一种阵列式微谐振腔可调集成光学滤波器，涉及一种光学滤波器。提供一种基于目前平面微纳加工工艺可实现的阵列式微谐振腔可调集成光学滤波器。设有衬底，衬底上设下层金属薄膜，在下层金属薄膜上设介质层，在介质层中间镶嵌金属光栅层，在介质层上设上层金属薄膜。金属光栅层设若干阵列单元，在不同的阵列单元内金属光栅的周期不同。因在衬底上的两层金属薄膜之间夹一层镶嵌有金属光栅的介质层，在芯片平面的不同集成单元内金属光栅具有不同的周期，从而调节了不同单元内的等效折射率。当光波通过这种阵列式微谐振腔可调集成光学滤波器时，不同的阵列单元具有不同的谐振波长，于是在谐振波长附近的一定波谱宽度内形成一个透射通带，起到滤波作用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种光学滤波器，尤其是涉及一种基于金属微纳结构的谐振腔，用于集成微 光学系统的阵列式微谐振腔可调集成光学滤波器。技术背景随着科技发展和人们生产、生活对光电产品高性能、智能化和便携化的需求，相关器件 的微型化、集成化便成为研究开发的一个重要课题。其中光学滤波器是光电系统中的一个重 要组成部分。尤其是制备在芯片上的可调变集成光学滤波器，对于彩色显示(参见文献1、B. Y. Jung, N. Y. Kim， C. Lee, C. K. Hwangbo， and C. Seoul, Appl. Opt. 41， 3312 (2002); 2、 S. Han, C. Huang, and Z. H. Lu, J. AppL Phys. 97, 093102 (2005); 3、 H. Zhang, J. Shi， W. Wang, S. Guo， M. Liu, H. You, and D. Ma, J. Lumin., 122-133， 652 (2007))、芯片级光谱分析(参见文献 4、 Z. Y. Wen， G. Chen, and J. G. Wang, Spectrosc. Spect. Anal. 26， 1955 (2006))和生物化学传 感(参见文献5、 G. Lu， B. Cheng, H. Shen， Y. Zhou, et al., Appl. Phys. Lett. 89， 223904 (2006)) 等都有重要的意义。基于Fabry-Perot谐振效应的滤波器是其中最常用、效果也最好的一种光 学滤波器。但是要在芯片上集成对应于不同谐振波长的Fabry-Perot谐振腔阵列，就需要使不 同单元内谐振腔的长度或(和)腔内介质的折射率不同。这对于目前常用的平面工艺来说， 是较难在制造上实现的。自从发现了具有周期性纳米孔阵列的金属薄膜所具有的"异常"透 射现象(参见文献6、 T. W. Ebbesen， J. J. Lezec， H. F. Ghaemi， T. Thio, and P. A. Wolff, Nature 391,667(1998))以来，许多研究开发人员提出了基于此类金属薄膜中周期性纳米孔(或缝) 的多种结构，通过改变芯片平面内不同单元内纳米孔(缝)的尺寸、形状和组合(参见文献: 7、 Z. Sun， Y. S. Jung, and H. K. Kim, Appl. Phys. Lett. 83, 3021 (2003); 8、 C. Genet, and T. W. Ebbesen, Nature 445, 39 (2007); 9、 C. Y. Chen, M. W. Tsai, T. H. Chuang， Y. T. Chang, and S. C. Lee, Appl. Phys. Lett. 91, 063108 (2007); 10、 A. Battula and S. C. Chen, Appl. Phys. Lett. 89， 131113 (2006); 11、 A. P. Hibbins, M. J. Lockyear， and J. R. Sambles, J. Appl. Phys. 99, 124903(2006) ; 12、 K. H. Su， Q. H. Wei, and X. Zhang, Appl. Phys. Lett. 88,063118 (2006); 13、 C. Cheng, J. Chen, Q. Y. Wu, F. F. Ren， J. Xu， Y. X. Fan, and H. T. Wang, Appl. Phys. Lett. 91， 111111(2007) )，它们展现了实现新一代集成可调光学滤波器的应用潜力。