基于无序的偏振无关变角调谐局域滤光片及其设计方法

基于无序的偏振无关变角调谐局域滤光片及其设计方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于无序的偏振无关变角调谐局域滤光片及其设计方法，通过改变光的入射角实现通道波长的连续调谐，且通道波长与偏振无关。局域滤光片的设计基于任一非0入射角，通过调节反射器?腔结构的无序，并以正交偏振强度分离度作为无序调节效果的判据；通过对反射器?腔结构的无序的多次优化过程，使得通道波长处正交偏振强度分离度都接近0，通道波长外正交偏振强度分离度都接近1，透射性能上体现为通道波长处的正交偏振透过率都接近于1和通道外波长处正交偏振透过率都接近于0。所采用反射器?腔结构至少对应分层介质结构一种物理实现，可以良好满足不同应用场景的需求。
【专利说明】
基于无序的偏振无关变角调谐局域滤光片及其设计方法
技术领域
[0001] 本发明属于滤光片领域，特别涉及基于无序的偏振无关变角调谐局域滤光片及其 设计方法。
【背景技术】
[0002] 传统的窄带光学滤光片包括多个各向同性介质层、具有一个或多个滤光通道。滤 光片通道波长随着光入射角增大而减小。根据滤光片通道波长与光入射角的对应关系，传 统的窄带光学滤光片可以作为变角调谐滤光片，参见文献[1]。但是，由于在入射角不为〇 时，介质界面对P偏振光和s偏振光的反射系数不同，因此P偏振通道波长和S偏振通道波长 存在偏离，这种偏振效应是变角调谐滤光片实际应用的主要限制因素。文献[1]中提到了一 个包括多个滤光片、起偏器和波片的复杂装置以彻底消除偏振效应，缺点是大大增加了系 统复杂性和费用。通过仔细选择入射角（参见文献[2])、或者使用各向异性介质层(参见文 献[3])也可以消除偏振效应，但是入射角选择严重限制了变角调谐滤光片的通道波长调谐 范围，而各项异性介质层在工程实现上难度很大。

【发明内容】

[0003] 本发明提供了一种基于无序的偏振无关变角调谐局域滤光片及其设计方法，其目 的在于，克服现有变角调谐滤光片的通道波长调谐与入射光的偏振有关的问题。
[0004] 本发明所采用的技术方案如下：
[0005] -种基于无序的偏振无关变角调谐局域滤光片，以反射器-腔结构为基础，通过改 变光的入射角实现1个或多个通道波长的连续调谐，且通道波长与偏振无关;局域滤光片的 入射角设计改变范围为[0，θ_]，则对应的通道波长的调谐范围为[λ(0)，λ(θ_ χ)];
[0006] 滤光片的通道波长与入射光的偏振有关，当入射光的入射角为0时，不同偏振入射 光的通道波长重合，当入射角不为0时，不同偏振入射光的通道波长存在偏离，且偏移量随 着入射角增大而线性增大;根据偏移量随入射角的线性变化关系，要在入射角设计改变范 围[0，0 max]内实现通道波长的偏振无关，只需在入射角设计改变范围[0，0max]内任意选取2 个不同的入射角实现通道波长的偏振无关；由于当入射角为〇时通道波长天然是偏振无关 的，则只需在入射角设计改变范围[0，9 max]内任意选取1个非0的入射角03实现通道波长的 偏振无关，此非〇的入射角98即为实现偏振无关变角调谐局域滤光片的设计入射角；
[0007] 选取处于入射角设计改变范围[0，0max]内任一非〇入射角为设计入射角0S;局域滤 光片的设计基于9 8，通过调节反射器-腔结构的无序因子，从而确定反射器的反射系数和/ 或腔的光学厚度，并以正交偏振强度分离度作为无序调节效果的判据，获得偏振无关变角 调谐局域滤光片；
