中、和A2为可W通过该滤光片140的不同波 段的可见光中最长的两个波长：
其中，ko表示真空中的波矢，EO表示基底1402的介电常数，Ei表示波导层1404的介电常 数，E2表示滤光片140表面的介质的介电常数，为常数，01。表示入射光信号126的倾角，m为 波导所支持的模式数，h表示该波导层1404的厚度，Qi和〇2为A 1和A 2的权重，Qi和〇2可糾良 据设计需要选择。首先利用公式（1)，分别解出针对两个波长、和^2所适用的光栅周期A 1和 八2,根据公式(2)，兼顾两个波长取其中值作为光栅周期。由此可见，h越大，波导可支持稳 定传播的模式数更多，反之，若滤光片有多个通带，波导所支持的模式数也相应增加。由于 光栅模式的存在，若滤光片只有3个通带时，m的取值为0和1，若滤光片有4个通带时，m的取 值为O a和2。
[0041] 请进一步参阅图4-5,所述滤光片140还可W包括一设置于该波导层1404和该金属 光栅1406之间的缓冲层1408。所述缓冲层1408的形状、尺寸W及厚度不限，可W根据实际需 要选择。优选地，所述缓冲层1408将所述波导层1404的表面全部覆盖。所述缓冲层1408的材 料需与基底1402材料一致。
[0042] W下为本发明的具体实施例。
[0043] 实施例1 所述光源124包括RGBS色组合白光Lm)阵列W及与该Lm)阵列电连接的Lm)驱动模块。 所述信号调制电路122包括DFT-S-OFDM调制器。所述基底1402为厚度0.5毫米的二氧化娃 层。所述波导层1404为厚度h=255纳米的二氧化铁层，且将所述基底1402的表面全部覆盖。 所述金属光栅1406包括多个如图2所示的矩形侣金属条，且该矩形侣金属条的宽度W为170 纳米，周期A为340纳米，厚度d为50纳米，占空比f=W/ A为0.5。所述滤光片140表面的介质 为空气。请参见图6,为实施例1所制备的滤光片的扫描电镜照片。可W理解，侣在可见光波 段趋肤深度最小且在可见光波段等效折射率最小，从而使得所述波导层1404的折射率远大 于所述基底1402和所述金属光栅1406的折射率。
[0044] 进一步，本实施例对该滤光片140的=带通滤光性能进行了模拟仿真和实验测试。 所述RGBS色组合白光Lm)阵列发出的蓝光中屯、波长为460纳米，绿光中屯、波长为550纳 米，W及红光中屯、波长为660纳米，其中、和A2分别为550纳米和660纳米，日1=日2=0.5。请参 见图7,为实施例1的滤光片140的=带通滤光性能的设计目标和仿真结果的对比。从图7可 见，本实施例设计的滤光片的=个通带的中屯、波长及峰值透过率均符合设计要求。请参见 图8,为实施例1的滤光片140的=带通滤光性能的设计目标和实验结果的对比。从图8可见， 本实施例设计的滤光片的=个透射峰的中屯、波长与目标值一致，后两个透射峰的峰值透过 率接近80%，透过率的谷值几乎为0,具有很高的抑制比。第一个峰透过率稍低主要是由于金 属材料的固有属性。
[0045] 实施例2 本实施例与实施例1基本相同，其区别在于:所述光源124包括RGBA四色组合白光L邸阵 列W及与该L抓阵列电连接的L抓驱动模块。所述信号调制电路122包括DFT-S-OFDM调制器。 所述基底1402为厚度0.5毫米的二氧化娃层。所述波导层1404为厚度h=420纳米的二氧化铁 层，且将所述基底1402的表面全部覆盖。所述金属光栅1406包括多个如图2所示的矩形侣金 属条，且该矩形侣金属条的宽度W为155纳米，周期A为310纳米，厚度d为70纳米，占空比f= w/ A为0.5。请参见图9，为实施例2所制备的滤光片的扫描电镜照片。
[0046] 进一步，本实施例对该滤光片140的四带通滤光性能进行了模拟仿真和实验测试。 所述RGBA四色组合白光L抓阵列发出的蓝光中屯、波长为460纳米，绿光中屯、波长为550纳 米，黄光中屯、波长为590纳米，红光中屯、波长为660纳米，其中、和A2分别为590纳米和660纳 米，01=02=0.5。请参见图10,为实施例2的滤光片140的=带通滤光性能的设计目标和仿真结 果的对比。从图10可见，本实施例设计的滤光片的四个通带的中屯、波长、带宽及峰值透过率 均符合设计要求。请参见图11，为实施例2的滤光片140的=带通滤光性能的设计目标和实 验结果的对比。从图11可见，实验结果与设计目标一致，四个通带的中屯、波长、带宽及峰值 透过率均符合预期，滤光片具有极高的抑制比。
[0047] 实施例3 本实施例与实施例1基本相同，其区别在于:所述金属光栅1406的材料为金。从图12可 见，本实施例设计的滤光片基本符合=通带滤光要求。
