一种可角度调谐非偏振窄带光学带通滤波器制造技术

本发明专利技术属于导波光学技术领域，具体为一种可角度调谐非偏振窄带光学带通滤波器。本发明专利技术光学滤波器,可同时通过横电波和横磁波两种偏振波，其横电波和横磁波的通带中心波长随入射角度单调连续变化,且调谐过程中两个中心波长保持重合；两种波的通带半高全宽度具有偏振无关的窄带的光学带通滤波作用；具体包括:一个柱体与平面光波导的复合透明体；柱体沿纵轴成一定角度切开,在一个切面上根据透射波带制备平面光波导；平面光波导由不同折射率及厚度的薄膜构成，两个切割体沿切面帖合、密封构成复合体；复合体两端面镀制宽带增透膜。本带通滤波器在调谐范围内透过率超过99%,在光通讯、激光技术、精密光谱技术等方面有重要应用价值。精密光谱技术等方面有重要应用价值。精密光谱技术等方面有重要应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种可角度调谐非偏振窄带光学带通滤波器


[0001]本专利技术属于导波光学
，具体涉及一种可角度调谐非偏振窄带光学带通滤波器。

技术介绍

[0002]不同带宽的光学滤波器在光通讯,光谱技术方面是必不可少的光学器件。可产生光学滤波的技术已有很多,如光学薄膜,干涉滤光片，以及基于波导光栅结构的导模共振滤波器等。这些光学滤波技术主要都是基于偏振光的传输进行设计的,因此是偏振依赖的，即滤波器的横电波(TE)和横磁波(TM)具有不同的光谱通带。所谓横电波(简称TE波)是光波的偏振方向垂直于平面波导的法线和光波的波矢方向构成的平面的光波，横磁波(简称TM波)是光波的偏振方向平行于平面波导的法线和光波的波矢方向构成的平面的光波。
[0003]本专利技术所涉及的光学带通滤波器，可对两个偏振波同时形成窄带的带通滤波作用。其横电波和横磁波的通带中心波长随入射角度在一定的范围内单调连续变化,且调谐过程中两个中心波长保持重合,两种波的通带半高全宽度都在10纳米nm左右，从而形成具有偏振无关的窄带的光学带通滤波作用。
[0004]众所周知，基于波导光栅的窄带光学带通滤波器，其光栅的周期一般是亚波长的，在器件制备中会增加很多技术上的复杂性和困难，如制备精度。因此制备的成本会比非光栅的均匀结构来得高，制备过程也会更复杂，从而影响器件的性能和成品率。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种制备简单、性能优异、使用方便的具有可调谐非偏振窄带光学带通滤波器。
[0006]本专利技术设计的具有可角度调谐的非偏振窄带光学带通滤波器，是基于棱镜耦合导模共振的光学带通滤波原理,其横电波和横磁波的通带中心波长随入射角度在一定的范围内(例如为61
‑
63度)单调连单续变化,且调谐过程中两个中心波长保持重合,两种波的通带半高全宽度都在10nm左右(例如为5nm到12nm，优选为8
‑
11nm)，从而具有偏振无关的窄带的光学带通滤波作用。其结构如图1所示。具体包括：一束准直入射光束，一个由柱体经切割形成的两个切割体与平面光波导组成的复合透明体，以下简称复合体；其中：两个切割体是由柱体沿纵轴成角度A切开而得到的对称的两个部分，在该两个切割体相对的切面之间为平面光波导，该平面光波导由耦合层
‑
导波层
‑
耦合层构成；导波层由不同折射率及厚度的薄膜构成。
[0007]制备时，可先把柱体沿纵轴成角度A切开得到对称的两个切割体，在一个切割体切面(斜面)上根据透射波带,制备平面光波导；平面光波导由不同折射率及厚度的薄膜构成；再将两个切割体沿切面帖合，固定，并密封,即构成复合体；复合体两端面镀制宽带增透膜。使用时光束沿复合体纵轴透射。角度A满足：A＝90
°‑
θ,θ要求大于切割体与波导耦合层的临界角θc:θc＝asin(n4/n3)。其中，n4和n3分别为切割体与波导耦合层的折射率。
[0008]本专利技术中，所述准直入射光束为准直光束。
[0009]本专利技术中，所述的两端面的增透膜层为根据设计的中心波长所镀制的宽带增透膜层。
[0010]本专利技术中，所述的柱体(如圆柱或方柱体)切割体的材料折射率高于平面光波导的耦合层的折射率。
[0011]本专利技术中，所述的平面光波导,由耦合层
‑
导波层
‑
耦合层的基本结构构成；导波层由不同折射率及厚度的薄膜构成。
