本发明专利技术公开了一维光子晶体全可见光波段单通道超窄带滤波器，是在由两种不同介电材料按照相同的周期交替排列而成的有限周期的一维光子晶体中加入缺陷层组成，其结构组成为[A/B]m[C][A/B]n，组成滤波器的介电材料A、B、C的介电常数分别是1.96、16.00、5.76。滤波器晶格常数a=126nm，A、B、C的厚度分别为d1=93nm、d2=33nm、d3=159nm，m和n代表缺陷两侧一维光子晶体的周期数，在3～4之间变化。本发明专利技术的滤波器采用较少的周期数即可实现超窄带滤波功能，导带波长范围514.9nm～515.1nm。禁带波长基本覆盖全可见光范围。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及ー种光子晶体滤波器，特别是涉及ー种ー维光子晶体单通道超窄带滤波器。
技术介绍
光子晶体是指具有光子带隙特性的人造周期性电介质结构，因其具备理想的光电功能和广阔的应用前景，目前已成为学术界的研究热点之一。光子禁带是光子晶体的主要特性之一，对于具有完全光子禁带的光子晶体而言，处于完全禁带频率范围内的光波都不能在光子晶体中进行传播；光子晶体的另ー特性是具有光子局域，光子局域是指在光子晶体中引入一定程度的缺陷或杂质，那么与缺陷态频率相吻合的光子就会被局域在缺陷位置，一旦离开这个缺陷位置以后光的強度就会迅速衰减。光子晶体滤波器正是采用了光子晶体的以上特性。高精度、大容量光通信技术的持续发展，以及光学精密測量要求的不断提高，对超窄带滤波器的研究与设计提出更高要求。光子晶体超窄带滤波器的设计是在光子晶体中引入各种类型的缺陷，使得在一个较宽的完全光子禁带区内出现ー个或几个非常窄的导带。由于光子晶体滤波器的阻带区对透过光的抑制很强，且光子晶体滤波器的带阻边沿极易做到很陡蛸，因此光子晶体滤波器的滤波性能要远比普通滤波器优越。可见，利用光子晶体制备高性能的超窄带滤波器具有十分重要的意义。郑慧茹等(超窄带和梳状多通道光子晶体滤波器设计，强激光与粒子束，2006年第18卷第11期)提出了采用ZnS/MgF2周期排列并引入GaAs作为缺陷设计的超窄带滤波器，该滤波器可在红外一定波长范围实现超窄带滤波。但即便改变晶格常数，也只能使该种结构实现一定可见光范围内的滤波，仍无法覆盖全可见光范围。周梅等(THz波段的F-P光子晶体滤波器，物理学报，2006年第55卷第7期)介绍了采用硅和空气组成的非周期结构实现超窄带滤波。但该结构主要用于微米波段超窄带滤波，并且该结构设计复杂，对制备过程要求严格。韩培德等(可见光波段Si02/CdSe —维光子晶体及缺陷模的研究，光子学报，2010年第39卷第I期)报道了采用Si02/CdSe周期排列并引入LiTaO3作为缺陷设计的可见光范围内的滤波器。但其存在滤波精度低以及不能覆盖全可见光范围的局限。ー种ー维硅/ ニ氧化硅光子晶体滤波器(CN 101431109A)提出对传统ー维硅/ ニ氧化硅光子晶体滤波器进行改进，以消除原有ー维硅/ ニ氧化硅光子晶体滤波器在I. 5Mm附近的高反射波峰。但其主要用途为提高锑化镓电池特征波长附近的透射率，并没有覆盖全可见光范围，且由于该光子晶体没有引入缺陷，所以无法实现大禁带内的超窄带滤波。一种高分辨率的光子晶体滤波器(CN 101162282A)提出通过在ニ维光子晶体上引入特定输入波导、输出波导以及点缺陷的方法，实现高滤波效率的双波长精细滤波。但该设计禁带稍窄，依旧无法覆盖全可见光范围，并且结构相对复杂
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种简单可行的ー维光子晶体全可见光波段单通道超窄带滤波器，该滤波器为带有缺陷层的ー维光子晶体滤波器，能够实现覆盖全可见光范围的单通道超窄带滤波。本专利技术的原理在于在光子晶体中，如果对其结构參数进行优化，可以发现在某些频率范围出现较大的完全光子禁带；当在光子晶体中引入特定的缺陷层，完全光子禁带中就会出现较高品质因子的缺陷态，从而形成缺陷模，光子晶体中的完全光子禁带和完全禁带中的缺陷模可以禁止或允许一定频率的光子通过，如果缺陷模的频率范围很小，则允许通过的光波频率很窄，利用这ー特性可以制备高分辨率的超窄带光子晶体滤波器。本专利技术的ー维光子晶体全可见光波段单通道超窄带滤波器是在由两种不同的介电材料按照相同的周期交替排列而成的有限周期的ー维光子晶体[Α/B]中加入缺陷层C组成的，其结构组成为[A/B]m[C] [A/B]n，其中m和η代表缺陷层C两侧ー维光子晶体的周期数，周期数m和η分别为3或4;组成ー维光子晶体[Α/B]的介电材料Α、Β的介电常数分别 为I. 96和16. 