基于无序的宽度可调局域滤光片及其设计方法

基于无序的宽度可调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宽度可调局域滤光片及其设计方法，局域滤光片的设计通过调节反射器?腔结构的无序，并以分离因子和强度因子、或者以透过率和强度因子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，最终使得所有通道波长和通道外波长都达到预先设定的分离因子、强度因子和透过率，透射性能上体现为通道波长处的接近于1的透过率和通道外波长处接近于0的透过率，且通道宽度独立可调。所采用反射器?腔结构可以对应多种物理实现，可以良好满足不同应用场景的需求。
【专利说明】
基于无序的宽度可调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，特别涉及一种基于无序的宽度可调局域滤光片及其设计 方法。
【背景技术】
[0002] 《自然》杂志2004年发表了一篇论文，提出"无序是一种新的有序"，"无序器件可能 具有比传统有序器件更好的性能"，参见参考文献[1]。在无序介质中，波被局域在介质内 部一即Anderson局域效应，参见参考文献[2]。
[0003] 波在一维无序介质中的局域表现为一系列随机分布的具有较高透过率和较高强 度分布的共振透过波长，参见参考文献[3]。这些共振透过波长可以用于控制激光输出光谱 和降低激光工作阈值，文献报道的一维无序介质包括厚度随机分布的分层介质（参见参考 文献[4][5])和光纤Bragg光栅阵列（参见参考文献[6][7])。但是，上述文献报道的局域现 象具有一个明显的不足:一维介质中引入的无序以及导致的局域都是随机的，这意味着无 序引入的共振透过峰在光谱上随机分布，且具有随机涨落的透过率。
[0004] 因此，上述基于随机无序的研究的特点是通道位置随机、通道透过率高低不一，不 适用于需要通道位置确定、通道透过率高的具有复杂光谱选择性的应用领域如受激拉曼散 射成像和荧光成像等领域(参见参考文献[8] [9])。

【发明内容】

[0005] 本发明提供了一种基于无序的宽度可调局域滤光片及其设计方法，其目的在于， 克服现有技术中滤光片无法实现通道宽度可调的问题。
[0006] -种基于无序的宽度可调局域滤光片，以反射器-腔结构为基础，根据通道宽度和 通道强度因子的负相关关系，调整反射器-腔结构的无序因子以改变通道强度因子和分离 因子，从而确定反射器的反射系数和/或腔的光学厚度，获得通道宽度可调的局域滤光片；
[0007] 所述反射器-腔结构包括N+1个反射器(办，R2，…，RN+1)和N个腔(Ci，C 2，…，CN);
[0008] 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，··· ,?):
[0009] /^+1]
[0010] =(^/, / /,° ,/2 / 4°,···,/^ //°)
[0011] 和(ri，r2, ···'_)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;?/Γ，/_ν··Λ；)和（^。，…，㈦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。
[0012] 所述根据通道宽度和通道强度因子的负相关关系，调整反射器-腔结构的无序因 子以改变通道强度因子和分离因子时，是指通道强度因子f int(Aj)按照公式 从而得到通道目标宽度《(λ^，并且通道分离
因子和强度因子需满足以下条件：
[0013] 局域滤光片通道波长的分离因子小于10-4且强度因子大于50,同时，通道波长透过 率接近1;
[0014] 局域滤光片通道外波长的分离因子大于0.2且强度因子小于2,同时，通道外波长 透过率接近0;
[0015] 其中，AABragg为局域滤光片的有序结构的中心反射带的宽度，λ〇为设计中心波长； 对于局域滤光片的任一通道波长或通道外波长h，T(h)为透过率为，f de3V(h)为分离因子， 为强度因子，w(\)表示通道宽度，且为半高全宽；
[0021] 为光左入射和右入射到反射器-腔结构时各个面的强度分离 度山以乂广~时义滴/^心^^…良^^-^分别为光从左入射到反射器-腔结构时各个 面的强度和归一化强度，lR(Sl，S2，…S2N+2 Aj)和之|2;乂,.^)分别为光从右入射到 反射器-腔结构时各个面的强度和归一化强度；