[004引实施例4 本实施例与实施例1基本相同，其区别在于:所述金属光栅1406的材料为银。从图13可 见，本实施例设计的滤光片基本符合=通带滤光要求。
[0049] 实施例5 本实施例与实施例1基本相同，其区别在于:所述金属光栅1406的材料为铜。从图14可 见，本实施例设计的滤光片基本符合=通带滤光要求。
[00加]实施例6 本实施例与实施例1基本相同，其区别在于:所述波导层1404为厚度h=270纳米的五氧 化二粗层，且将所述基底1402的表面全部覆盖;所述金属光栅1406的侣金属条的宽度W为 165纳米，周期A为330纳米，厚度d为10纳米，占空比f=w/ A为0.5。从图15可见，本实施例设 计的滤光片基本符合=通带滤光要求。
[0051] 本发明提供的可见光通信系统10与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果： 由于该滤光片140可W实现多带通滤光，该可见光通信系统10具有较高的信号利用率。
[0052] 另外，本领域技术人员还可W在本发明精神内做其他变化，运些依据本发明精神 所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。
【主权项】
1. 一种可见光通信系统，其包括:一光信号发射装置；W及一与该光信号发射装置配合 使用的光信号接收装置，且该光信号接收装置包括一滤光片；其特征在于，所述滤光片包 括： 一基底； 一设置于该基底表面的波导层，且该波导层的折射率大于所述基底的折射率；W及 一设置于该波导层表面的金属光栅，且该金属光栅包括多个等间隔设置的金属条； 其特征在于，所述滤光片的参数满足W下公式（1)-(3)从而使该滤光片可W实现两个 或两个W上带通滤光：其中，ko表示真空中的波矢，ε〇表示基底的介电常数，ει表示波导层的介电常数，E2表示 该滤光片表面的介质的介电常数，η为常数，θιη表示入射光信号的倾角，m为波导所支持的模 式数，h表示该波导层的厚度，λι和λ2为入射光信号中不同波段的可见光中最长的两个波长， 口1和〇2为Λ 1和Λ 2的权重。2. 根据权利要求1所述的可见光通信系统，其特征在于，所述基底的材料为二氧化娃、 玻璃或石英，所述波导层的材料为二氧化铁或五氧化二粗，所述金属光栅的材料为侣、银、 铜或金。3. 根据权利要求2所述的可见光通信系统，其特征在于，所述基底的材料为二氧化娃， 所述波导层的材料为二氧化铁，所述金属光栅的材料为侣。4. 根据权利要求1所述的可见光通信系统，其特征在于，进一步包括一设置于该波导层 和该金属光栅之间的缓冲层，所述缓冲层的材料需与基底材料一致。5. 根据权利要求1所述的可见光通信系统，其特征在于，所述多个金属条为矩形且呈二 维阵列排列。6. 根据权利要求1所述的可见光通信系统，其特征在于，所述滤光片表面的介质为空 气。7. 根据权利要求1所述的可见光通信系统，其特征在于，所述光信号发射装置包括:一 信号输入电路、一与该信号输入电路电连接的信号调制电路W及一与该信号调制电路电连 接的光源。8. 根据权利要求7所述的可见光通信系统，其特征在于，所述光源包括Lm)阵列W及与 该L邸阵列电连接的L邸驱动模块。9. 根据权利要求8所述的可见光通信系统，其特征在于，所述Lm)阵列为RGBS色组合 L邸阵列或RGBA四色组合L邸阵列。10. 根据权利要求1所述的可见光通信系统，其特征在于，所述光信号接收装置还包括 一聚光器、一与该滤光片连接的信号解调电路W及一与该信号解调电路电连接的信号输出 电路。
【专利摘要】本发明涉及一种可见光通信系统，其包括：一光信号发射装置；以及一与该光信号发射装置配合使用的光信号接收装置，且该光信号接收装置包括一滤光片；其特征在于，所述滤光片包括：一基底；一设置于该基底表面的波导层，且该波导层的折射率大于所述基底的折射率；以及一设置于该波导层表面的金属光栅，且该金属光栅包括多个等间隔设置的金属条；其中，所述滤光片的参数满足以下公式(1)-(3)从而使该滤光片可以实现多带通滤光： 。由于该可见光通信系统的滤光片可以实现多带通滤光，该可见光通信系统具有较高的信号利用率。
【IPC分类】G02B5/20, H04B10/116, H04B10/67
【公开号】CN105703839
【申请号】CN201610010623
【发明人】谭峭峰, 王绮霞, 顾华荣
【申请人】清华大学
【公开日】2016年6月22日
【申请日】2016年1月8日