SiO2)材料，氧化鋁(Al2O3)材料，二氧化鈦(TiO2)材料，五氧化二鈮(Nb2O5)材料，五氧化二鉭(Ta2O5)材料，或氟化鎂(MgF2)材料。
  2. 如請求項1所述的帶通濾波器，其中，所述第一子集層是高折射率層(H)，並且所述第二子集層是低折射率層(L)；以及其中，所述一組層以下列項中的至少一項進行佈置：(H-L) m 階，(H-L) m -H階，(L-H) m 階，或L-(H-L)m階，其中，m是交替的H層和L層的數量。
  3. 如請求項1所述的帶通濾波器，其中，所述一組層被配置為使與 在大約1100奈米(nm)至2000nm之間的光譜範圍相關聯的閾值部分的光通過。
  4. 如請求項1所述的帶通濾波器，其中，所述一組層被配置為使與在大約1400奈米(nm)至2000nm之間的光譜範圍相關聯的閾值部分的光通過。
  5. 如請求項1所述的帶通濾波器，其中，所述一組層被配置為使與具有大約1550奈米的中心波長的光譜範圍相關聯的閾值部分的光通過。
  6. 如請求項1所述的帶通濾波器，其中，在大約1550奈米的波長下，所述第一折射率大於大約3.8。
  7. 如請求項1所述的帶通濾波器，其中，在大約1550奈米的波長下，所述第一折射率大約為4.2。
  8. 如請求項1所述的帶通濾波器，其中，所述第一子集層與在特定光譜範圍處小於大約0.01的消光係數相關聯。
  9. 如請求項1所述的帶通濾波器，其中，在大約1100奈米(nm)至大約2000nm的光譜範圍處，所述第二折射率小於3。
  10. 如請求項1所述的帶通濾波器，其中，對於從0度到40度的入射角，光譜範圍的中心波長的變化小於40奈米。
  11. 如請求項1所述的帶通濾波器，其中，對於從0度到40度的入射角，光譜範圍的中心波長的變化小於30奈米。
  12. 如請求項1所述的帶通濾波器，其中，對於從0度到30度的入射角，光譜範圍的中心波長的變化小於20奈米。
  13. 如請求項1所述的帶通濾波器，其中，對於從0度到20度的入射角，光譜範圍的中心波長的變化小於10奈米。
  14. 一種光學濾波器，包括：基板；以及一組交替的高折射率層和低折射率層，所述一組交替的高折射率層和低折 射率層設置在所述基板上以對入射光進行濾波，其中，所述光學濾波器被配置為使所述入射光中的在中心波長大約為1550奈米(nm)的光譜範圍內的第一部分通過並且反射所述入射光的不在所述光譜範圍內的第二部分，所述高折射率層是氫化鍺(Ge：H)，所述低折射率層是二氧化矽(SiO2)。
  15. 如請求項14所述的光學濾波器，其中，使用濺射過程沉積所述高折射率層。
  16. 如請求項14所述的光學濾波器，其中，所述高折射率層被退火。
  17. 一種光學系統，包括：光學濾波器，所述光學濾波器被配置為對輸入光信號進行濾波並提供濾波後的輸入光信號，所述輸入光信號包括來自第一光源的光和來自第二光源的光，所述光學濾波器包括一組介電薄膜層，所述一組介電薄膜層包括：具有第一折射率的氫化鍺的第一子集層，具有小於所述第一折射率的第二折射率的材料的第二子集層，所述材料包括以下中的至少一種：二氧化矽(SiO2)材料，氧化鋁(Al2O3)材料，二氧化鈦(TiO2)材料，五氧化二鈮(Nb2O5)材料，五氧化二鉭(Ta2O5)材料，或 氟化鎂(MgF2)材料，以及所述濾波後的輸入光信號包括來自所述第二光源的相對於所述輸入光信號之強度減小的光；和光學感測器，所述光學感測器被配置為接收所述濾波後的輸入光信號並提供輸出電信號。
  18. 如請求項17所述的光學系統，其中，所述光學濾波器設置在所述光學感測器的感測器元件陣列上。
  19. 如請求項17所述的光學系統，其中，所述光學濾波器與所述光學感測器以自由空間分離。
  20. 如請求項17所述的光學系統，其中，所述光學濾波器與大約5.6μm的厚度相關聯。
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