角度调谐滤波片阵列及其方法技术

本发明专利技术提供一种角度调谐滤波片阵列，用于增大光谱覆盖范围，若干个调谐范围覆盖不同波段的子滤波片以阵列的方式组合在一起，每个子滤波片具有一定角度调谐范围，该范围分为有效角度调谐范围和叠加范围两部分，通过波段叠加，每个子滤波片的波段范围并不完全用到，故只需保证每个子滤波片的有效调谐波段内的角色散率满足需求；本发明专利技术还提供利用角度调谐滤波片阵列得到规律分布的光谱的方法及滤波片阵列的加工方法，本发明专利技术采用滤波片阵列波段叠加的方式，增大了光谱覆盖范围，且避开滤波片角色散率的极小部分，同时实现了大角色散率和宽调谐光谱范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学成像领域，尤其是一种角度调谐滤波片及利用该阵列得到规律分布的光谱的方法和加工方法，可用于光学信息处理、分析以及光谱仪、分光光度计、DWDM等系统装置中的分光实现。
技术介绍
光学滤波片是光学系统中的重要元器件，可调谐滤波片在现代光通信系统和传感网络中扮演着关键角色。近年来，关于可调谐滤波片的应用越来越多，迫切需要研究开发成本低、体积小、调谐范围宽的可调谐滤波片。角度调谐滤波片，是可调谐滤波片中的一种，其调谐方式主要是利用了滤波片的角度敏感特性：当滤波片表面入射光束的入射角度变化时，随着入射角度的增大，滤波片的透射通带和峰值会向短波方向发生偏移。故通过变化光的入射角度改变滤波片的透射特性。利用该方法设计的可调谐滤波片结构简单且成本低。但对于单个可调谐滤波片来说，其波长选择范围有限，且角色散率难以保证，因此一种波长选择范围更广且角色散率较大的可调谐滤波方式的提出，必不可少。现在大部分用的分光技术都要用到光栅，因为光栅成本比较高，而且集成起来体积比较大，不利于做到微型化，现在有不用光栅的技术，但是未见直接用滤波片角度调谐特性来分光的技术方案。之前使用滤波片通常都考虑垂直入射的状态，尽量避免斜入射。很少有人会专门利用它斜入射的特性，通过不同角度的斜入射来实现分光，因为角度这个因素在传统滤波片制造过程中被当成了一个影响因素，传统观念中是要尽量减少斜入射对滤波特性的影响。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提出一种实现宽光谱且角色散率较大的角度调谐滤波片阵列及利用该阵列得到规律分布的光谱的方法和加工方法。本专利技术以阵列的方式将若干个调谐范围覆盖不同波段的子滤波片组合在一起。根据所需调谐范围确定子滤波片个数。根据各个子滤波片透过率特性，调节子滤波片的波段叠加大小，从而改善可调谐滤波片阵列的角色散率。根据多层膜干涉滤波片透射光谱中心波长与光入射角度关系：λ=λ01-sin2θnp2---(1)]]>其中，θ表示入射角；λ0表示正入射情况下滤波片的中心波长(此时θ＝0°)；λ表示入射角为θ时的滤波片中心波长；np表示滤波片的膜系等效折射率。在θ不超过90度的情况下，得式(1)变形为：θ=arcsin(np1-λ2(λ0)2)---(2)]]>由于滤波片薄膜折射特性，其透射光线出射角θ′与光线入射角θ一致(θ′＝θ)。此时，根据式(1)角色散率D的表达式为：D=dθ′dλ=dθdλ=-npnp2-sin2θλ0sinθcosθ---(3)]]>角色散率绝对值越大，波长间隔dλ对应的角度变化dθ′也就越大。根据公式，中心波长与入射角度的分布关系是非线性的。且随着入射角度的增大，滤波片的角色散率减小，即光线分辨能力降低。当入射角增大到一定程度后，不同角度的滤波片透过光线将非常密集难以分辨。因此，单个滤波片在保证分辨率前提下，所能够覆盖的光谱范围时有限的。故需采用滤波片阵列波段叠加的方式，增大光谱覆盖范围，且避开滤波片角色散率的极小部分。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种角度调谐滤波片阵列，用于增大光谱覆盖范围，若干个调谐范围覆盖不同波段的子滤波片以阵列的方式组合在一起，每个子滤波片具有一定角度调谐范围，该范围分为有效角度调谐范围和叠加范围两部分，有效角度调谐范围指每个子滤波片实际应用的角度调谐范围；叠加范围为每个子滤波片未被利用、且与其他子滤波片存在交叠的调谐区域。通过波段叠加，每个子滤波片的波段范围并不完全用到，故只需保证每个子滤波片的有效调谐波段内的角色散率满足需求。有效调谐波段和叠加波段的划分根据所需满足的角色散率大小决定，所需角色散率越大，有效调谐波段越窄，叠加波段越宽。比如要求角色散率在0.015以上，则有效调谐波段是指该滤波片角色散率大于等于0.015的波段；而叠加波段则是不能满足角色散率大于等于0.015的那部分波段，每块滤波片都存在一部分角色散率很小的波段，叠加的目的就是避免使用到这个波段。