基于导模共振效应的多通道窄带滤光片的设计

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)兰州空间技术物理研究所 作者:李坤

  基于导模共振效应设计了几种多通道窄带滤光片,并利用严格耦合波法分析其光谱特性。在设计的单层滤光片的基础上增加第一层高折射率缓冲层,当厚度为523. 8 nm 和689. 2 nm 时,得到双通道和三通道的反射峰,在此基础上增加第二层厚度为768 nm 的低折射率缓冲层,得到四通道的反射峰。另外,通过调节单层滤光片的入射角度得到对称的双通道反射峰。

引言

  1902 年,Wood在研究金属光栅时首次发现了导模共振效应。所谓导模共振效应是指亚波长光栅在特定的结构参量和入射条件下出现的特殊衍射效应,当入射光和光栅层所支持的泄漏模相互耦合时会产生共振异常现象,通常表现为共振波长处有极高的衍射效率。20 世纪90 年代,Magnusson 等学者将导模共振效应应用到滤光片的设计中,取得了显著的效果。这种新型的滤光片和传统的薄膜型滤光片相比有许多优点,比如极窄的带宽、极高的反射率、共振波长可控及相对简单的结构等。基于导模共振效应,利用平面介质波导理论和严格耦合波法设计了多通道的窄带滤光片。

设计原理

  典型导模共振滤光片的结构如图1 所示,最简单的导模共振滤光片仅由基底和一个光栅层构成,如图2 所示。

典型的导模共振滤光片结构示意图

图1 典型的导模共振滤光片结构示意图

  光栅层由两种折射率分别为nH和nL的材料周期排列组成,光栅层的厚度为d,光栅周期为T,填充系数为f,将其定义为光栅层中高折射率材料所占槽宽和光栅周期T 的比值。覆盖层和基底层的折射率分别是nc和ns。

单层导模共振光栅的结构图

图2 单层导模共振光栅的结构图

结论

  利用导模共振效应设计的窄带滤光片具有非常卓越的光学特性。基于导模共振效应设计了几种多通道的窄带滤光片,并利用严格耦合波法分析了反射光谱。首先设计了单层滤光片,然后分别通过调节入射角度和增加缓冲层这两种方法得到了二、三、四通道的窄带滤光片,并且反射峰的反射率均保持在较高水平。

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