本发明专利技术提供了一种能够独立调整三通道滤光片中三个通道相对位置的设计方法，采用了以Ｆａｂｒｙ－Ｐｅｒｏｔ结构为基础的三对称结构。与传统的窄带滤光片不同，它通过分别改变几个中间层的厚度来对三个通道的位置进行独立的调整，克服了通道位置调整所引起的位置相干现象。本发明专利技术介绍了滤光片的设计和具体的结构及调整方法，以及所计算出的三通道带通滤光片的光谱特性等。本发明专利技术的滤光片可应用于光学探测仪器、空间技术等领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术为一种光学滤光片器件，具体涉及一种通道位置可调整的三通道滤光片及其调整方法。在光学仪器、天文、遥感等方面有应用前景。
技术介绍
传统的多通道带通滤光片一般有以下两种1、基于Fabry-Perot标准具的多通道带通滤光片最典型的多通道带通滤光片为Fabry---Perot标准具结构。该滤光片为一对称结构，两端为反射层，中间为间隔层，经过反射层的多次反射，通过恰当选取间隔层的物理厚度，该结构可以得到具有多通道透过特性的带通滤光片，但由于所有通道的位置都与这一个间隔层的厚度有关系，这些通道的位置变化是相干的。因此，无法用此结构设计出通道相对位置可调整的滤光片。2、Rugate类型的多通道带通滤光片从设计的角度来讲，也许有着连续折射率结构的Rugate类型的多通道带通滤光片是最吸引人的，因为Rugate滤光片具有完美的数学变换形式。但是由于该类型的多通道带通滤光片所采用的介质要求为折射率渐变材料，因此尽管在理论上能够进行设计，但在镀制技术上，要比多层介质多通道带通滤光片困难得多。1987年S.John和E.Yablonovitch等人分别提出了光子晶体的概念。由于一维光子晶体在结构上类似于光学多层介质膜，因此从光子晶体的角度出发，通过对一维光子晶体光谱的形成机理，一维光子晶体中的电磁模密度和光子态密度的分析与研究，形成了许多新的技术。在一维光子晶体中插入缺陷层后引起晶体中光子态密度的变化，改变了一维光子晶体的禁带特性，并可以在光子禁带中形成通道。在此基础上，王利等人对一维光子晶体的异质结结构进行了研究。将两种不同介电常数的材料组成具有不同晶格常数的一维光子晶体，通过缺陷层的偶合组成具有掺杂的异质结结构，并利用异质结结构的带隙特点得到宽的截止带。由于杂质对异质结结构能带的调制，所以通过掺杂可在宽的截止带中得到两个窄的通带。它克服了传统窄带滤光片不能在一个宽截止带得到窄带滤光的缺点。并且通过调整缺陷层的位置以及大小，在宽禁带的背景上得到更多的透过通道。采用光子晶体概念设计窄带滤光片的一个优点是可以预先设计工作波段。原因是光子晶体具有“标度不变性”，如果只改变晶格常数，而维持其他各项参数不变，则光子晶体的能带结构的总体形状不发生改变，只是透过峰的峰位和截止带的位置发生相应移动。基于Fabry-Perot标准具的多通道带通滤光片以及上述的一维光子晶体的异质结结构难以独立调整各通道的相对位置，从而限制了双通道及多通道滤光片的应用范围。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种既具有三通道，又能够独立调整各个通道位置的多通道窄带滤光片及其调整方法。本专利技术提出的通道相对位置可调整的三通道滤光片，是以Fabry---Perot标准具结构为基础的一种全新的设计方法，它在Fabry---Perot标准具结构的基础上利用三对称结构来实现的。Fabry---Perot标准具结构中，如果间隔层两侧媒质的导纳相同，则透射率T为T=T1T2(1-R1R2)211+4R1R2(1-R1R2)sin212(φ1+φ2-2δ)---(1)]]>其中T1、T2、R1、R2分别为选定膜层两侧的透射率和反射率，φ1、φ2分别为两反射膜层的反射相移。由式(1)可知，若两反射膜层的T1、T2、R1、R2和反射相移φ1、φ2不变，这时能改变的量是选定膜层的有效位相厚度δ(δ=2πλnd).]]>当φ1+φ2-2δ＝2kπ(k＝±1，2，3) (2)时，整个膜系的透射率T达最大值由Fabry---Perot标准具结构可以看出，在此对称结构中，间隔层的插入引起了光子晶体中光子态密度和电磁波模的变化，其两侧反射层的多次反射而形成通道。