一种高截止、低波纹的准矩形窄带滤光片制造技术

技术编号:15221248 阅读:249 留言:0更新日期:2017-04-26 22:30
本发明专利技术公开了一种高截止、低波纹的准矩形窄带滤光片,包括基底以及分别设置在基底两侧的主膜系和截止膜系,主膜系和截止膜系均由四个不同等效折射率的法布里‑珀罗滤光片的三重周期膜组成,主膜系优选为G[(HL)4H2L3H(LH)4L(HL)5H2LH(LH)5L(HL)5H2L3H(LH)5L(HL)4H2L3H(LH)4L]3A,其中,H和L分别表示四分之一波长膜厚的高折射率膜和低折射率膜,高折射率膜为氧化钛、氧化铌或氧化钽,低折射率膜为氧化硅。该滤光片可达到矩形度0.94,通带波纹1.8%,最大截止度为-500dB以上,在高信噪比系统中具有重要的应用价值。

Quasi rectangular narrow band filter with high cut-off and low ripple

The invention discloses a quasi rectangular narrow band filter, high cut-off low ripple, comprises a base and are respectively arranged on both sides of the base line and the main film by film, film and film as the main are composed of three periodic film four different equivalent refractive index Fabri Perot filter composed of a main film preferably G[(HL) 4H2L3H (LH) 4L (HL) 5H2LH (LH) 5L (HL) 5H2L3H (LH) 5L (HL) 4H2L3H (LH) 4L]3A, wherein, H and L said the 1/4 wavelength thickness of high refractive index films and low refractive index film, a high refractive index film for titanium oxide niobium oxide, tantalum oxide or low refractive index film, silicon oxide. The filter can reach 0.94 of the rectangular degree, pass band ripple of 1.8%, the maximum cut-off degree of more than 500dB, in the high signal-to-noise ratio system has important application value.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高截止、低波纹的准矩形窄带滤光片,以用于可见光至近红外光波段获得极高信噪比的信号,特别是用于光通讯波段、激光1060nm和半导体固体光源等场合的信息提取和利用。
技术介绍
窄带滤光片,是从带通滤光片中细分出来的,其定义与带通滤光片相同,也就是这种滤光片在特定的波段允许光信号通过,而偏离这个波段以外的两侧光信号被阻止,窄带滤光片的通带相对来说比较窄,一般为中心波长值的5%以下。窄带滤光片广泛应用于可见光至近红外光区的任何波段上以获取高信噪比的信号,特别是在诸如光通讯波段、激光1060nm和半导体固体光源等作为载波的信息提取和利用中,为了减少误码率,防止目标误判,提高微弱信号的检测能力,必须尽可能地提高系统的信噪比,故工程人员期待着一种高截止、低波纹的准矩形窄带滤光片来实现。现有技术常釆用Fabry-Perot干涉滤光片来提取信号,如单腔滤光片G(HL)pH2mLH(LH)pA和G(HL)p2mH(LH)pA,其中,G和A分别代表玻璃基底和空气媒质,(HL)pH和(HL)p是反射镜,2mL和2mH是间隔层,p是周期数,m是表示干涉级次的正整数,H和L分别为高、低折射率的四分之一波长膜。这种单腔干涉滤光片不仅截止度很低,而且滤光片通带形状呈三角形,故其信噪比不足1/3,加上透射峰两侧很宽波长截止区的残余透射的背景积分,除非信号源特别强大的场合,否则信号基本上都会被淹没在背景噪声之中,因此,实际使用常常要求用多腔滤光片G[(HL)pH2mLH(LH)pL]qA或G[(HL)p2mH(LH)pL]qA,这里,q是腔的数目,腔与腔之间用L耦合。通过设计p、m、q以及H和L的折射率一般可以得到常规应用的滤光片。对高截止滤光片,虽然增加多腔滤光片腔的数目q,截止度可以迅速提高,但是透射通带的波纹也会相应迅速增大,这种截止度和通带波纹之间的矛盾是迄今高性能滤光片设计的最大障碍。本专利技术提出一种高截止、低波纹的准矩形窄带滤光片,一方面滤光片具有很高的截止度和很低的通带波纹,另一方面,其通带形状呈近似的矩形,故本专利技术称其准矩形。