[0022]
是指光左入射和右入射到反射器-腔结构时各个面的强度 分离度的和；
[0023 ] max [ IL (Si，S2，…S2N+2; λ j)]是指光从左入射到反射器-腔结构时各个面强度中的最 大强度；
[0024] max[ Ir( Si，S2，…S2N+2; λ』）]是指光从右入射到反射器-腔结构时各个面中的最大强 度；
[0025] max[Il(Si，S2，..52.2 ;λ」)+Ir(Si，S2，..52.2山）]是指光从左入身才到反身才器-腔结 构时各个面强度加上光从右入射到反射器-腔结构时各个面强度中的最大强度；
[0026] 所述反射器-腔结构的强度和透过率采用耦合模方程或传输矩阵计算获得。
[0027]所述局域滤光片通道波长的分离因子小于10-4且强度因子大于50,同时，通道波长 透过率接近1，是指局域滤光片所有通道波长的分离因子都小于10-4且强度因子都大于50， 同时，所有通道波长透过率都接近1;
[0028]所述局域滤光片通道外波长的分离因子大于0.2且强度因子小于2,同时，通道外 波长透过率接近0,是指局域滤光片所有通道外波长的分离因子都大于0.2且强度因子都小 于2，同时，所有通道外波长透过率都接近0。
[0029]所述反射器-腔结构至少包括分层介质或光纤Bragg光栅阵列；
[0030] 所述分层介质结构是指介质界面为反射器，介质层为腔；
[0031] 所述光纤Bragg光栅阵列是指光纤Bragg光栅为反射器，光纤段为腔。
[0032] 所述反射器-腔结构的局域滤光片采用低吸收率材料制成；
[0033]所述低吸收率材料是指材料的折射率虚部小于0.01。
[0034] 所述反射器-腔结构的局域滤光片采用低吸收率材料制成；
[0035] 所述低吸收率材料是指材料的折射率虚部小于0.01。
[0036] -种基于无序的宽度可调局域滤光片的设计方法，对上述的基于无序的宽度可调 局域滤光片进行设计，包括以下几个步骤：
[0037] 步骤1:获取反射器-腔结构的无序因子；
[0038] 所述无序因子包括反射器的反射系数和腔的光学厚度的无序因子；
[0039] 步骤2:在当前无序因子设置下，计算局域滤光片中所有通道波长和通道外波长\ 的透过率T(Aj)、分呙因子fdev(Aj)和强度因子f int(Aj);
[0045] 为光左入射和右入射到反射器-腔结构时各个面的强度分离 度，1办1，32，~&_;\)和/￡01名,~' +2;2,)分别为光从左入射到反射器-腔结构时各个 面的强度和归一化强度，Ir (Si, S2,…S2N+2; \)和J.K ^.，.民，…5^.+2: 分别为光从右入射到 反射器-腔结构时各个面的强度和归一化强度；
[0046]
是指光左入射和右入射到反射器-腔结构时各个面的强度 分离度的和；
[0047 ] max [ IL (Si, S2,…S2N+2; λ j)]是指光从左入射到反射器-腔结构时各个面强度中的最 大强度；
[0048] max[lR(Si,S2,"_S2N+2;Xj)]是指光从右入射到反射器-腔结构时各个面中的最大强 度；
[0049] max[lL(Si, S2, ..52.2 ;Xj)+lR(Si, S2, ..52.2 ;λ」）]是指光从左入射到反射器-腔结 构时各个面强度加上光从右入射到反射器-腔结构时各个面强度中的最大强度；
[0050] 所述反射器-腔结构的强度和透过率采用耦合模方程或传输矩阵计算获得；
[0051] 步骤3:在当前无序因子设置下，判断是否满足如下判据1或判据2所设条件，若满 足任一判据，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4:
[0052] 判据1:以通道分离因子和强度因子作为判断指标，所有通道对应波长的分离因子 都小于1〇_4和强度因子都大于50,同时所有通道外波长的分离因子都大于0.2和强度因子都 小于2;
[0053]判据2:以通道透过率和强度因子作为判断指标，所有通道对应波长的透过率都大 于0.95和强度因子都大于50,同时所有通道外波长的透过率都小于0.01和强度因子都小于 2；
[0054] 步骤4:调整反射器-腔结构的无序因子；
[0055] 步骤5:在调整后的无序因子设置下，计算局域滤光片中所有通道波长和通道外波 长的透过率T(Aj)、分呙因子fdev(Aj)和强度因子f int(Aj);
