改變超薄高性能聚合物干涉濾光片制造的范式。制造這種重要的光學系統組件的新方法將生產時間縮短到數小時，而不是數天，并增加了設計靈活性。

圖1：單片聚合物堆在一個方向上通過加熱區，形成過濾器。

光學系統中最常見的組件之一是濾光片，它可以將特定波長傳輸到樣品或檢測器，并吸收或反射其余波長。盡管在過去的15年中出現了新的波長選擇方法（如全息超材料和體布拉格光柵, holographic metamaterials and volume Bragg gratings），但大多數老牌濾光片公司仍在使用傳統方法制造分層干涉濾光片。

所有干涉濾光片都由高折射率和低折射率的交替材料層組成；這些層的相對厚度決定了濾光片的光譜性能。傳統濾光片制造商使用真空鍍膜室一次制備一層。Everix正在通過使用聚合物熱拉伸工藝同時制備所有層來改變這種模式（見圖1）。

在干涉濾光片中，每層界面透射和反射一部分光，導致波長特定的相長和相消干涉，從而調節給定光譜帶是通過濾光片還是被其反射。大多數干涉濾光片的設計采用不吸收光的材料；它要么被反射，要么被透射（文獻1）。

制造商使用真空工藝制備干涉濾光片已有數十年。但現在，Everix公司正在完善一種高度可擴展的方法，該方法使用類似于纖維拉絲的技術生產高性能塑料干涉濾光片（見圖2）。首先，將大型聚合物預制件按正確比例組裝成多層。然后，將該預制件在一個方向上加熱并拉伸（熱拉伸），以制成光譜映射的薄片，檢查并切成濾光片。許多變量，包括加熱曲線、速度、網張力等，在整個過程中都受到控制。該公司擁有該領域30多項專利，自2015年以來一直在不斷改進該工藝，以在拉伸過程中同時監測和控制所有參數（文獻2-5）。

其他制造低性能，且大幅面塑料過濾器的工藝也出現了，盡管最常見的是用于大面積窗戶膜和顯示器市場。在3M和Toray薄膜的帶領下，這些聚合物片材采用共擠成型技術制備，并使用干涉物理學來獲得視覺上吸引人的反射表面，并執行紅外（IR）阻斷等基本功能。然而，這些過濾器主要用于美學或與其他高性能過濾器元件一起使用，因此它們的光譜要求比熱拉過濾器寬松得多。

與基于真空的方法相比

60多年前建立的真空過濾器制造工藝使用熱蒸發薄膜，通常用環氧樹脂和蓋玻片保護，而過去15至20年的更現代的方法使用離子輔助和濺射在玻璃基材表面產生硬氧化膜。早期的層壓過濾器通常有幾毫米厚，有幾層玻璃、涂層和環氧樹脂，以實現所需的光譜。表面涂層過濾器要薄得多（通常為1至2毫米），但容易劃傷、碎裂、破裂和表面污染。相比之下，Everix過濾器由聚合物層形成并嵌入其中，聚合物層非常薄，有些柔軟，對碎裂和破裂不太敏感。此外，由于干涉層嵌入較厚的丙烯酸蓋之間，蓋上的小劃痕不會影響整體性能。過濾器總厚度通常為0.05至0.5毫米。

真空沉積和拉伸聚合物過濾器都使用相同的原理（數百層之間的干涉）工作，因此任何一種方法都可以實現優異的性能（見上表）。然而，新的熱拉伸方法具有幾個優點：

速度高：真空沉積方法可能需要幾天時間才能完成一個過濾器，特別是在生產復雜設計時。特別是，濺射方法非常緩慢。相比之下，新方法將聚合物預成型件組裝成整體，并在一步法中制造過濾器，在幾個小時內從預成型件到過濾器。

可擴展性：真空室的大小，通常約為1平方米，限制了真空沉積工藝可以制造的過濾器數量。使用Everix工藝，預成型件的尺寸決定了批量大小，因此擴展很簡單。

靈活性：除了原始過濾器抽吸能力外，新方法還可以利用其他在線處理方法：包括在線光譜測量和激光切割。Everix使用CNC激光切割，可以在幾分之一秒內切割出客戶想要的幾乎任何形狀。激光切割機還密封了過濾器的邊緣，因此零件不會隨著時間的推移而分層。該公司花了數年時間完善其過濾器的激光切割工藝，以最大限度地減少邊緣效應并產生密封邊緣。

相比之下，真空鍍膜板在光譜測量之前必須先卸下。此外，通常使用機械切割（切片）和機械鉆孔等標準玻璃切割技術，因此定制形狀更難實現良好的產量。特別是機械鉆孔，這是一個非常緩慢的過程，涉及在犧牲層（sacrificial layers）之間阻擋玻璃過濾器以減少邊緣碎裂，然后用孔鋸切割，解塊和清洗。

形狀因素：由于熱拉濾光片無需基材，因此它們比典型的玻璃基干涉濾光片薄2至10倍。由于它們的厚度和主要由光學級丙烯酸（一種比玻璃輕得多的材料）制成，因此它們重量更輕。此外，濾光片可以添加背膠或可以環氧樹脂粘合到其他組件上，以實現獨特的光學設計可能性。最后，眾所周知，干涉濾光片隨著入射角（AOI）的變化而呈現出藍色光譜偏移。由于它們是由熱塑性塑料制成的，Everix濾光片可以3D成型，以減少或消除AOI對光譜的影響。

與吸光度濾光片相比

最古老的光學濾波方法是吸光度濾光片（absorbance filter），用于制作教堂窗戶和裝飾藝術中使用的“彩色玻璃”，在科學家和工程師使用之前已有數千年的歷史。在真空室和干涉濾光片出現之前，這種方法是波長選擇的唯一選擇。雖然吸光度濾光片沒有表現出明顯的AOI效應，并且可以成功用于長波長范圍的阻斷，但它們的使用受到基質中發色團的溶解度和合適發色團可用性的限制。

許多干涉濾光片公司使用有色吸光濾光玻璃與干涉堆疊結合，用于長波長范圍的阻斷。干涉層直接沉積在有色玻璃上，或濾光片基材用環氧樹脂粘合到有色玻璃上，以提供所需的阻斷。相比之下，Everix及其定制材料供應商配制了定制的染料摻雜塑料，直接將其納入聚合物濾光片設計中。這些混合濾光片將吸收和干涉結合在一起。由于它們被封裝，聚合物吸光濾光片不會像許多有色玻璃常見的表面起霧那樣出現劣化。

Everix大規模提供高性能光學過濾器，用于消費市場（如AR/VR、可穿戴健康監測）、微型和護理點診斷（如內窺鏡、便攜式PCR機）以及物聯網和其他低成本、輕量級傳感器（如一次性食品傳感器、無人機安裝傳感器），為這些市場提供高性能、重量輕、形狀系數小、批量成本低的過濾器。

審核編輯：劉清