一种可见光区多光谱双通道光子晶体滤波器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光子晶体滤波器，特别是涉及一种可见光区多光谱双通道光子晶体滤波器。
【背景技术】
[0002]光子晶体是由结构单元按照一定排列规则组合而成的周期结构。按照介质排列方式的不同，可分为一维，二维，三维光子晶体。光子禁带是光子晶体最显著的特征，波长处于禁带范围的光无法传播，这个特性使光子晶体在很多方面有着广泛的应用，例如全方向反射镜，光子晶体波导，光子晶体光纤，偏振片，滤波器等。投影光学系统对光源有着严格的要求，光源颜色的纯度决定着投影画面色彩的质量，为了使光源的色纯度更高，需要同时得到两个或者三个波段的光源，如蓝光428nm-449nm及绿光535nm_590nm，像这种波段固定，各带宽之间没有线性关系的滤波区域，使用传统的带通滤波器无法达到要求。目前在可见光区多通带的光子晶体滤波器研究甚少，设计优良的光子晶体滤波器用于光学投影系统例如滤色轮和分色镜，能够有效地提高色纯度和亮度。
[0003]陈焘等(多光谱带通线性渐变滤光片的研制，光电工程，2007 (34)，72-75)设计了光谱滤波的多通道滤波器，该种线性滤波器要求中心波长与通道空间位置呈线性关系，对于各通道位置固定且无线性关系的滤波需求无法满足。
[0004]顾培夫(用于波分复用系统的多峰干涉滤光片，光子学报，2003，32 (7):837?839)实验组制成了用于波分复用系统的多峰道干涉滤波器，但是这种Fabry-Perot干涉滤光片的滤波通带很窄，通带边缘的陡直度不好。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种可见光区多光谱双通道光子晶体滤波器，以使滤波范围突破以往窄带多通道滤波器的规律性滤波。
[0006]本发明的原理在于:在光子晶体中，如果将长波通光子晶体滤波器与短波通光子晶体滤波器的通带位置相互叠加组合，将会出现一个通带，调节短波通光子晶体滤波器的每层膜厚度，可引起组合后的光子晶体滤波器的通带位置与宽度的改变。如果用一种结构的Fabry-Perot光子晶体滤波器与短波通光子晶体滤波器叠加组合，就将出现两个通带，同样，调节短波通光子晶体滤波器每层膜厚度，可引起组合后的光子晶体滤波器的通带位置与宽度的改变，利用这样的特性可以制备双通道的光子晶体滤波器。
[0007]本发明的一种可见光区多光谱双通道光子晶体滤波器是由Fabry-Perot光子晶体滤波器和短波通光子晶体滤波器两部分叠加组合而成。具体的，本发明是由结构为(A/B/B/A) 2B? (A/B/B/A)的Fabry-Perot光子晶体滤波器与结构为(yC/xD/yC)1tl短波通光子晶体滤波器叠加组成的，叠加组合后的结构为(A/B/B/A)2B’ (A/B/B/A) (yC/xD/yC)n0
[0008]其中，A、B、C和D是构成所述多光谱双通道光子晶体滤波器的材料，B’与B为厚度不同的同种材料；nn η2、η4、η5分别为材料Α、B、C、D的折射率且需满足:nη4< n5;d p d2、d3、d4、(15分别为材料 A、B、B，、C、D 的物理厚度且需满足:d 1=0.1136 λ。/ η ”d2=0.1136 λ 0 / n 2、d3=0.2272 λ 0 / n 2、d4=0.25y λ 0 / n 4、d5=0.125x λ 0 / n5;n 为短波通光子晶体滤波器的周期数，周期数n为正整数；λ。为中心波长；通过调整X、y值可改变D、C的物理厚度；x、y为正数；此时，整个滤波器结构的总层数为13+3n。
[0009]当A、B、C、D材料确定，保持周期数η不变，仅通过调整x、y值来改变D、C的物理厚度，即可引起组合光子晶体滤波器的带通位置和带宽的改变，从而实现在可见区同时产生两个不同的滤波通道。