[0008] 所述反射器-腔结构包括N+1个反射器(R1，R2，…，R N+1)和N个腔(C1，C2，…，Cn);
[0009] 其中，所述反射器-腔结构的无序因子包括反射器的无序因子(〇1，〇2，一，<^ +1)和腔 的无序因子(β?，β2，··· ,?):
[0010]
[0011]
[0012] 和出，^，-_3+1)分别为有序和无序的反射器-腔结构中各反射器 从左至右的反射系数，…,/0和（I1Jv，1N)分别为有序和无序的反射器-腔结构中 各腔从左至右的光学厚度。
[0013] 局域滤光片以反射器-腔结构为基础，以正交偏振强度分离度为判据，通过多次调 整优化反射器-腔结构的无序因子，最终获得偏振无关的变角调谐局域滤光片；
[0014] 局域滤光片通过连续改变光的入射角Θ，实现通道波长λ(θ)的连续调节。
[0015] 设定入射角的设计改变范围为[0，0max]，则通道波长的设计调谐范围为[λ(0)，λ (9max)]。只需在处于[0，0max]内的任一不为〇的入射角Θ处实现通道波长偏振无关，则在整个 变角范围[0，Qmax]内的通道波长都为偏振无关；
[0016] 反射器的无序因子(W2，…，αΝ+1)和腔的无序因子(P1,02,…，βΝ)反映相应反射 器-腔结构的具体物理参数，其值不随设计入射角θ 8的改变而改变。有序的反射器-腔结构 是无序的反射器-腔结构的一种特殊情况，其无序因子均为1。
[0017] 局域滤光片通道波长随入射角变化连续可调，且与偏振无关；
[0018] 对于设定的入射角，局域滤光片通道波长的正交偏振强度分离度接近0,正交偏振 透过率接近1;通道外波长的正交偏振强度分离度接近1，正交偏振透过率接近0;
[0019] 设定Ξ表不光的任一偏振态，π表不与Ξ正交的另一种偏振态，则(Ξ, Π )表不光的 一对正交偏振基，任意光的偏振态的米用以正交偏振基(Ξ, Π )为基准的表达式表不；
[0020] 常用的正交偏振基(Ξ, Π )有三组：（ρ偏振，s偏振）即（水平偏振，垂直偏振），（45度 偏振，135度偏振），以及（右旋圆偏振，左旋圆偏振）；（ρ偏振，s偏振），45度偏振，135度偏 振），以及（右旋圆偏振，左旋圆偏振)这三组正交偏振基所对应的Stokes矢量分别为（[I 1 0 oyji -1 0 oyhai 0 I OYJl 0 -1 0]〇,以及（[1 0 0 IYJl 0 0 -I]');任意 光的偏振态可用以正交偏振基(Ξ，Π )为基准的表达式表示，在计算偏振影响时，只需考虑 正交偏振基(Ξ, π );
[0021] 在光的入射角Θ不为〇时，腔的光学厚度和反射器的反射系数均与入射光的偏振态 有关；
[0022] 在任一入射角Θ下，腔(C1，C2，…，Cn)的Ξ偏振光学厚度是指入射光偏振为Ξ时对应 的光学厚度，记作[^(外/^),…,/f P)]，反射器(RlR2, ···，"0的Ξ偏振反射系数是指入 射光偏振为Ξ时对应的反射系数，记作为[/f p)，/f p)，· · ;腔(C1，C2，…，Cn)的Π 偏 振光学厚度是指入射光偏振为Π 时对应的光学厚度，记作[Z1nP),/?(巧,…,f (巧]，反射器 (Ri，R2，…，Rn + i )的Π 偏振反射系数是指入射光偏振为Π 时对应的反射系数，记作
[0023] Ξ偏振强度、Ξ偏振归一化强度和Ξ偏振强度分离度分别是指入射光为Ξ偏振时所对 应的强度、归一化强度和强度分离度；Π 偏振强度、Π 偏振归一化强度和Π 偏振强度分离度 分别是指入射光为Π 偏振时所对应的强度、归一化强度和强度分离度；