[0056] 步骤6:判断相对于调整前的无序因子设置具有的判据1或判据2,调整后的无序因 子是否满足判据3或判据4,若满足，则将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，则将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 4：
[0057] 判据3:所有通道波长的分离因子都较调整前更小和强度因子都较调整前更大，同 时所有通道外波长的分离因子都较调整前更大和强度因子都较调整前更小；
[0058] 判据4:所有通道对应波长的透过率都更大和强度因子都更大，同时所有通道外波 长的透过率都更小和强度因子都更小；
[0059] 其中，特定通道的目标强度因子由其通道目标宽度要求决定。
[0060] 在调整无序因子时，依据通道目标宽度计算通道分离因子，使得滤光片在调整后 的无序因子下对应的通道分离因子达到通道分离因子计算值；
[0061] 通道分离因子计算值与通道目标宽度之间的关系为：
[0062] 其中，AABragg为局域滤光片的有序结构的中心反射带的宽度，λ〇为设计中心波长； 对于局域滤光片的任一通道波长或通道外波长\，T(\)为透过率为，f de3V(\)为分离因子， fint(Aj)为强度因子，w(\)表示通道宽度，且为半高全宽。
[0063] 所述使得滤光片在调整后的无序因子下对应的通道分离因子达到通道分离因子 计算值中是指分离因子实际值与分离因子计算值接近。
[0064] 有益效果
[0065] 本发明提供了一种基于无序的宽度可调局域滤光片及其设计方法，该局域滤光片 以无序的反射器-腔结构为实现平台，利用无序引发的Anderson局域效应，通过大量的研 究，基于客观存在的Anderson局域效应中创造性提出了局域滤光片的设计指标-分离因子 和强度因子、或者透过率和强度因子，这与现有技术中的设计思路截然不同；本发明提出的 无序调整是对反射器-腔结构中的每个单元同时进行不同的调节，并以判据1(分离因子和 强度因子)或判据2(透过率和强度因子)作为调节效果的判据。
[0066] 该局域滤光片的设计通过调整反射器-腔结构的无序，并以判据1(分离因子和强 度因子)或者判据2(透过率和强度因子)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判据 1(分离因子和强度因子)或者判据2(透过率和强度因子），透射性能上体现为通道波长处接 近1的透过率和通道外波长处接近0的透过率，且各通道宽度为设计宽度（由对应的强度因 子决定）。所采用反射器-腔结构可以对应多种物理实现，包括基于分层介质实现以及基于 光纤Bragg光栅阵列实现。基于分层介质的局域滤光片可以实现宽光谱范围内（百nm级）的 一个或多个滤光通道，任一通道宽度调节范围从亚nm到数nm，基于光纤Bragg光栅阵列的局 域滤光片可以实现窄光谱范围内（nm级）的一个或多个滤光通道，任一通道宽度调节范围从 亚pm到数pm，，可以良好满足不同应用场景的需求。
[0067] 本发明提出的局域滤光片在系统结构确定的情况通过调节无序因子即可实现单 个或多个通道宽度的独立调节数。本发明提出的局域滤光片的设计自由度包括通道数量、 通道位置以及通道宽度，可满足不同领域的相关需求，且其加工与传统滤光片完全兼容。
[0068] 此外，该局域滤光片通过调节通道强度因子实现通道宽度的独立可调，通道波长 在滤光片结构内具有高强度集中；使本发明所述的局域滤光片不仅能够用于滤光，也能够 应用于需要特定波长的高强度光分布的如光与物质相互作用、非线性光学等应用领域，大 大的扩展了滤光片的应用领域范围。
【附图说明】
[0069] 图1为无序的反射器-腔结构示意图；
[0070] 图2为实例1中反射器-腔结构采用分层介质的示意图；
[0071] 图3为实例2中反射器-腔结构采用光纤Bragg光栅阵列的示意图；
[0072] 图4为基于腔无序的分层介质设计局域滤光片的无序因子示意图；
[0073] 图5为基于腔无序的分层介质设计局域滤光片的透过通道及其宽度示意图；
[0074]图6为基于腔无序的光纤Bragg光栅阵列设计局域滤光片的无序因子示意图；
[0075] 图7为基于腔无序的光纤Bragg光栅阵列设计局域滤光片的透过通道及其宽度示 意图；
[0076] 图8为基于反射器无序的分层介质设计局域滤光片的介质层折射率示意图；
[0077] 图9为基于反射器无序的分层介质设计局域滤光片的透过通道及其宽度示意图；