00，ー维光子晶体[Α/B]的晶格常数<3=4+4=126·!，其中A的厚度<=93·!，B的厚度i/2=33nm，缺陷层材料C的介电常数为5. 76，缺陷层厚度i/3=159nm。本专利技术的ー维光子晶体全可见光波段单通道超窄带滤波器的导带范围为514. 9nm 515. Inm0在m=3，n=4时，滤波器透射率为46%，禁带波长范围为395nm 762nm ；在m=n=4吋，滤波器透射率为83%，禁带波长范围为395nm 765nm ;在m=4，n=3吋，滤波器透射率为28%，禁带波长范围为395nm 761nm，以上三种情况的禁带波长完全覆盖全可见光范围。当m=n=3时，滤波器透射率为93%，禁带波长范围为396nm 754nm，基本覆盖全可见光范围。其中，本专利技术优选的用于构造ー维光子晶体的介电材料A和B分别是氟化锂和锗，缺陷层材料C则优选了硫化锌。但是，用于构建本专利技术滤波器的介电材料不局限于氟化锂、锗和硫化锌，凡是介电常数与其相等或接近的其他各类材料均可以用于构建本专利技术滤波器。本专利技术ー维光子晶体全可见光波段单通道超窄带滤波器的制备方法是，首先用镀膜或磁控溅射的方法，在光学基片上依次生长设计厚度的介电材料B和A，并按照同样的方法生长η个周期；然后再生长缺陷层材料C ;之后继续交替生长m个周期的介电材料B和A，从而完成ー维光子晶体全可见光波段单通道超窄带滤波器的制作。本专利技术的滤波器可以实现覆盖全可见光范围的滤波功能，并且超窄带滤波器具有极高的分辨率，同时该滤波器可以取得高透射率的滤波效果。另外，由于本专利技术的滤波器为只需数个周期的ー维光子晶体滤波器，所以还具备结构简单、设计方便、制作エ艺成熟等优点，因此在实际エ艺制备上更加容易实现，同时可以节约时间与成本。附图说明图I是本专利技术ー维光子晶体全可见光波段单通道超窄带滤波器的结构示意图。图中A、B、C为三种不同的介电材料，[A/BL表示A、B两种不同的介电材料依次排列m个周期，[C]表示ー维光子晶体中的一个缺陷层介电材料C，[A/B]n表示A、B两种不同的介电材料依次排列η个周期；其中Or1为介电材料A的厚度，d2为介电材料B的厚度，d.+d^a为光子晶体的晶格常数，d,为介电材料C的厚度，ζ方向为光子晶体的周期排列方向。图2为实施例I ー维光子晶体全可见光波段单通道超窄带滤波器的结构示意图。图3为实施例I ー维光子晶体全可见光波段单通道超窄带滤波器的能带特性图。图4为实施例I ー维光子晶体全可见光波段单通道超窄带滤波器的透射率特性图。图5为实施例2 —维光子晶体全可见光波段单通道超窄带滤波器的能带特性图。图6为实施例2 —维光子晶体全可见光波段单通道超窄带滤波器的透射率特性图。 图7为实施例3 —维光子晶体全可见光波段单通道超窄带滤波器的能带特性图。图8为实施例3 —维光子晶体全可见光波段单通道超窄带滤波器的透射率特性图。图9为实施例4 ー维光子晶体全可见光波段单通道超窄带滤波器的能带特性图。图10为实施例4 ー维光子晶体全可见光波段单通道超窄带滤波器的透射率特性图。具体实施例方式实施例I 本实施例选择常用的氟化锂(介电常数I. 96)、锗(介电常数16. 00)、硫化锌(介电常数5.76)三种介电材料，其中以硫化锌层为中间缺陷层，按照[LiF/Ge]3[ZnS] [LiF/Ge]3的结构，在缺陷层本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一维光子晶体全可见光波段单通道超窄带滤波器，其特征是在由两种不同的介电材料按照相同的周期交替排列而成的有限周期的一维光子晶体[A/B]中加入缺陷层C组成，其结构组成为[A/B]m[C] [A/B]n，其中，m和n代表缺陷层两侧一维光子晶体的周期数，周期数m和n分别为3或4 ;组成一维光子晶体[A/B]的介电材料A、B的介电常数分别为I. 96和16. 00，一维光子晶体[A/B]的晶格常数a为126nm，其中A的厚度4=931111...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨毅彪，张琳，韩昌盛，魏循，李祥霞，田东康，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：
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