[0024]正交偏振强度分离度包括两组强度分离度，分别是指入射光偏振分别为正交偏振 基(Ξ，Π )之一的Ξ偏振所对应的强度分离度和入射光的偏振为正交偏振基(Ξ，Π )之二的Π 偏振所对应的强度分尚度；
[0025]在设计入射角03下，对于局域滤光片的任一通道波长或通道外波长\(0S)的正交 偏振强度分尚度为：
[0026]
[0027]
[0028]
[0029]
[0030]
[0031]
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[0033]
[0034]疗队心…心+4狀))和疗(4Λ，.·.&ν+2:Μ《))分别为光左入射到反射器-腔结构时 各个面的Ξ偏振强度和Ξ偏振归一化强度，彳以))和疗(心心...心+2;々(€))分别 为光右入射到反射器"I空结构时各个面的Ξ偏振强度和Ξ偏振归一化强度，… 和))分别为光左入射到反射器-腔结构时各个面的π偏振强度和π 偏振归一化强度，/^(5^2，"，<^+2;七的))和0(15 1，152，"，5^+2;1;(6))分别为光右入射到 反射器空结构时各个面的π偏振强度和Π 偏振归一化强度。
[0035] 是指光左入射到反射器-腔结构时各个面Ξ偏振强 度中的J
[0036] 是指光右入射到反射器-腔结构时各个面Ξ偏振强 度中的J
[0037] 是指光左入射到反射器-腔结构时各个面Π偏振 强度中G
[0038] 是指光右入射到反射器-腔结构时各个面Π偏振 强度中的最大强度；
[0039] 所述反射器-腔结构的强度采用耦合模方程或传输矩阵计算获得。
[0040] 所述偏振无关变角调谐通道可为1个或多个。无序因子和通道并无一一对应关系， 实现1个或多个通道都涉及到所有无序因子的调整。
[0041 ]滤光片通道、Anderson局域和正交偏振强度分离度三者的对应关系如下：
[0042] 通道波长对应Anderson局域，其特征是正交偏振强度分离度接近0(实际设计中可 采用小于KT3作为判据），相应的具有接近1的正交偏振透过率;所述正交偏振透过率是指入 射光偏振分别为正交偏振基的两种偏振态时所对应的透过率;通道外波长对应Ander son 解局域，其特征是正交偏振强度分离度接近1 (实际设计中可采用大于〇. 98作为判据），相应 的具有接近〇的正交偏振透过率。
[0043] 在入射角为0(天然偏振无关)和设计入射角0S处实现局域滤光片的通道波长的偏 振无关，结果是对于入射角设计改变范围[0,9 max]内的所有入射角下局域滤光片的通道波 长都是偏振无关；
[0044] 对于入射角设计改变范围[0，0max]内的任一入射角，局域滤光片通道波长的正交 偏振强度分离度都接近〇,通道外波长的正交偏振强度分离度都接近1，是指所有通道波长 的正交偏振强度分尚度都接近0和所有通道外波长的正交偏振分尚度都接近1。
[0045] 所述反射器-腔结构至少包括分层介质；
[0046] 所述分层介质结构是指介质界面为反射器，介质层为腔；
[0047] 所述反射器-腔结构的局域滤光片采用低吸收率材料制成；
[0048]所述低吸收率材料是指在波长调谐范围内材料的折射率虚部小于0.01。
[0049] -种基于无序的偏振无关变角调谐局域滤光片的设计方法，包括以下几个步骤：
[0050] 步骤1:设定变角调谐范围为[0，0max]，选取处于[0，0max]内的任一不为〇的入射角 作为设计入射角θ 8,以反射器的反射系数和腔的光学厚度的表达式对应的正交偏振基作为 后续步骤中滤光片设计所使用的正交偏振基(Ξ，Π );
[0051] 当反射器-腔结构确定后，反射器的反射系数和腔的光学厚度的表达式与偏振有 关，且对应特定的正交偏振基；