[0078] 图10为基于反射器无序的光纤Bragg光栅阵列设计局域滤光片的光栅相位改变示 意图；
[0079] 图11为基于反射器无序的光纤Bragg光栅阵列设计局域滤光片的透过通道及其宽 度示意图。
【具体实施方式】
[0080] 下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
[0081] -种基于无序的宽度可调局域滤光片，以反射器-腔结构为基础，根据通道宽度和 通道强度因子的负相关关系，调整反射器-腔结构的无序因子以改变通道强度因子和分离 因子，从而确定反射器的反射系数和/或腔的光学厚度，获得通道宽度可调的局域滤光片；
[0082] -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； [0083] 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)，如图 1所示；
[0084] 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，···，?):
[0085] (ανα2,···,αΝ+ι )=(/| /if,r2 /r2°,···,rN_i{ /r^4l)
[0086] (^βι,β2,···,βΝ) =^/j / /(° ,/, //, ,---,/^ / /^rj
[0087] …，和(n，r2,…，rN+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，(V；V2°, ···,/》)和（Ills，…，^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。
[0088]反射器-腔结构至少包括分层介质或光纤Bragg光栅阵列两种物理实现形式，分层 介质(如图2所示)和光纤Bragg光栅阵列（如图3所示）。光入射到分层介质或光纤Bragg光栅 阵列时，设定单色入射强度为1。
[0089] 对于分层介质，介质界面作为反射器而介质层作为腔;对于光纤Bragg光栅阵列， 光纤Bragg光栅作为反射器，光纤段作为腔。
[0090] 对于分层介质，介质界面作为反射器，反射器心的反射系数为 m)，其中取^为处于第i-Ι层介质的折射率，m为第i层介质的折射率;介质层作为腔，腔匕的 光学厚度为li = mdi，其中di为厚度。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。
[0091] 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，环境介质设定为的空气(折射率为1)，设计中心波长为λ〇=1550ηπι，每 个介质层的光学厚度均为λ〇/4,有序结构的中心反射带宽度为Δ ABragg = 423nm。
[0092] 局域滤光片的通道宽度与强度因子呈现负相关关系，通道宽度采用FWHM(full width at half maximum，半最大值全宽度）表示，强度因子采用IF(Intensity factor，强 度因子)表示。
[0093] 基于腔无序的分层介质设计局域滤光片提供了 4个设计实例。图4为基于腔无序的 分层介质设计局域滤光片的无序因子，图5为基于腔无序的分层介质设计局域滤光片的透 过通道及其宽度。
[0094] 设计1-4的设定工作光谱范围为1475-1625nm。
[0095] 设计1具有1个通道，其位置为1550nm，其FWHM为0.48nm，根据位置和FWHM计算其IF 为887，其实际FWHM为0 · 46nm;
[0096] 设计2具有1个通道，其位置为1550nm，其FWHM为0· 13nm，根据位置和FWHM计算其IF 为 3263，其实际 FWHM为0 · 12nm;
[0097] 设计3具有2个通道，其位置为1500nm和1600nm，其FWHM为1 · 6 lnm和0 · 8 lnm，根据位 置和FWHM计算其IF为233和585，其实际FWHM为1 · 48nm和1 · 03nm;
[0098] 设计4具有2个通道，其位置为1500nm和1600nm，其FWHM为0.85nm和0.72nm，根据位 置和FWHM计算其IF为441和662，其实际FWHM为0 · 81nm和0 · 91nm。