[0012]本专利技术中，所述柱体为圆柱体或方柱体，两个切割体的切面为斜面，当柱体为圆柱体时，其切面为椭圆，当柱体为方柱体时，其切面为矩形。
[0013]本专利技术中，所述两个低折射率耦合层和导波层，其两者折射率高、低是相比较而言的。
[0014]本专利技术提出的光学带通滤波器，是基于棱镜耦合的导模共振滤光技术的,与光栅结构的导模共振技术相比，本专利技术的器件结构中不含有光栅，因此无需制备亚波长的光栅结构的复杂工艺，从而大大简化器件的制备过程和费用,有利于提高器件的质量。
[0015]本专利技术提出的光学带通滤波器，是偏振无关的，即入射光的偏振态不影响滤波器的传输效率，或者说本专利技术的光学带通滤波器对入射光的偏振态无限制。光的总体透射率可达到99％以上。使用中只要微调光的入射角就可以调谐滤波通带的中心波长，因此具有广泛的适用性。
[0016]本专利技术优点：
[0017]1、可以实现透过滤波器的横电波和横磁波的通带中心重合，实现偏振无关的全通性；
[0018]2、其峰值透过率可达99％以上。滤波器的半高全宽在10纳米量级；
[0019]3、本专利技术的结构是一种基于棱镜耦合的平面光波导传导结构,相对于光栅耦合的结构,其最大优点是不用光栅,因此无需制备亚波长光栅的复杂过程,仅以一定的镀膜工艺加装配即可完成；
[0020]4、本专利技术的另一个优点是,通过调节准直光的入射角，可以使两个通带同时在一定的波长范围内调谐，这为该滤波器的使用增加了很大的灵活性和适用性。
附图说明
[0021]图1为本专利技术具有可调谐非偏振窄带光学带通滤波器的结构示意图。
[0022]图2为图1所示滤波器结构中的横电波和横磁波的透射通带。
[0023]图3为图1所示滤波器结构中的横电波和横磁波的通带透过率的平均值。
[0024]图4为图1所示滤波器结构中的横电波和横磁波的通带透过率平均值的峰值随入射角的变化情况。
[0025]图5为图1所示滤波器结构中的横电波和横磁波的通带透过率平均值的峰值所对应的波长值随入射角的变化情况。
[0026]图6为图1所示滤波器结构中的横电波,横磁波透过率通带,以及两通带平均值的带宽(半高全宽)随入射角的变化情况。
[0027]图中标号：1为准直入射光束，2和8为端面增透膜层，3和7为圆柱或方柱体切割体，
4和6为低折射率耦合层，5导波层。
具体实施方式
[0028]根据前述说明,构建一个具有可角度调谐非偏振窄带光学带通滤波器，结构如图1所示,选定一个工作波段,如:600
‑
700nm。柱体可以用两个底角(图1中的A角)为60度的等边三棱镜构成，棱镜材料为ZF6玻璃，折射率1.750。平面波导结构中的低射率耦合层4和6,取为熔石英,折射率1.462,厚度均控制在350nm。导波层5由5层薄膜构成，包含三种材料组成，即高折射Ti3O5层，折射率2.352，厚度为172.6nm；低折射率氧化铝(Al2O3)层,折射率1.660,厚度为130.1nm；间隔层，折射率为1.605,材料为硝特玻璃(N
‑
SK2)，厚度为400nm。
[0029]导波层结构根据材料折射率的大小分布依次为高
‑
低
‑
间隔
‑
低
‑
高，控制各膜层的厚度，如前所述。利用双棱镜耦合的波导理论,可以对上述结构的不同的偏振光波的光学透过率进行计算。计算方法可参考文献：Opt本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可角度调谐非偏振窄带光学带通滤波器, 是基于棱镜耦合导模共振的光学带通滤波原理，其特征在于，其横电波和横磁波的通带中心波长随入射角度在一定的范围内单调连续变化, 且调谐过程中两个中心波长保持重合, 两种波的通带半高全宽度都在5
‑
12 nm ，从而形成偏振无关的窄带光学带通滤波作用；具体包括：一束准直入射光束，一个由柱体经切割形成的两个切割体与平面光波导组成的复合透明体，以下简称复合体；其中：两个切割体是由柱体沿纵轴成角度Ａ切开而得到的对称的两个部分，在一个切面上根据透射波带制备平面光波导；该平面光波导由耦合层
‑
导波层
‑
耦合层构成；导波层由不同折射率及厚度的薄膜构成；两个切割体沿切面帖合、密封；平面光波导和两个柱体构成一个复合体，仍为一柱体；复合体的两端面制有宽带增透膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建华，蒋平，陶李，
申请(专利权)人：复旦大学义乌研究院，
类型：发明
国别省市：