[0052]步骤2:获取反射器-腔结构的无序因子。
[0053] 初始无序因子可为任意值，举例来说，初始无序因子可都设为1;
[0054] 步骤3:在当前无序因子设置下，计算设计入射角0S下局域滤光片中所有通道波长和通
[0062] //2(心6>-心|: ;七（"）和/严（5|名,_._52、|::2;(6)')分别为光左入射到反射器- 道外波长\(0S)的正交偏振强度分离度' &,及,…^;人R ))和Δ/π (, 5V, · · · 1^2,. (W
[0055]
[0056]
[0057]
[0058]
[0059]
[0060]
[0061] 腔结构时各个面的Ξ偏振强度和Ξ偏振归一化强度；
[0063] /^5|名,~52、|: ;大（6))和5(5|名，_42、13乂.（6))分别为光右入射到反射器-腔结构时各个面的 Ξ偏振强度和Ξ偏振归一化强度；
[0064] /ΖΠ (5?， 上丨{β、' ))分别为光左入射到反射器-腔结构时各个面的Π 偏振强度和Π 偏振归一化强度；
[0065] /Λη(4，·ν.·5^2;Μ€))和4 Π (^S1，*V"?v+パ4?))分别为光右入射到反射器-腔结构时各个面的Π 偏振强度和Π 偏振归一化强度。
[0066] (?,?,是指光左入射到反射器-腔结构时各个面Ξ偏振强 度中的最大强度；
[0067] 5；,S2,+2U,⑷切是指光右入射到反射器-腔结构时各个面Ξ偏振强 度中的最大强度；
[0068] max[/f(H，+2;4(以)]是指光左入射到反射器-腔结构时各个面Π 偏振 强度中的最大强度；
[0069] 11^[0以,"，心+^的))]是指光右入射到反射器-腔结构时各个面Π 偏振 强度中的最大强度；
[0070] 所述反射器-腔结构中各个面的强度采用耦合模方程或传输矩阵计算获得。
[0071] 步骤4:在当前无序因子设置下，判断其正交偏振强度分离度是否满足如下条件， 若满足，则当前无序因子设置即为对应的滤光片所需的设置，滤光片调整优化过程结束，若 不满足，继续步骤5:
[0072]所有通道对应波长的正交偏振强度分离度都接近0,实际设计中可用小于HT3作为 判据，同时所有通道外波长的正交偏振强度分离度都接近1，实际设计中可用大于0.98作为 判据。
[0073] 步骤5:调整反射器-腔结构的无序因子；
[0074] 步骤6:在调整后的无序因子设置下，计算设计入射角1下局域滤光片中所有通道波长 和通道外波长Aj(Qs)的正交偏振强度分尚度…(6〇)和Δ/ π (S1J2，…(沒J);
[0075] 步骤7:判断相对于调整前的无序因子设置具有的正交偏振强度分离度来说，调整 后的无序因子设置具有的正交偏振强度分离度是否满足如下条件，若满足，则调整后的无 序因子设置作为下一次无序因子调整的基础，若不满足，则调整前的无序因子设置作为下 一次无序因子调整的基础，返回步骤5:
[0076]所有通道波长的正交偏振强度分离度都更小，同时所有通道外波长的正交偏振强 度分离度都更大。
[0077]有益效果
[0078]本发明提供了一种基于无序的偏振无关变角调谐局域滤光片及其设计方法，通过 连续改变光入射角实现滤光片1个或多个通道波长的连续调谐，且通道波长与偏振无关。局 域滤光片的设计通过调整反射器-腔结构的无序，以设计入射角下偏振正交强度分离度作 为无序调节效果的判据;通过对反射器-腔结构的无序的多次调整优化过程，最终使得所有 通道波长和通道外波长都达到预先设定的正交偏振强度分离度，透射性能上体现为通道波 长处的接近于1的正交偏振透过率和通道外波长处接近于O的正交偏振透过率。所采用反射 器-腔结构可以对应多种物理实现，至少包括基于分层介质的物理实现。基于分层介质的偏 振无关局域滤光片可以通过改变光入射角实现通道波长的连续调谐且与入射光偏振无关， 调谐范围可达百 nm级，可以良好满足不同应用场景的需求。