[0099] 从设计1到设计2,通道宽度从0.46nm压缩为0.12nm;从设计3到设计4,通道1的宽 度从1 · 48nm压缩到0 · 81nm，而通道2的宽度基本保持不变(从1 · 03nm到0 · 91nm) 〇
[0100]基于反射器无序的分层介质设计局域滤光片提供了 2个设计实例。图8为基于反射 器无序的分层介质设计局域滤光片的介质折射率，图9为基于反射器无序的分层介质设计 局域滤光片的透过通道及其宽度。
[0101] 设计9-10的设定工作光谱范围为1475-1625nm。
[0102] 设计9具有1个通道，其位置为1550nm，其FWHM为1.25nm，根据位置和FWHM计算其IF 为338，其实际FWHM为1 · 84nm;
[0103] 设计10具有1个通道，其位置为1550nm，其FWHM为0 · 40nm，根据置和FWHM计算其IF 为 1065，其实际 FWHM为 0 · 74nm。
[0104] 从设计9到设计10，通道宽度从1 · 84nm压缩为0 · 74nm。
[0105] 对于光纤Bragg光栅阵列，光纤Bragg光栅作为反射器，反射器心的反射系数为Γι = -tanh(qi | Δ i)qi*/ | qi |，其中qi = riJT Δ niexp(i0i)/A()为复親合系数，Δ m为折射率改变， I为相位，为Bragg波长，Δ i为长度;光纤段作为腔，腔Ci的的光学厚度为li = nrffdi，其中 neff为光纤的有效折射率，di为厚度。反射器的无序因子的改变对应于光纤Bragg光栅的相 位改变，腔的无序因子的改变对应于光纤段的光学厚度的改变。
[0106] 用于局域滤光片设计的光纤Bragg光栅阵列（无序因子均为1时）：由20个光纤 Bragg光栅组成，中间被19个光纤段分开。单个光纤Bragg光栅的参数:光纤有效折射率为 1.446，折射率改变为10- 4，相位为0,8以88波长1550應，长度3111111。设计中心波长为人0 = 1550nm，每个光纤段的光学厚度均为λ〇/2,有序结构的中心反射带宽度为ΔλΒΜ?；?； = 90ρπι。
[0107] 基于腔无序的光纤Bragg光栅阵列设计局域滤光片提供了 4个设计实例。图6为基 于腔无序的光纤Bragg光栅阵列设计局域滤光片的无序因子，图7为基于腔无序的光纤 Bragg光栅阵列设计局域滤光片的透过通道及其宽度。
[0108] 设计5-8的设定工作光谱范围为1549 · 97-1550 · 03nm。
[0109] 设计5具有1个通道，其位置为1550nm，其FWHM为0.29pm，根据位置和FWHM计算其IF 为307，其实际FWHM为0.27pm;
[0110] 设计6具有1个通道，其位置为1550nm，其FWHM为0.08pm，根据位置和FWHM计算其IF 为 1195,其实际 FWHM 为 0.08pm;
[0111] 设计7具有2个通道，其位置为1549 · 98nm和1550 · 02nm，其FWHM为0 · 41pm和0 · 16pm， 根据位置和FWHM计算其IF为175和708，其实际FWHM为0.36pm和0.15pm;
[0112] 设计8具有2个通道，其位置为1549 · 98nm和1550 · 02nm，其FWHM为0 · 14pm和0 · 46pm， 根据位置和FWHM计算其IF为521和247，其实际FWHM为0.16pm和0.38pm。
[0113] 从设计5到设计6，通道宽度从0.27pm压缩为0.08pm;从设计3到设计4，通道1的宽 度从0.36pm压缩到0.16pm，而通道2的宽度从0.15pm扩展到0.38pm。
[0114] 基于反射器无序的光纤Bragg光栅阵列设计局域滤光片提供了 2个设计实例。图10 为基于反射器无序的光纤Bragg光栅阵列设计局域滤光片的光栅相位改变，图11为基于反 射器无序的光纤Bragg光栅阵列设计局域滤光片的透过通道及其宽度。
[0115] 设计11-12的设定工作光谱范围为1549.97-1550.03nm。
[0116] 设计11具有1个通道，其位置为1550nm，其FWHM为0.29pm，根据位置和FWHM计算其 IF 为 314,其实际 FWHM 为 0.15pm;
[0117] 设计12具有1个通道，其位置为1550nm，其FWHM为0.11pm，根据位置和FWHM计算其 IF 为 819，其实际 FWHM为 0.08pm。
[0118] 从设计11到设计12,通道宽度从0.15pm压缩为0.08pm。
