一种基于相变材料的多通道中红外光学滤波器制造技术

本发明专利技术提供了一种基于相变材料的多通道中红外光学滤波器，包括光子晶体层和光栅层，在基底上至少设有2层所述光子晶体层，相邻所述光子晶体层之间设有光栅层；所述光子晶体层沿光路方向由交替分布的Ge层和ZnS层构成；所述光栅层沿垂直于光路方向由若干相变材料层间隔周期分布，相邻所述相变材料层之间设有空隙；通过使相变材料层从无定型态转变为晶态，用于调控光谱透射特性。本发明专利技术能够在中红外波段范围内产生多通道的超窄谱带完美透射峰，形成多通道中红外光学滤波器。成多通道中红外光学滤波器。成多通道中红外光学滤波器。

A multi-channel mid infrared optical filter based on phase change materials

【技术实现步骤摘要】
一种基于相变材料的多通道中红外光学滤波器


[0001]本专利技术涉及中红外光学滤波器领域，具体涉及一种基于相变材料的多通道中红外光学滤波器。

技术介绍

[0002]实现高效且超窄谱带的光学滤波器在基础研究和光学器件应用中是必不可少的，光学滤波器在NDIR气体传感器、光谱仪、数码相机、可视电话等领域有着广泛应用，研究人员在利用法布里
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珀罗共振、电偶极子共振或磁偶极子共振、连续与束缚态等模式实现中红外光学滤波器领域做了大量的工作。以往的光学滤波微纳结构大多需要复杂的亚波长尺度结构设计或引入二维材料，这将不可避免地带来加工难度，大大增加制造成本。此外，与单通道光学滤波器相比，多通道光学滤波器因可实现多波段窄带透射而得到广泛关注，且多通道光学滤波器在光谱选择性传感器和光学检测等设备中具有巨大的应用前景，因此实现多通道光学滤波器极有必要。
[0003]此外，为了实现光学滤波器的主动可调谐性，改变滤波微纳结构的结构参数和改变电磁波的入射角度是以往最常用的方法。但是在实际应用中重新制造新结构具有成本高、耗时长的缺陷。因此，需要解决结构设计极限所带来的问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种基于相变材料的多通道中红外光学滤波器，利用相变材料Ge2Sb2Te5经过热、电、激光等外界刺激发生从无定型态向晶态相变而导致其光学特性变化的特点，通过对滤波微纳结构优化设计，能够在中红外(2
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5μm)波段范围内产生多通道的超窄谱带完美透射峰，形成多通道中红外光学滤波器，因而尤其适用于电磁波应用场合。
[0005]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0006]一种基于相变材料的多通道中红外光学滤波器，包括光子晶体层和光栅层，在基底上至少设有2层所述光子晶体层，相邻所述光子晶体层之间设有光栅层；所述光子晶体层沿光路方向由交替分布的Ge层和ZnS层构成；所述光栅层沿垂直于光路方向由若干相变材料层间隔周期分布，相邻所述相变材料层之间设有空隙；通过使相变材料层从无定型态转变为晶态，用于调控光谱透射特性。
[0007]进一步，位于光栅层一侧的是光子晶体层中的Ge层或ZnS层。
[0008]进一步，所述光子晶体层中Ge层的厚度为140nm～260nm，ZnS层的厚度为260nm～460nm。
[0009]进一步，当所述光子晶体层大于等于3层时，两层所述光栅层之间的光子晶体层中包含的Ge层和ZnS层的总层数小于等于其他光子晶体层中包含的Ge层和ZnS层的总层数。
[0010]进一步，所述相变材料层的材料为Ge2Sb2Te5。
[0011]进一步，相邻所述相变材料层之间的间隔周期为400nm～800nm。
[0012]进一步，所述相变材料层的脊背宽度与间隔周期比值为0.25～0.5。
[0013]进一步，所述相变材料层的脊背高度为300nm～600nm。
[0014]进一步，所述基底材料为SiO2。
[0015]进一步，电磁波垂直与光子晶体层入射，电磁波在光子晶体层和光栅层中形成多次反射和透射，用于在中红外波段范围内产生多通道的超窄谱带透射峰；通过相变材料层从无定型态转变为晶态，使多通道内的光谱透射率改变，用于实现光谱透射率的主动调谐。
[0016]本专利技术的有益效果在于：
[0017]1.本专利技术所述的基于相变材料的多通道中红外光学滤波器，相邻所述光子晶体层之间设有光栅层，所述光栅层沿垂直于光路方向由若干相变材料层间隔分布，相邻所述相变材料层之间设有空隙，由于空隙的存在会激发导模共振模式，同时光栅层会激发缺陷模式，电磁波在滤波器中会发生多次反射和透射，有效提高滤波器在中红外波段的光谱选择性，实现了多通道超窄谱带完美透射，具有制造成本低、效率高的优势。
