一维光子晶体日盲紫外带通滤波器制造技术

本发明专利技术属于光学领域，提出了一种一维光子晶体日盲紫外带通滤波器，其量子阱结构(PC1)

One-Dimensional Photonic Crystal Solar Blind Ultraviolet Bandpass Filter

The invention belongs to the optical field, and proposes a one-dimensional photonic crystal solar blind ultraviolet bandpass filter with a quantum well structure (PC1).

【技术实现步骤摘要】
一维光子晶体日盲紫外带通滤波器
本专利技术属于光学领域，具体涉及一种光子晶体滤波器，特别是涉及一维光子晶体日盲紫外带通滤波器。
技术介绍
在深紫外C波段中，由于240~280nm紫外光在穿过大气层时，几乎被臭氧层吸收殆尽以致在地表无法检测到故被称为“日盲区”。然而日盲紫外信号在民用及军事领域有着广泛的应用，除了电晕检测外，枪支开火、炸弹爆炸、火灾、通信等都会产生日盲信号，因此提高日盲紫外探测系统的性能尤为重要。深紫外滤波片作为紫外成像探测系统中的核心元器件，不断提高其滤波性能成为人们研究的热点问题。2014年Wang等人（Wang,Tian-Jiao,Wei-Zong,etal.Solar-blindultravioletband-passfilterbasedonmetal-dielectricmultilayerstructures[J].ChinesePhysicsB,2014,23(7):404-408.）采用金属介质多层结构实现了以260nm为中心的通带，280nm至近红外波段为禁带的滤波性能。2017年DelHoyoJ等人（DelHoyoJ,QuijadaM.EnhancedAluminumReflectingandSolar-BlindFilterCoatingsfortheFar-Ultraviolet[J],2017.）引入AlF3材料增强了Al的反射，实现在Lyman-Alpha波段（100-130nm）的带通滤波性能。2017年Fu等人（FuXiuhua,GuoKai,XiongShifu,etal.Developmentofwidebandlownoisefilteringdevicesfordailyblinddetection[J].Chineselaser,2017(6):165-171.）选用Al、AlF3两种材料组成法布里-珀罗结构，这种介质和金属组合的膜系实现了200~270nm的带通滤波，300~1200nm的深截止。加入金属介质后虽然在300nm至近红外波段实现了较好的深截止，但紫外光在日盲波段内的透过率大多都不是很高，故对日盲紫外滤波器件的滤波性能改善不大。
技术实现思路
本专利技术克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种简单可行的一维光子晶体日盲紫外带通滤波器，能够实现在240-280nm日盲紫外波段的高效带通滤波，在300~700nm部分紫外和可见波段的深截止，以改善改善紫外探测系统对日盲信号的采集效率。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一维光子晶体日盲紫外带通滤波器，其特征在于，其量子阱结构(PC1)T(PC2)N(PC3)N(PC4)N(PC5)M是由晶格常数依次增加的五种光子晶体PC1、PC2、PC3、PC4、PC5依次堆叠而成，所述光子晶体均由高折射率材料层和低折射率材料层周期性排列而成；每种光子晶体中，高折射率材料层的厚度相等，低折射率材料层的厚度相同；所述光子晶体PC1的周期T为6，光子晶体PC2、PC3、PC4的周期N为3~6，光子晶体PC5的周期M为6~10；所述晶格常数为高折射率材料层的厚度与低折射率材料层的厚度之和。所述光子晶体PC1、PC2、PC3、PC4、PC5中，高折射率材料层的厚度分别为40.1nm、48.3nm、56.4nm、66.8nm、77.1nm，低折射率材料层的厚度分别为57.4nm、68nm、78.7nm、92.5nm、106.2nm。量子阱结构中，光子晶体PC5的周期为10。量子阱结构中，光子晶体PC2、PC3、PC4的周期为6。所述光子晶体中，高折射率材料层的材料为H:Si3N4，低折射率材料层的材料为L:SiO2。