但是它们也存在一些局限，比如，跟具有同样厚度的Fabry-Perot滤波器(其中谐振腔两端部分透射和反射的金属膜 厚度为 20纳米厚)相比较，这种基于纳米孔(缝)阵列的光学滤波器具有较宽的通带宽度 (以半宽高来算，即FWHM)。同时，当加工这样的纳米孔(缝)已是相当困难、昂贵、而 且低效的工艺时，要使不同单元内孔(缝)阵列的结构尺寸有微小的变化，则需要加工精度 控制在深纳米量级，这是非常困难的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于目前平面微纳加工工艺可实现的阵列式微谐振腔可调集 成光学滤波器。本专利技术的技术方案是在两层极薄的金属薄膜之间加入一层金属光栅，在不同的器件单元 内金属光栅的周期不同，所通过光波的谐振波长也不同，从而实现在谐振波长附近一定波长 范围的通带。本专利技术设有衬底，在衬底上设有一层金属薄膜(称下层金属薄膜)，在下层金属薄膜上设 有介质层，在介质层中间镶嵌着金属光栅层，在介质层上又设有一层金属薄膜(称上层金属 薄膜)。金属光栅层设有若干阵列单元，在不同的阵列单元内金属光栅的周期不同。衬底可为透明介质衬底或半导体衬底，其中的半导体衬底可为已经制作了光电子器件的 半导体芯片。下层金属薄膜、金属光栅和上层金属薄膜的金属材料可选用良导体，如金、银、铜和铝 等，选用的金属材料一方面满足尽可能小的对光的吸收率，另一方面满足金属的体等离子体 频率(body plasmon frequency)须大于所适用的光波频率。上层金属薄膜和下层金属薄膜的 厚度应很小，厚度可为5 100nm。上层金属薄膜和下层金属薄膜之间的间距可为20 1000 nm。金属光栅层的厚度可为5 1000nm，金属光栅层的金属光栅的周期可为10 10000nm， 金属光栅内开口部分的宽度可为5 10000nm。设于上层金属薄膜与下层金属薄膜之间的介质层(也是围绕金属光栅的介质)可采用介 质材料，如二氧化硅、氮化硅、氧化铝等。介质层的厚度可为20 1000nm。金属光栅层中的金属光栅可为一维金属光栅或二维金属光栅。本专利技术也可以是在微光学系统中悬空，即在作用区域将衬底刻蚀刻蚀或结构转移而去掉。 本专利技术与传统的Fabry-Perot谐振腔滤波器相比较，本专利技术不是通过谐振腔的长度(即介 质层厚度)或谐振腔的介质材料的折射率变化来调变透射光的谐振波长，而是通过改变谐振 腔介质内所镶嵌的金属光栅的结构(主要是周期)来调变透射光的谐振波长。本专利技术在工艺 上也较与现行的平面微纳加工工艺兼容，且滤波器的通带宽度(以半高宽评价)和在谐振波长处的透射率都非常相近。本专利技术与文献(6 13)中所述的纳米孔(缝)滤波器相比较，在 工艺难度上大大减小，透射光通带宽度更窄，且谐振波长处的透射率更大，具有多方面的优 势。附图说明图i为本专利技术实施例1 (采用一维金属光栅)沿垂直于金属光栅条的横截面内的结构示 意图。图2为图1的逐层分解示意图。图3为本专利技术实施例2 (采用二维金属光栅)沿垂直于金属光栅条的横截面内的结构示 意图。图4为图3的逐层分解示意图。图5为本专利技术实施例3 (采用网状二维金属光栅)沿垂直于金属光栅条的横截面内的结 构示意图。图6为图5的逐层分解示意图。图7为本专利技术实施例4的结构示意图。在图7中，是将实施例l、 2或3的不同周期的结 构单元集成到一个芯片上，形成阵列型滤波器件，每个单元对应不同的透射谐振波长；单元1:波长入i，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种阵列式微谐振腔可调集成光学滤波器，其特征在于设有衬底，在衬底上设有下层金属薄膜，在下层金属薄膜上设有介质层，在介质层中间镶嵌着金属光栅层，在介质层上又设有上层金属薄膜，金属光栅层设有若干阵列单元，在不同的阵列单元内金属光栅的周期不同。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孙志军，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：92[中国|厦门]
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