作为优选方式，子滤波片个数根据所需调谐范围确定，根据目标角色散率范围结合各个子滤波片透过率特性调节子滤波片波段叠加大小。作为优选方式，所述陈列为线阵列、面阵列、中心对称扇形阵列其中的一种。作为优选方式，所述子滤波片从以下几类滤波片中选取：(1)法布里-珀罗滤波片；(2)介质薄膜滤波片；(3)干涉滤波片。作为优选方式，阵列中每个子滤波片有效角度调谐范围大小以及所需子滤波片个数，根据目标角色散率κ大小和总光谱调谐范围λmin≤λ≤λmax，按以下步骤确定：(1)假设相邻两块子滤波片垂直入射中心波长分别为λi0，其中，(2)根据第i+1块子滤波片的垂直入射中心波长和滤波片等效折射率np，获得其角色散率-调谐角度分布，如下式所示：D=dθdλ=-npnp2-sin2θλi+10sinθcosθ]]>(3)结合目标角色散率和第i+1块子滤波片角色散率-调谐角度分布，计算其有效角度调谐范围，所述有效角度调谐范围，能保证阵列中，子滤波片在该调谐范围内的角色散率均满足|D|≥κ，κ为目标角色散率。公式如下：-θmax≤θ≤θm(4)其中，θmax=12arccos[2np2(κλi+10)2(-12+Δ)]]]>Δ=14+(κλi+10)2·(κλi+10)2+2np2-4np44np4]]>(4)根据第i+1块子滤波片有效角度调谐范围计算有效波长调谐范围，公式如下：λi+101-sin2θmaxnp2≤λ≤λi+10---(5)]]>(5)判断相邻两块子滤波片的有效波长调谐范围是否存在断点，即是否存在的情况，若存在，则减小的值，返回第(2)步。若不存在，确定第i+1块子滤波片的垂直入射的中心波长为(6)重复步骤(1)到(5)直至确定出所有子滤波片的垂直入射中心波长及其对应的有效角度调谐范围和有效波长调谐范围。(7)结合各子滤波片的波长调谐范围及所要达到的总光谱调谐范围λmin≤λ≤λmax，计算所需子滤波片的数量，计算方法如下：Σ&GreaterEqual本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种角度调谐滤波片阵列，用于增大光谱覆盖范围，其特征在于：若干个调谐范围覆盖不同波段的子滤波片以阵列的方式组合在一起，每个子滤波片具有一定角度调谐范围，该范围分为有效角度调谐范围和叠加范围两部分，有效角度调谐范围指每个子滤波片实际应用的角度调谐范围；叠加范围为每个子滤波片未被利用、且与其他子滤波片存在交叠的调谐区域，通过波段叠加，每个子滤波片的波段范围并不完全用到，故只需保证每个子滤波片的有效调谐波段内的角色散率满足需求。

【技术特征摘要】
1.一种角度调谐滤波片阵列，用于增大光谱覆盖范围，其特征在于：若干个调谐范围覆
盖不同波段的子滤波片以阵列的方式组合在一起，每个子滤波片具有一定角度调谐范围，该
范围分为有效角度调谐范围和叠加范围两部分，有效角度调谐范围指每个子滤波片实际应用
的角度调谐范围；叠加范围为每个子滤波片未被利用、且与其他子滤波片存在交叠的调谐区
域，通过波段叠加，每个子滤波片的波段范围并不完全用到，故只需保证每个子滤波片的有
效调谐波段内的角色散率满足需求。
2.根据权利要求1所述的角度调谐滤波片阵列，其特征在于：子滤波片个数根据所需调
谐范围确定，根据目标角色散率范围结合各个子滤波片透过率特性调节子滤波片波段叠加大
小。
3.根据权利要求1所述的角度调谐滤波片阵列，其特征在于：所述陈列为线阵列、面阵
列、中心对称扇形阵列其中的一种。
4.根据权利要求1所述的角度调谐滤波片阵列，其特征在于：所述子滤波片从以下几
类滤波片中选取：(1)法布里-珀罗滤波片；(2)介质薄膜滤波片；(3)干涉滤波片。
5.根据权利要求1所述的角度调谐滤波片阵列，其特征在于：阵列中每个子滤波片有
效角度调谐范围大小以及所需子滤波片个数，根据目标角色散率κ大小和总光谱调谐范围
λmin≤λ≤λmax，按以下步骤确定：
(1)假设相邻两块子滤波片垂直入射中心波长分别为其中，(2)根据第i+1块子滤波片的垂直入射中心波长和滤波片等效折射率np，获得其角色散
率-调谐角度分布，如下式所示：
D=dθdλ=-npnp2-sin2θλi+10sinθcosθ]]>(3)结合目标角色散率和第i+1块子滤波片角色散率-调谐角度分布，计算其有效角度调谐
范围，所述有效角度调谐范围，能保证阵列中，子滤波片在该调谐范围内的角色散率均满足
|D|≥κ，κ为目标角色散率；公式如下：
-θmax≤θ≤θmax其中，
θmax=12arccos[2np2(κλi+10)2(-12+Δ)&...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘子骥，何璇，郑杰，杨建忠，郑兴，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51