这样的滤光片具有极高的信噪比,因而不仅可大大降低信号获取时的误码、误判,而且可以检测到现有技术所无法检测的微弱信号。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高截止、低波纹的准矩形窄带滤光片,以用于可见光至近红外光区的任一波段上获取极高信噪比的信号,减少信号的误码率,防止目标信号误判,利于实施微弱信号检测。为此,本专利技术的构思如下:首先,提出滤光片的最佳评价参数为矩形度。矩形度是滤光片通带透射率降至峰值的90%时的带宽与降至峰值的50%时的带宽(半宽度)之比,比值越接近于1,矩形度越好。矩形度既包含着通带的信息,又包括着截止带的信息,因为矩形度越大,必定截止度越高,而且如果通带波纹太大,矩形度就会失去意义,所以本专利技术用矩形度直接评价,既简单方便,又反映真实特性。其次,分析滤光片通带波纹造成的原因最终认定是滤光片导纳失匹所致,因此消除通带波纹的根本路径在于导纳匹配。一旦导纳匹配后,通带波纹消失,就可用增加周期数来提高截止度或矩形度,所以消波纹是必须先行解决的问题。对现有技术的多腔滤光片,一般常选择q=3或4,其实,这时滤光片的特性是截止度和波纹之间的折中,或者说两者都可勉强接受,这就是现有技术选择3腔或4腔滤光片的原因和局限。以低折射率间隔层的滤光片G[(HL)pH2mLH(LH)pL]qA为例,若q=4,展开为4个腔后的通式为G(HL)pH2mLH(LH)pL(HL)pH2mLH(LH)pL(HL)pH2mLH(LH)pL(HL)pH2mLH(LH)pLA,这里,计算一下导纳就可发现,每个腔的导纳和整个膜系的导纳都非常高,整个膜系与基底G和空气A严重失匹,所以其通带波纹很大是不足为奇的。那么如何使其导纳匹配呢?假设把每个腔的导纳依次表示为GE1E2E3E4A,并假设以E3为参考导纳,可把GE1E2E3看成基底G上的3层等效膜,并把E1E2设计成G和E3的减反射膜,同理,也可把E4设计成E3和A的减反射膜,这样可望达到导纳匹配的目的。作为本专利技术要求的滤光片带宽,上述通式经导纳匹配设计后的4腔滤光片变为如下形式G(HL)4H2L2HH(LH)4L(HL)5H2LH(LH)5L(HL)5H2L2HH(LH)5L(HL)4H2L2HH(LH)4LA,现在,除E1E4具有相同的腔结构和相同的导纳外,其余的腔结构和导纳都是不同的。计算证明,由于导纳匹配的实施,其通带波纹确从未导纳匹配前的约17.5%下降到2.3%,但其波长过渡区的陡度却比未导纳匹配前有所下降,原因主要是E1E4因导纳匹配时反射镜(HL)pH的周期p减小了1所致。为了在导纳匹配时易于实施导纳微调,以获得最低的通带波纹,从以上可以看到,经导纳匹配的4腔滤光片的间隔层一般不一定是单一层,而是分成若干层,如把4L分成2L2H,其中E2因微调需要又把2L2H调成2L,这一改变不仅有利于导纳微调,而且为减小滤光片倾斜入射或准直不理想引起的角度偏振效应和薄膜结累应力带来了好处。然后,经导纳匹配后的滤光片通带波纹已很小,此时增加其周期数,可望在基本不改变波纹的情况下显著增加矩形度。设上述导纳匹配后的滤光片重复周期数为s,则得到本专利技术的主膜系为G[(HL)4H2L3H(LH)4L(HL)5H2LH(LH)5L(HL)5H2L3H(LH)5L(HL)4H2L3H(LH)4L]sA,需要注意的是,这里的周期数s与前面的腔数目q意义是不同的。当s从1增加到3,主膜系的矩形度可从0.82增加到0.93,但是遗憾的是,在通带两侧产生了异乎寻常的尖锐次峰,每侧的次峰数目为s-1。最后,为了消除通带两侧的尖锐次峰,在基底背面再加上一个如下的截止膜G[(HL)3H4L2H4L2HH(LH)3L(HL)4H4L2H4LH(LH)4L(HL)4H4L2H4L2HH(LH)4L(HL)3H4L2H4L2HH(LH)3L]3A,此截止膜的带宽与主膜系接近,设计方法与主膜系相似,但要求其通带两侧的次峰波长位置与主膜系完全叉开,这样才能互相截去次峰。可以看出,截止膜各个腔的周期p都比主膜系减小1,而干涉级次m从2增加到6,目的就是要叉开次峰波长,并保持带宽不变;同时把间隔层12L分成4L2H4L2H,其中E2微调成4L2H4L。此截止膜与上述主膜系合成后,通带两侧的次峰被消除,截止度增加,矩形度从0.93增加到0.94,形成一个完美的高截止、低波纹的准矩形窄带滤光片。为实现上述目的,本专利技术所采取的具体技术方案是:一种高截止、低波纹的准矩形窄带滤光片,包括基底以及分别设置在所述基底两侧的主膜系和截止膜系,所述的主膜系和截止膜系均由四个不同等效折射率的法布里-珀罗滤光片的三重周期结构组成。所述的主膜系为G[(HL)4H2L3H(LH)4L(HL)5H2LH(LH)5L(HL)5H2L3H(LH)5L(HL)4H2L3H(LH)4L]3A,其中,G代表基底,A代表空气,H表示四分之一波长膜厚的高折射率膜层,L表示四分之一波长膜厚的低折射率膜层。所述的高折射率膜层为氧化钛(Ti3O5)、氧化铌(Nb2O5)或氧化钽(Ta2O5),所述的低折射率膜层为氧化硅(SiO2)。所述的截本文档来自技高网
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一种高截止、低波纹的准矩形窄带滤光片

