专利名称：宽截止带窄带滤光片的制作方法
技术领域：
本发明为一种光学滤光片器件，具体涉及一种宽截止带窄带滤光片。
2、金属诱导滤光片金属诱导滤光片，也具有对称结构，主要是为了改善Fabray---Perot干涉滤光片透射峰值两边的旁通带而设计的一种窄带滤光片。利用金属材料的吸收，并通过金属层与介质层的位相匹配达到对透射峰值两边旁通带的抑制，从而得到透射峰值两边具有宽的截止带的滤光片。要得到宽的截止带必须加厚金属层，但由于金属的吸收特性，随着金属层的增厚，对入射光的吸收会增大，峰值透过率会减小。从而造成了宽截止带与峰值高透过两者的矛盾。
在传统的结构中很难同时得到既具有高的透过峰值又具有宽的截止带，从而不能得到具有在宽的波长范围内工作的优良性能的滤光片器件。
本发明提出的宽截止带窄带滤光片，是基于光子晶体理论而提出的一种全新的窄带滤光片结构。
在一维光子晶体中波矢k(p＝|k|)与品格常数d满足cos(pd)=cos(p1d1)cos(p2d2)-12(ϵ1ϵ2+ϵ2ϵ1)sin(p1d1)sin(p2d2)]]>
ε1、ε2为两种材料的介电常数，p1=ϵ1ωc,]]>p2=ϵ2ωc;]]>d1、d2分别为两种材料的厚度，且d＝d1+d2。
由于具有不同晶格常数d的一维光子晶体具有不同的禁带宽度，通过选取不同的d值，即改变两种材料周期厚度d1、d2值，得到具有不同禁带宽度的一维光子晶体，然后根据所需要的禁带宽度，将具有不同的d1、d2值的一维光子晶体按照其所具有的光子禁带所对应的波段由短波向长波进行排列，在所需波段范围内得到一完全禁带，并得到所需要的异质结结构；通过在异质结结构中掺入杂质，对异质结结构的能带进行调制，改变完全禁带，得到一窄的通带。这是一种完全不同于传统的窄带滤光片设计。
基于这种设计思想，我们采用了将两种不同介电常数的材料组成具有不同晶格常数d的一维光子晶体，组成具有掺杂的异质结结构，如
图1所示，其中A、B、C分别为具有不同晶格常数d的一维光子晶体，这一结构称为异质结结构；为了改变异质结结构的传输特性，可以在其中放置一杂质带，这样就得到了具有掺杂的一维异质结结构。该膜系结构就是一种具有超宽截止带的窄带滤光片。
本发明中，两种不同介电常数的材料可选用ZnS和MgF2，或者TiO2、SiO2等。
本发明是一种采用全介质结构的宽截止带的窄带滤光器件。它采用具有掺杂的一维异质结结构，利用异质结结构的带隙特点得到宽的截止带；由于杂质对异质结结构能带的调制，所以通过掺杂可在宽的截止带中得到一窄的通带。它克服了传统窄带滤光片不能在一个宽截止带得到窄带滤光的缺点。通过调整杂质的位置、大小可以得到所需要的透过波长。
采用光子晶体概念设计窄带滤光片的一个优点就是可以预先设计工作波段。原因是光子晶体具有“标度不变性”，如果只改变晶格常数，而维持其他各项参数不变，则光子晶体的能带结构的总体形状不发生改变，只是透过峰的峰位和截止带的位置发生相应移动。
本发明可用于各种光学仪器中，例如在光学分析仪器、光学探测器方面都有广阔的应用前景。
图2为本发明所设计的窄带滤光片透射谱线。
图3为Fabray---Perot结构窄带滤光片的透射谱线。
图4为金属诱导窄带滤光片的透射谱线。
材料可以根据实际条件进行选取。我们选取的是ZnS、MgF2，入射介质为空气ε＝1，在400nm-2000nm的波长范围内有一窄的透过峰，ZnS、MgF2组成的介质对为杂质，利用传输矩阵法，通过调整杂质的位置、大小，得到了峰位为1413.8nm、透过率大于80％，半宽度小于2nm、背景透过率小于0.5％的超宽截止带窄带滤光片，其透过率曲线如图2所示，对应的结构为(0.6H 0.6L)3(0.7H 0.7L)12(0.8H 0.8L)12(0.9H 0.9L)12(1H 1L)12(1.2H 1.2L)12(1.4H1.4H)12(1.6H 1.6L)12(1.8H 1.8L)12(4.8H 5L)1(2.4H 2.4L)14(2.6H 2.6L)9其中H、L，分别为高低折射率材料的1/4波长光学厚度，H＝nhdh＝L＝nldl＝λ/4，λ＝680nm，nh＝2.46、nl＝1.38分别为两种材料的折射率；dh、dl分别为与1/4波长光学厚度对应的两种材料的物理厚度。
而传统的采用相同的材料的Fabray---Perot截止滤光片，其透过率谱线如图3所示，峰值位置两端透过率小于10％的截止带宽度为413nm。金属诱导滤光片的头过率谱线如图4所示，虽然透过峰值两端背景透过率小于10％截止带宽度为400-2000nm，但由于金属的吸收，其峰值小于60％。与传统的窄带滤光片相比，本发明所设计的窄带滤光片成功地抑制了窄带滤光片透射峰值位置两边的旁通带，具有优良的光学性能。
镀膜开始时，用酒精乙醚对基底(K9玻璃)进行清洗，并用脱脂棉将表面擦干净，镀膜时将基底加热到300℃，真空度低于3.0×10-3Pa，利用镀膜机内电子枪对镀膜材料进行加热，交替的在基底上镀制高低两种折射率材料。
两种不同介电常数的材料也可选用TiO2和SiO2，制作步骤同上，同样得到所需要的窄带滤光片。
权利要求
1.一种宽截止带窄带滤光片，其特征在于由介电常数分别为ε1、ε2的两种不同材料组成具有不同晶格常数d的一维光子晶体，并根据所需要的禁带宽度，将具有不同材料厚度d1、d2值的一维光子晶体按照其所具有的光子禁带所对应的波段由短波向长波排列，组成在所需波段范围内的一完全禁带，得到异质结构；在该异质结构中放置有一杂质带，构成具有掺杂的一维异质结构，其中ε1≠ε2，d1+d2＝d。
2.根据权利要求1所述的窄带滤光片，其特征在于不同介电常数的材料选用ZnS、MgF2，或者TiO2和SiO2。
全文摘要
本发明提供了一种采用一维掺杂异质结结构从可见到红外波段具有超宽截止带窄带滤光片。不同于传统的窄带滤光片，它可以同时得到高的峰值透过率和峰值两端宽的截止带。该发明介绍了该滤光片的设计思路和具体的结构设计，以及在此设计思想下所计算出的窄带滤光片的光学性能等。本发明设计的滤光片可应用于光学分析仪器、光学探测仪器等各种光学仪器中。
文档编号G02B5/20GK1455286SQ03116928
公开日2003年11月12日 申请日期2003年5月15日 优先权日2003年5月15日
发明者王利, 王占山, 吴永刚 申请人:同济大学