[0079] 该偏振无关变角调谐局域滤光片以无序的反射器-腔结构为实现平台，通过调节 反射器-腔结构的无序实现变角调谐滤光片的偏振无关，而现有的技术中实现偏振无关的 思路主要有3种：1使用复杂的偏振补偿装置，2针对特定的入射角，3使用各项异性介质层。 与现有技术相比，本发明提出的偏振无关变角调谐局域滤光片不需要限制入射角，不需要 镀制工程难度很高的各向异性介质层，不需要复杂的偏振补偿装置。现有的加工设备即可 加工偏振无关局域滤光片所需的不同厚度的各向同性介质层。
【附图说明】
[0080] 图1为无序的反射器-腔结构示意图；
[0081 ]图2为反射器-腔结构采用分层介质的示意图；
[0082]图3为基于腔无序的偏振无关变角调谐局域滤光片的无序因子(设计1和设计2)示 意图；
[0083]图4为设计1在典型入射角下的透过通道示意图；
[0084] 图5为设计1的变角调谐范围示意图；
[0085] 图6为设计2在典型入射角下的透过通道示意图；
[0086] 图7为设计2的变角调谐范围示意图；
[0087] 图8为基于反射器无序的偏振无关变角调谐局域滤光片的折射率(设计3)示意图；
[0088] 图9为设计3在典型入射角下的透过通道示意图；
[0089] 图10为设计3的变角调谐范围示意图。
【具体实施方式】
[0090] 下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
[0091 ] -种基于无序的偏振无关变角调谐局域滤光片，以反射器-腔结构为基础，调整反 射器-腔结构的无序因子，从而确定反射器的反射系数和/或腔的光学厚度，获得偏振无关 变角调谐局域滤光片；
[0092] -旦无序因子确定，反射器-腔结构中的反射系数和腔的光学厚度也相应确定； [0093] 所述反射器-腔结构包括N+1个反射器(Ri，R2，…，Rn+i)和N个腔(Ci，C2,…，Cn)，光入 射到反射器-腔结构的入射角为Θ，Θ连续可调，如图1所示；
[0094] 其中，所述反射器-腔结构的无序因子包括反射器的无序因子(〇1，〇2，一，<^ +1)和腔 的无序因子(β?，β2，···，?):
[0097] ^和(ri，r2，…，rN+1)分别为入射角为0时有序和无序的反射器-腔结
[0095]
[0096] 构中各反射器从左至右的反射系数，?Μ,···;；)和（I1JvJn)分别为入射角为O时有序 和无序的反射器-腔结构中各腔从左至右的光学厚度。反射器的无序因子(^，α2，···，αΝ+1)和 腔的无序因子(fo，^，···，^)反映相应反射器-腔结构的具体物理参数，其值不随设计入射 角Gs的改变而改变。
[0098]反射器-腔结构至少包括分层介质一种物理实现形式，光入射到分层介质的入射 角为θ，θ连续可调(如图2所示）。
[0099] 对于分层介质，介质界面作为反射器，介质层作为腔；
[0100] 对于任一入射角Θ，反射器Ri的P偏振反射系数为rip= (ru-i/cos0i-i-ru/cosQi)/ (m-i/cos9i-i+m/cosQi)，s偏振反射系数为ris= (m-icos9i-micosGOAru-icos9i-：L+nicos θ〇,其中m-dPm分别为第i-1层和第i层介质的折射率，分别为光在第i-i层和第i 层介质的折射角;腔Ci的p偏振和s偏振光学厚度都为Ii = mdicos0i，其中di为厚度。设no为 环境介质折射率，且有n〇sin0=msin0i。反射器的无序因子改变对应于介质折射率的改变， 腔的无序因子改变对应于介质层的光学厚度的改变。