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：本专利技术提出的一种一维光子晶体日盲紫外带通滤波器，采用晶格常数依次增加的光子晶体堆叠而成，结构简单，能够实现在240~280nm日盲紫外波段高效滤波，平均透射率达到72.2%，同时在300~700nm部分紫外和可见波段的深截止，平均透射率仅为3.4%，为紫外探测系统中对提高日盲信号的采集效率具有一定意义，此外，本专利技术的滤波器在小于30°的斜入射情况下，均能实现较好效果的滤波，因此可以广泛应用于远距离日盲信号检测中。附图说明图1为本专利技术提出的一种一维光子晶体日盲紫外带通滤波器的结构示意图；图2为本专利技术实施例中高折射率材料层和低折射率材料层所使用的材料的色散和吸收曲线图；图3为本专利技术实施例中，光子晶体PC1~PC5的禁带谱示意图；图4为光子晶体PC2~PC4的堆叠顺序打乱时的透射谱示意图；图5异质结构(PC1)6(PC2)5(PC3)5(PC4)5(PC5)M（M=6，8，10）的透射示意图；图6异质结构(PC1)6(PC2)N(PC3)N(PC4)N(PC5)10（N=3，4，5，6）的透射示意图；图7为TE、TM模式下，异质结构(PC1)6(PC2)6(PC3)6(PC4)6(PC5)10随角度变化透射谱示意图；图中：（a）θ=0°；(b)θ=15°；(c)θ=30°；(d)θ=45°。图8为TE、TM模式下，异质结构(PC1)6(PC2)6(PC3)6(PC4)6(PC5)10的入射角θ=0~45°的透射谱示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1如图1所示，本专利技术实施例1提供了一种一维光子晶体日盲紫外带通滤波器，其量子阱结构由晶格常数依次增大的五种光子晶体PC1、PC2、PC3、PC4、PC5依次堆叠而成，所述五种光子晶体均由高折射率材料层和低折射率材料层周期性排列而成；每种光子晶体中，高折射率材料层的厚度相等，低折射率材料层的厚度相同；所述光子晶体PC1的周期为6，所述光子晶体PC2、PC3、PC4的周期为5，所述光子晶体PC5的周期为6。基于频域叠加原理，量子阱结构的带通光子晶体滤波器可以表示为(PC1)T(PC2)N(PC3)N(PC4)N(PC5)M，它是由五种光子晶体PC1、PC2、PC3、PC4、PC5依次堆叠而成，每一个光子晶体均为相同厚度的高折射率材料与相同厚度的低折射率材料进行周期性排列。T、M、N分别表示对应的各个光子晶体中的高低折射率材料排列的周期数。本专利技术实施例中，各个光子晶体中高折射率材料层与低折射率材料层的厚度不一样，光子的晶格常数用a表示，其表达式为：ai=d(H)i+d(L)i，其中：i=1~5，表示光子晶体的编号，d(H)i和d(L)i分别表示第i个光子晶体中高折射率材料层与低折射率材料层的厚度。考虑到大多数材料在紫外波段吸收较高的问题，优选高折射率材料H为Si3N4，优选低折射率材料L为SiO2，两种介质材料的色散和吸收系数随波长的变化关系如图2所示。根据d=λ⁄4n，两种介质材料在每个光子晶体中的膜厚如表1所示。表1膜层厚度PC1PC2PC3PC4PC5d(Si3N4)/nm40.148.356.466.877.1d(SiO2)/nm5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一维光子晶体日盲紫外带通滤波器，其特征在于，其量子阱结构(PC1)T(PC2)N(PC3)N(PC4)N(PC5)M是由晶格常数依次增加的五种光子晶体PC1、PC2、PC3、PC4、PC5依次堆叠而成，所述光子晶体均由高折射率材料层和低折射率材料层周期性排列而成；每种光子晶体中，高折射率材料层的厚度相等，低折射率材料层的厚度相同；所述光子晶体PC1的周期T为6，光子晶体PC2、PC3、PC4的周期N为3~6，光子晶体PC5的周期M为6~10；所述晶格常数为高折射率材料层的厚度与低折射率材料层的厚度之和。

【技术特征摘要】
1.一维光子晶体日盲紫外带通滤波器，其特征在于，其量子阱结构(PC1)T(PC2)N(PC3)N(PC4)N(PC5)M是由晶格常数依次增加的五种光子晶体PC1、PC2、PC3、PC4、PC5依次堆叠而成，所述光子晶体均由高折射率材料层和低折射率材料层周期性排列而成；每种光子晶体中，高折射率材料层的厚度相等，低折射率材料层的厚度相同；所述光子晶体PC1的周期T为6，光子晶体PC2、PC3、PC4的周期N为3~6，光子晶体PC5的周期M为6~10；所述晶格常数为高折射率材料层的厚度与低折射率材料层的厚度之和。2.根据权利要求1所述的一维光子晶体日盲紫外带通滤波器，其特征在于，所述光子晶体PC1、PC2、...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨毅彪，白雅婷，赵晓丹，张明达，费宏明，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14