[0119] 综上所述，通过调整反射器-腔的无序因子，可以实现一到多个通道宽度的独立调 节，所得到的实际FWHM与目标FWHM基本一致，同时，实现了通道波长在滤光片结构内的高强 度集中，可有效满足不同领域的具体需求。
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[0129] 9·H·Frostig，T·Bayer，N·Dudovich，et al.,^Single-beam spectrally controlled two-dimensional Raman spectroscopy，〃Nat Photon 9，339(2015)·
【主权项】
1. 一种基于无序的宽度可调局域滤光片，其特征在于，W反射器-腔结构为基础，根据 通道宽度和通道强度因子的负相关关系，调整反射器-腔结构的无序因子W改变通道强度 因子和分离因子，从而确定反射器的反射系数和/或腔的光学厚度，获得通道宽度可调的局 域滤光片； 所述反射器-腔结构包括N+1个反射器(Ri,R2,…,Rn+i)和N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):《，…，也1；)和(η，η，…，靴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；?/Γ，4V··，/リ和（h，l2，…，lN)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。2. 根据权利要求1所述的基于无序的宽度可调局域滤光片，其特征在于，所述根据通道 宽度和通道强度因子的负相关关系，调整反射器-腔结构的无序因子W改变通道强度因子 和分离因子时，是指通道强度因子按照公式进行计算 获得，从而得到通道目标宽度Κ(λ^)，并且通道分离因子和强度因子需满足W下条件： 局域滤光片通道波长的分离因子小于10-4且强度因子大于50,同时，通道波长透过率接 近1; 局域滤光片通道外波长的分离因子大于0.2且强度因子小于2,同时，通道外波长透过 率接近0; 其中，AAeragg为局域滤光片的有序结构的中屯、反射带的宽度，λ〇为设计中屯、波长;对于 局域滤光片的任一通道波长或通道外波长λ^，Τ的）为透过率为，fdev的）为分离因子，fint (λ^)为强度因子，表示通道宽度，且为半高全宽；Δ/(5'|，S;，…S:、、,;;スj为光左入射和右入射到反射器-腔结构时各个面的强度分离度，IL (Sl，S2，...S2N+2;、)和4(A為，...?m為)分别为光从左入射到反射器-腔结构时各个面的 强度和归一化强度，Ir ( Si，S2，... S2N+2 ; Aj )和4 (S，&，... 年.)分别为光从右入射到反射 器-腔结构时各个面的强度和归一化强度；是指光左入射和右入射到反射器-腔结构时各个面的强度分离 度的和； max[IL(Sl，S2，…S2N+2A)]是指光从左入射到反射器-腔结构时各个面强度中的最大强 度； max[IR(Sl，S2，…S2N+2A)]是指光从右入射到反射器-腔结构时各个面中的最大强度； max[ Il( Si, S2，...S2N+2 ; λj )+Ir( Si, S2，...S2N+2 ; λj )]是指光从左入射到反射器-腔结构时各 个面强度加上光从右入射到反射器-腔结构时各个面强度中的最大强度； 所述反射器-腔结构的强度和透过率采用禪合模方程或传输矩阵计算获得。3. 根据权利要求2所述的基于无序的宽度可调局域滤光片，其特征在于，所述局域滤光 片通道波长的分离因子小于10-4且强度因子大于50,同时，通道波长透过率接近1，是指局域 滤光片所有通道波长的分离因子都小于10-4且强度因子都大于50,同时，所有通道波长透过 率都接近1; 所述局域滤光片通道外波长的分离因子大于0.2且强度因子小于2,同时，通道外波长 透过率接近0，是指局域滤光片所有通道外波长的分离因子都大于0.2且强度因子都小于2， 同时，所有通道外波长透过率都接近0。4. 根据权利要求1-3任一项所述的基于无序的宽度可调局域滤光片，其特征在于，所述 反射器-腔结构至少包括分层介质或光纤化agg光栅阵列； 所述分层介质结构是指介质界面为反射器，介质层为腔； 所述光纤化agg光栅阵列是指光纤化agg光栅为反射器，光纤段为腔。5. 