[0101]在分层介质中，上述反射器的反射系数和腔的光学厚度的表达式与偏振有关，对 应的正交偏振基(Ξ, π )为(P偏振，s偏振）。
[0102] 用于局域滤光片设计的分层介质(无序因子均为1时）：由50层折射率为2.1或1.4 的交替介质层组成，环境介质设定为空气（折射率为1);设计入射角为〇时的中心波长为λο = 1550nm，每个介质层的光学厚度均为λ〇/4;入射角设定变化范围为[0,30°];设计入射角 为20° ;所用的正交偏振基为(ρ偏振，s偏振）。
[0103] 基于腔无序的偏振无关变角调谐局域滤光片提供了 2个设计实例。图3为基于腔无 序的偏振无关变角调谐局域滤光片的无序因子(设计1和设计2)。图4为设计1在典型入射角 下的透过通道，图5为设计1的变角调谐范围。设计1具有1个通道，在入射角的变化范围为 [0°，30° ]时，ρ偏振的通道波长的调谐范围为[1549 ·6nm，1476 ·7nm]，s偏振的通道波长的调 谐范围为[1549.6nm, 1476.7nm];通道波长偏离偏振无关的最大值小于0.1 nm，调谐宽度为 72.9nm。图6为设计2在典型入射角下的透过通道，图7为设计2的变角调谐范围。设计2具有2 个通道，在入射角的变化范围为[0°，30°]时，ρ偏振的通道1波长的调谐范围为[1501.2nm， 1432.611111]，8偏振的通道1波长的调谐范围为[1501.2腦，143411111]，？偏振的通道1波长的调 谐范围为[1599 · 5nm, 1528 · 2nm]，s偏振的通道2波长的调谐范围为[1599 · 5nm, 1528 ·6nm] 〇 通道波长1偏离偏振无关的最大值为1.4nm，调谐宽度为68.2nm，通道波长2偏离偏振无关的 最大值为〇 · 4nm，调谐宽度为70 · 9nm〇
[0104] 基于反射器无序的偏振无关变角调谐局域滤光片提供了 1个设计实例。图8为基于 反射器无序的偏振无关变角调谐局域滤光片的折射率(设计3)。图9为设计3在典型入射角 下的透过通道，图10为设计3的变角调谐范围。设计3具有1个通道，在入射角的变化范围为 [0°，30° ]时，ρ偏振的通道波长的调谐范围为[1550 ·Onm, 1456 ·7nm]，s偏振的通道波长的调 谐范围为[1550 . Onm，1456.8nm];通道波长偏离偏振无关的最大值为0 . lnm，调谐宽度为 93.2nm。
[0105] 综上所述，通过调整分层介质的无序因子，可以实现具有1个或多个偏振无关通道 的变角调谐滤光片，相比于现有基于分层介质的技术中实现偏振无关变角调谐需要复杂的 偏振补偿装置，或者特殊的入射角，或者难以加工的特殊介质层，具有十分显著的优势。
[0106] 参考文献
[0107] I . http://www.newport.com/TunabIe-Bandpass-Fiber-Optic-FiIter/835502/ 1033/info.aspx；
[0108] 2.F.Flory,L.Escoubas,and B.Lazarides,^Artificial anisotropy and polarizing filters,^Appl Optics 41,3332(2002).