[0018]2.本专利技术所述的基于相变材料的多通道中红外光学滤波器，为保证基于相变材料的多通道光学滤波器在中红外波段具有优异的光谱透射性能，对光学滤波器中各参数的影响进行研究，相应优化了一维光子晶体中高折射率材料和低折射率材料的厚度，一维光栅的周期、脊背宽度和高度，通过上述参数的相互作用，能够在中红外波段实现多通道的超窄谱带完美透射。
[0019]3.本专利技术所述的基于相变材料的多通道中红外光学滤波器，通过添加相变材料Ge2Sb2Te5，并改变相变材料Ge2Sb2Te5的相态可实现主动的中红外光学滤波调谐。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，显而易见地还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为本专利技术所述的基于相变材料的多通道中红外光学滤波器结构示意图。
[0022]图2为本专利技术实施例1的相变材料层Ge2Sb2Te5处于无定型态的多通道中红外光学滤波器在法向入射时的光谱透射率。
[0023]图3为本专利技术实施例1相变材料层Ge2Sb2Te5处于晶态的多通道中红外光学滤波器在法向入射时的光谱透射率。
[0024]图4为本专利技术实施例2的相变材料层Ge2Sb2Te5处于无定型态的多通道中红外光学滤波器在法向入射时的光谱透射率。
[0025]图5为本专利技术实施例2相变材料层Ge2Sb2Te5处于晶态的多通道中红外光学滤波器在法向入射时的光谱透射率。
[0026]图中：
[0027]1‑
上层一维光子晶体；2
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上层一维光栅；3
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中层一维光子晶体；4
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下层一维光栅；5
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下层一维光子晶体；6
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基底；7
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Ge层；8
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ZnS层；9
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相变材料层。
具体实施方式
[0028]下面结合附图以及具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。
[0029]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0030]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于相变材料的多通道中红外光学滤波器，其特征在于，包括光子晶体层和光栅层，在基底(6)上至少设有2层所述光子晶体层，相邻所述光子晶体层之间设有光栅层；所述光子晶体层沿光路方向由交替分布的Ge层(7)和ZnS层(8)构成；所述光栅层沿垂直于光路方向由若干相变材料层(9)间隔周期分布，相邻所述相变材料层(9)之间设有空隙；通过使相变材料层(9)从无定型态转变为晶态，用于调控光谱透射特性。2.根据权利要求1所述的基于相变材料的多通道中红外光学滤波器，其特征在于，位于光栅层一侧的是光子晶体层中的Ge层(7)或ZnS层(8)。3.根据权利要求1所述的基于相变材料的多通道中红外光学滤波器，其特征在于，所述光子晶体层中Ge层(7)的厚度为140nm～260nm，ZnS层(8)的厚度为260nm～460nm。4.根据权利要求1所述的基于相变材料的多通道中红外光学滤波器，其特征在于，当所述光子晶体层大于等于3层时，两层所述光栅层之间的光子晶体层中包含的Ge层(7)和ZnS层(8)的总层数小于等于其他光子晶体层中包含的Ge层(7)和ZnS层(8)的总层数。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：周昆，仲晓星，秦波涛，孙希贤，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：