一个对称结构就可以形成一个独立的通道系列，通道的数目和位置随间隔层的厚度变化而变化。要实现三通道位置的独立调整，可以用三对称结构来实现。这是一种完全不同于传统的多通道带通滤光片的设计方法。基于这种设计，采用了将两种不同介电常数的材料组成具有双对称结构的滤光片。如图1所示，其中H、L，分别为高低折射率材料的1/4波长光学厚度，H＝nHdH＝L＝nLdL＝λ/4，nL＝1.44、nH＝2.3分别为两种材料的折射率；dH、dL分别为与1/4波长光学厚度对应的两种材料的物理厚度。首先由高低折射率材料构成两个Fabry---Perot滤光片对称结构，然后由这两个结构又组成一个新的对称结构，这一结构称为双对称结构。三对称结构就是在双对称的基础上，用耦合层将两个相同的双对称结构耦合在一起，两个双对称结构关于耦合层对称，形成新的对称结构，称之为三对称结构。调整三对称结构中七个中间层的厚度，可以改变滤光片透射谱中通道的相对位置。其中两个Fabry---Perot对称结构的中间层的厚度均为cH，称之为中间层c，两个Fabry---Perot结构之间的中间层的厚度为dL，称之为中间层d，两个双对称结构的耦合层厚度为eL，称之为e层。分别调整c、d和e层的厚度就可以独立地调整三个通道的位置。该膜系可通过加入匹配膜层来进行优化。本专利技术中，两种不同介电常数的薄膜的硬膜材料可选用SiO2和TiO2等材料的组合，软膜材料可选用MgF2和ZnS等材料的组合。本专利技术是一种采用全介质结构的三通道窄带滤光器件。它采用以Fabry---Perot结构为基础的三对称结构，通过分别调整中间层c、d和e的厚度，可分别使三个通道的位置独立连续地变化。以下均以三通道一维光子晶体为例进行说明。本专利技术的特点就是两个通道的位置分别由两个参数c、d和e三个参数来控制，可以独立变化，可以在截止带内任意地调整三个通道的位置。附图说明图1为已有Fabry-Perot结构的通道位置与缺陷层厚度的关系。图2a为本专利技术的双对称结构示意图。图2b为本专利技术的三对称结构示意图。图3为本专利技术的三对称结构中c＝1.7H、d＝0.2L固定而e发生变化时候的三通道带通滤光片的通道变化。图4为本专利技术的三对称结构中c＝1.7H、e＝3.3L固定而d发生变化时候的三通道带通滤光片的通道变化。图5为本专利技术的三对称结构中d＝0.4H、e＝3.3L固定而c发生变化时候的三通道带通滤光片的通道变化。图6为本专利技术的三对称结构中当c、d和e交替变化的时候，通道的位置发生的交替变化。具体实施例方式以下结合附图对本专利技术的三对称结构的三通道滤光片位置设计及调整的具体方法进行说明。由图1中看出，随着中间层c厚度的增加，两个通道的位置均向长波方向移动，通道之间的相对间隔始终相同，无法改变。图2为本专利技术以Fabry-Perot结构为基础的双对称结构示意图。图3中，随着e由3.1L增加到3.6L，右侧的通道由701.19nm移动到720.35nm，然而左侧的两个通道在原先的位置保持基本不动。图4中，随着d由0.2H增加到0.7H，中间的通道由635.09nm移动到696.53nm，然而两侧的两个通道在原先的位置保持基本不动。图5中，随着c由1.7H增加到2.2H，左侧的通道由566.50nm移动到622.32nm，然而右侧的两个通道在原先的位置保持基本不动。图6中，由c＝1.7H、d＝0.4本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种通道相对位置可独立调整的三通道滤光片，其特征在于：薄膜的硬膜系材料为ＴｉＯ↓［２］和ＳｉＯ↓［２］组合，组成膜系的结构为以Ｆａｂｒｙ－Ｐｅｒｏｔ结构为基础的三对称结构，结构为：（ＨＬ）↑［ｎ］ｃＨ（ＬＨ）↑［ｎ］ｄＬ（ＨＬ）↑［ ｎ］ｃＨ（ＬＨ）↑［ｎ］ｅＬ（ＨＬ）↑［ｎ］ｃＨ（ＬＨ）↑［ｎ］ｄＬ（ＨＬ）↑［ｎ］ｃＨ（ＬＨ）↑［ｎ］。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：田国勋，吴永刚，王占山，林小燕，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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