[0109] 3 . H. Qi , R. Hong , K . Yi , et al ·，''Nonpolarizing and polarizing filter design，"Appl Optics 44,2343(2005)。
【主权项】
1. 一种基于无序的偏振无关变角调谐局域滤光片，其特征在于，W反射器-腔结构为基 础，通过改变光的入射角实现1个或多个通道波长的连续调谐，且通道波长与偏振无关;局 域滤光片的入射角设计改变范围为[〇,9max]，则对应的通道波长的调谐范围为[λ(〇)，λ (0max)]； 选取处于入射角设计改变范围[Ο，9max]内任一非Ο入射角为设计入射角0s ;局域滤光片 的设计基于9s，通过调节反射器-腔结构的无序因子，从而确定对应设计入射角0S的反射器 的反射系数和/或腔的光学厚度，并W对应设计入射角Θβ的正交偏振强度分离度作为无序 调节效果的判据，获得偏振无关变角调谐局域滤光片； 所述反射器-腔结构包括Ν+1个反射器(Ri,R2,…,Rn+i)和Ν个腔(打,C2,…，Cn); 其中，所述反射器-腔结构的无序因子包括反射器的无序因子(〇1，〇2，-，，〇^)和腔的无 序因子(01,02,…,0N):(/户记，…，场+1)和(η，η，…，靴1)分别为入射角为加寸有序和无序的反射器-腔结构中各 反射器从左至右的反射系数，和(1?，?2，...，1ν)分别为入射角为加寸有序和无序 的反射器-腔结构中各腔从左至右的光学厚度。2. 根据权利要求1所述的局域滤光片，其特征在于，局域滤光片通道波长随入射角变化 连续可调，且与偏振无关； 对于入射角设计改变范围[0，9max]内的任一入射角，局域滤光片通道波长的正交偏振 强度分离度接近0,正交偏振透过率接近1;通道外波长的正交偏振强度分离度接近1，正交 偏振透过率接近0; 设定Ξ表不光的任一偏振态，Π 表不与Ξ正交的另一种偏振态，贝1|但，Π )表不光的一对 正交偏振基，任意光的偏振态可用W正交偏振基巧，Π )为基准的表达式表示； Ξ偏振强度、Ξ偏振归一化强度和Ξ偏振强度分离度分别是指入射光为Ξ偏振时所对应的 强度、归一化强度和强度分离度； Π 偏振强度、Π 偏振归一化强度和Π 偏振强度分离度分别是指入射光为Π 偏振时所对 应的强度、归一化强度和强度分离度； 正交偏振强度分离度包括两组强度分离度，分别是指入射光偏振分别为正交偏振基 但，Π )之一的Ξ偏振所对应的强度分离度和入射光的偏振为正交偏振基巧，Π )之二的Π 偏 振所对应的强度分离度； 在设计入射角度9s下，对于局域滤光片的任一通道波长或通道外波长λ^θ3)的正交偏 振强度分离度为： (、S.|，&，... &、,2;乂, (0、))和Δ/|; (、&，... 5" I:(台、)），维度均为(2Ν+^ X 1;其中，（Sl，S2，-，，S2N+2)为局域滤光片中从左至右的各反射器面；巧(5；^，...&机2^^(0,；))和巧(5；，&，...52的2;1^(則)分别为光左入射到反射器-腔结构 时各个面的Ξ偏振强度和Ξ偏振归一化强度； 趕(及,，&，...4*+2;^(0、))和巧（'、&，..'&机:^,.(6、；))分别为光右入射到反射器-腔结构 时各个面的Ξ偏振强度和Ξ偏振归一化强度； A、(气；))和/;'(、文，，(种：))分别为光左入射到反射器-腔结构 时各个面的口偏振强度和口偏振归一化强度； 巧侣，&，...&.~,。;^^巧；))和巧片，&，...5","心,(钱))分别为光右入射到反射器-腔结构 时各个面的Π 偏振强度和Π 偏振归一化强度； max[巧('、52，.'.5州,2^,(《.；〇]是指光左入射到反射器-腔结构时各个面己偏振强度中 的最大强度； max[巧('、&，.是指光右入射到反射器-腔结构时各个面Ξ偏振强度中 的最大强度； max 冷，…S; V+2; 的)。是指光左入射到反射器-腔结构时各个面Π 偏振强度中 的最大强度； max[C(SiA，...S2.v+2;韦明是指光右入射到反射器-腔结构时各个面Π 偏振强度 中的最大强度； 所述反射器-腔结构的强度采用禪合模方程或传输矩阵计算获得。 