[0010]其中，在本发明中优选的用于构造一种可见光区多光谱双通道光子晶体滤波器的结构为(A/B/B/A)2B’ (A/B/B/A) (yC/xD/yC)n，但是，用于构建本发明滤波器的结构不仅限于(A/B/B/A)2B’ (A/B/B/A) (yC/xD/yC)n，凡是具有单通道滤波特性的Fabry-Perot光子晶体滤波器和短波通光子晶体滤波器叠加的结构皆可。
[0011]本组合光子晶体滤波器的制备方法是:使用镀膜或磁控溅射等方式，在玻璃基底上依次镀上设计厚度的材料A、B、B、A，依照此方法生长2个周期，在此基础上继续镀上设计厚度的材料B’，然后再交替镀上设计厚度的材料A、B、B、A ;然后在此基础上继续依次交替镀上η个周期设计厚度的C、D、C，即可实现双通道光子晶体滤波器。
[0012]与现有技术相比，本发明创新性的将简单周期的Fabry-Perot光子晶体滤波器和短波通光子晶体滤波器叠加组合，用来设计各透光波段无线性关系的双通道滤波器，使滤波范围突破以往窄带多通道滤波器的规律性滤波，与传统的Fabry-Perot多通道滤波器相比，本发明结构简单，加工方便，拓宽了通带宽度，并且该双通道滤波器平均透过率在90%以上，能够有效提高投影系统的亮度与色纯度。
【附图说明】
[0013]图1是(Α/Β/Β/Α)2Β’ (Α/Β/Β/Α)型Fabry-Perot光子晶体滤波器的结构示意图。
[0014]图中，Α、Β是两种不同的材料，B’与B是厚度不同的同种材料，山、(12、(13分别为八、B、B’材料的物理厚度。(A/B/B/A)2B’ (A/B/B/A)表示A、B两种材料依照A、B、B、A顺序生长设计厚度的2个周期，在此基础上，将B’生长设计厚度的一个周期，再在此基础上，依照A、B、B、A顺序生长设计厚度的I个周期。
[0015]图 2 是(Ti02/PMMA/PMMA/Ti02) 2PMMA (Ti02/PMMA/PMMA/Ti02)型 Fabry-Perot 光子晶体滤波器的结构示意图。
[0016]图中，1、4、5、8、10、13层为 T12，其物理厚度山=18.;2、3、6、7、11、12 层为 PMMA，其物理厚度d2=34nm ；9层为PMMA，其物理厚度d3=67nm0
[0017]图 3 是(Ti02/PMMA/PMMA/Ti02) 2PMMA (Ti02/PMMA/PMMA/Ti02)型 Fabry-Perot 光子晶体滤波器的透射曲线图。
[0018]图4是(yC/xD/yC) n型短波通光子晶体滤波器的结构示意图。
[0019]图中，C、D是两种不同的材料，d4、d5分别是C、D材料的厚度，通过调整X、y值可改变D、C的物理厚度，(yC/xD/yC) n表示C、D两种不同的材料依次η个周期排列。
[0020]图5是(Al203/ZnS/ Al2O3) 2°型短波通光子晶体滤波器的结构示意图。
[0021]图中，1、3、4、6、7、9、10、12、13、15、16、18、19、21、22、24、25、27、28、30、31、33、34、36、37、39、40、42、43、45、46、48、49、51、52、54、55、57、58、60 层为 Al2O3,其物理厚度d4=70nm ;2、5、8、11、14、17、20、23、26、29、32、35、38、41、44、47、50、53、56、59 层为 ZnS,其物理厚度d5=27nm。
[0022]图6是(Al203/ZnS/ Al2O3) 2°型短波通光子晶体滤波器的透射曲线图。
[0023]图7是结构为(A/B/B/A)2B’ (A/B/B/A)型和(yC/xD/yC) n型的光子晶体滤波器置加后的结构不意图。
[0024]图 8 是(Ti02/PMMA/PMMA/Ti02)2PMMA (Ti02/PMMA/PMMA/Ti02) (Al203/ZnS/ Al2O3)2°型光子晶体滤波器的结构示意图。
[0025]图中，1、4、5、8、10、13层为 T12, 2、3、6、7、11、12 层为 PMMA，9 层为 PMMA，14、16、17、19、20、22、23、25、26、28、29、31、32、34、35、37、38、40、41、43、44、46、47、49、50、52、53、55、56、58