根据权利要求1所述的基于无序的宽度可调局域滤光片，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材料的折射率虚部小于0.01。6. 根据权利要求4所述的基于无序的宽度可调局域滤光片，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材料的折射率虚部小于0.01。7. -种基于无序的宽度可调局域滤光片的设计方法，其特征在于，对权利要求1所述的 基于无序的宽度可调局域滤光片进行设计，包括W下几个步骤： 步骤1:获取反射器-腔结构的无序因子； 所述无序因子包括反射器的反射系数和腔的光学厚度的无序因子； 步骤2:在当前无序因子设置下，计算局域滤光片中所有通道波长和通道外波长λ非勺透 过率T(Aj)、分罔因子fdev(^j)和强度因子fint(^j);(Sl，S2,…，S2N+2)为局域滤光片中从左至右的各反射器面；Δ/( SlΛ，...&,、w;韦.)为光左入射和右入射到反射器-腔结构时各个面的强度分离度，IL (Sl，S2,…S2N+2;、)和/,,心',，&，~5';，,,.:乂,）分别为光从左入射到反射器-腔结构时各个面的 强度和归一化强度，IR(Sl，S2，…S2N+2;、）和4?SlA，…S2Λ，,2Uj)分别为光从右入射到反射 器-腔结构时各个面的强度和归一化强度；是指光左入射和右入射到反射器-腔结构时各个面的强度分离 度的和； max[IL(Sl，S2，…S2N+2A)]是指光从左入射到反射器-腔结构时各个面强度中的最大强 度； max[IR(Sl，S2，…S2N+2A)]是指光从右入射到反射器-腔结构时各个面中的最大强度； max[ Il( Si, S2，...S2N+2 ; λj )+Ir( Si, S2，...S2N+2 ; λj )]是指光从左入射到反射器-腔结构时各 个面强度加上光从右入射到反射器-腔结构时各个面强度中的最大强度； 所述反射器-腔结构的强度和透过率采用禪合模方程或传输矩阵计算获得； 步骤3:在当前无序因子设置下，判断是否满足如下判据1或判据2所设条件，若满足任 一判据，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4: 判据1:W通道分离因子和强度因子作为判断指标，所有通道对应波长的分离因子都小 于10-4和强度因子都大于50,同时所有通道外波长的分离因子都大于0.2和强度因子都小于 2; 判据2: W通道透过率和强度因子作为判断指标，所有通道对应波长的透过率都大于 0.95和强度因子都大于50，同时所有通道外波长的透过率都小于0.01和强度因子都小于2; 步骤4:调整反射器-腔结构的无序因子； 步骤5:在调整后的无序因子设置下，计算局域滤光片中所有通道波长和通道外波长 的透过率T(Aj)、分罔因子fdev(^j)和强度因子；Γ?η1;(λ·：?); 步骤6:判断相对于调整前的无序因子设置具有的判据1或判据2,调整后的无序因子是 否满足判据3或判据4,若满足，则将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，则将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4: 判据3:所有通道波长的分离因子都较调整前更小和强度因子都较调整前更大，同时所 有通道外波长的分离因子都较调整前更大和强度因子都较调整前更小； 判据4:所有通道对应波长的透过率都更大和强度因子都更大，同时所有通道外波长的 透过率都更小和强度因子都更小； 其中，特定通道的目标强度因子由其通道目标宽度要求决定。8.根据权利要求7所述的基于无序的宽度可调局域滤光片的设计方法，其特征在于，在 调整无序因子时，依据通道目标宽度计算通道分离因子，使得滤光片在调整后的无序因子 下对应的通道分离因子达到通道分离因子计算值； 通道分离因子计算值与通道目标宽度之间的关系为其中，AAeragg为局域滤光片的有序结构的中屯、反射带的宽度，λ〇为设计中屯、波长;对于 局域滤光片的任一通道波长或通道外波长λ^，Τ的）为透过率为，fdev的）为分离因子，fint (λ^)为强度因子，表示通道宽度，且为半高全宽。
【文档编号】G02B27/00GK106094089SQ201610715371
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月24日
【发明人】尹红伟
【申请人】尹红伟