【技术保护点】
一种高截止、低波纹的准矩形窄带滤光片,包括基底以及分别设置在所述基底两侧的主膜系和截止膜系,其特征在于,所述的主膜系和截止膜系均由四个不同等效折射率的法布里‑珀罗滤光片的三重周期结构组成。

【技术特征摘要】
1.一种高截止、低波纹的准矩形窄带滤光片,包括基底以及分别设置在所述基底两侧的主膜系和截止膜系,其特征在于,所述的主膜系和截止膜系均由四个不同等效折射率的法布里-珀罗滤光片的三重周期结构组成。2.根据权利要求1所述的高截止、低波纹的准矩形窄带滤光片,其特征在于,所述的主膜系为G[(HL)4H2L3H(LH)4L(HL)5H2LH(LH)5L(HL)5H2L3H(LH)5L(HL)4H2L3H(LH)4L]3A,其中,G代表基底,A代表空气,H表示四分之一波长膜厚的高折射率膜层,L表示四分之一波长膜厚的低折射率膜层。3.根据权利要求2所述的高截止、低波纹的准矩形窄带滤光片,其特征在于,所述的主膜系总层数为264层,其中靠空气侧的最外二层膜的厚度依次修正为:0.7930H和2.5964L。4.根据权利要求1所述的高截止、低波纹的准矩形窄带滤光片,其特征在于,所述的截止膜系为G[(HL)3H4L2H4L3H(LH)3L(HL)4H4L2H4LH(LH)4L(HL)4H4L2H4L3H(LH)4L(HL)3H4L2H4L3H(LH)3L]3A,其中,G代表基底,A代表空气,H表示四分之一波长膜厚的高折射率膜层,L表示四分之一波长膜厚的低折射率膜层。...

【专利技术属性】
技术研发人员:艾曼灵金波顾培夫
申请(专利权)人:杭州科汀光学技术有限公司
类型:发明
国别省市:浙江;33

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