3 .根据权利要求2所述的局域滤光片，其特征在于，对于入射角设计改变范围[0，0max] 内的任一入射角，局域滤光片通道波长的正交偏振强度分离度都接近0，通道外波长的正交 偏振强度分离度都接近1，是指所有通道波长的正交偏振强度分离度都接近0和所有通道外 波长的正交偏振分罔度都接近1。4. 根据权利要求1-3任一项所述的局域滤光片，其特征在于，所述反射器-腔结构至少 包括分层介质； 所述分层介质结构是指介质界面为反射器，介质层为腔。5. 根据权利要求1所述的局域滤光片，其特征在于，所述反射器-腔结构的局域滤光片 采用低吸收率材料制成； 所述低吸收率材料是指在波长调谐范围内材料的折射率虚部小于0.01。6. 根据权利要求4所述的局域滤光片，其特征在于，所述反射器-腔结构的局域滤光片 采用低吸收率材料制成； 所述低吸收率材料是指在波长调谐范围内材料的折射率虚部小于0.01。7. -种基于无序的偏振无关变角调谐局域滤光片的设计方法，其特征在于，包括W下 几个步骤： 步骤1:设定变角调谐范围为[〇,9max]，选取处于[〇，0max]内的任一不为0的入射角作为 设计入射角9s，W反射器的反射系数和腔的光学厚度的表达式对应的正交偏振基作为后续 步骤中滤光片设计时使用的正交偏振基巧，Π ); 步骤2:获取反射器-腔结构的无序因子； 步骤3:在当前无序因子设置下，计算设计入射角0S下局域滤光片中所有通道波长和通道外 波长λ如S)的正交偏振强度分离度么/5(5'1，&，...而^+2;乂,（6,))和么在(《1，&，''^2化2;年（6；));巧(5,，&，.'.&肿2;年.（0,；))和巧(&，&，''^*'+2;义,仪；))分别为光左入射到反射器-腔结构 时各个面的Ξ偏振强度和Ξ偏振归一化强度； (S| A，. .. 、I ; ; (6 ；))和巧片，…: Λ,.. (0、))分别为光右入射到反射器-腔结构 时各个面的Ξ偏振强度和Ξ偏振归一化强度； 皆批&，"年机-2;^,(台,；))和巧(《1，&，'.^扣2;^,.(0、))分另1执光左入射到反射器-腔结构时各 个面的Π 偏振强度和Π 偏振归一化强度，巧片，&，...&机2;韦(3))和巧侣，5]，...&机];1,(0,；)) 分别为光右入射到反射器-腔结构时各个面的Π 偏振强度和Π 偏振归一化强度； max[巧(51，&，...^";如0,怕是指光左入射到反射器-腔结构时各个面己偏振强度中 的最大强度； max:巧(Sp.馬的如是指光右入射到反射器-腔结构时各个S偏振面强度中 的最大强度； |丽[/;|('、5:，..^邮;^,(6,明是指光左入射到反射器-腔结构时各个面11偏振强度 中的最大强度； max[巧(5,，&，''乂"+2;年.的.))]是指光右入射到反射器-腔结构时各个口偏振面强度中 的最大强度； 所述反射器-腔结构的强度采用禪合模方程或传输矩阵计算获得； 步骤4:在当前无序因子设置下，判断其强度分离度是否满足如下条件，若满足，则当前 无序因子设置即为对应的滤光片所需的设置，滤光片调整优化过程结束，若不满足，继续步 骤5: 所有通道波长的正交偏振强度分离度都接近0,同时所有通道外波长的正交偏振强度 分离度都接近1; 步骤5:调整反射器-腔结构的无序因子； 步骤6:在调整后的无序因子设置下，计算设计入射角0S下局域滤光片中所有通道波长和通道 夕峨长、化)的正交偏振强度分离度 步骤7:判断相对于调整前的无序因子设置具有的正交偏振强度分离度来说，调整后的 无序因子设置具有的正交偏振强度分离度是否满足如下条件，若满足，则调整后的无序因 子设置作为下一次无序因子调整的基础，若不满足，则调整前的无序因子设置作为下一次 无序因子调整的基础，返回步骤5: 所有通道波长的正交偏振强度分离度都更小，同时所有通道外波长的正交偏振强度分 离度都更大。
【文档编号】G02B27/00GK105842769SQ201610403163
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】尹红伟
【申请人】尹红伟