一種基于導模共振的濾波器及其制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種導模共振技術，特別涉及一種基于導模共振的濾波器及其制作方法。
【背景技術】
[0002]由于導模共振濾光片(Guided Mode ResonanceFilter)優良的光學特性，自從1992年Magnusson首次提出以來，就一直是國內外光學領域研究的熱點之一。隨著對導模共振的理論研究，一些關于導模共振濾光片的實驗結果也相繼出現，驗證了導模共振特性的正確性，但相對而言，對導模共振濾光片的制備的研究很少。隨著二元光學科學技術的不斷發展，亞波長微結構光柵受到了人們的不斷重視。出現了更多關于導模共振光學元件的理論和實驗方面的研究，新型導模共振光學元件的設計應用也不斷涌現。
[0003]導模共振濾光片是基于導模共振效應來設計的，所謂導模共振效應是指亞波長介質光柵在一定的結構參量和入射條件下出現的一種特殊衍射現象。在物理機制上可認為是外部傳播的衍射場與受調制波導的泄漏波之間的耦合，當由周期結構所產生的某一衍射波與波導所支持的某一泄漏模位相匹配時，會產生共振異常現象，通常表現為共振波長處有極高的衍射效率和極窄的帶寬。
[0004]導模共振濾光片的共振效應總是受它的結構參數的影響。一般而言，導模共振濾光片的結構參數的變化會引起共振波長、線寬以及旁帶等參數的變化。在導模共振濾光器中填充系數f的改變會導致共振帶寬的變化，如圖1所示雙層導模共振濾波器的填充系數分別為0.1,0.2,0.5,0.7,0.9時相應反射率的變化，其雙層導模共振濾波器的其他結構參數如下:n3= 1.52、η 空氣=1.0、nh= 1.7、]^= 1.0、η 2= 2.0、d != lOOnm、d 2= 70nm。在導模共振濾波器中光柵的刻槽深度的改變會影響到共振波長、旁帶反射率等，如圖2所示當雙層導模共振濾波器光柵槽深分別為50nm、100nm、150nm、120nm時，所對應的反射率，圖2所表示的雙層導模共振濾波器的其他結構參數如下:n3= 1.52、η空氣=1.0、nh= 1.7、n丨=1.0、n2= 2.0、d != 100nm、d2= 70nm、f = 0.5。現在一般的導模共振濾波器的制作是采用腐蝕或機械刻畫法。其中腐蝕法無非就是通過控制腐蝕的時間和速率從而達到控制填充系數f和刻槽深度的目的。盡管在制作過程中腐蝕的時間可以精確的控制但是腐蝕的速率往往得不到保障，這樣也就無法得到所需的填充系數f和刻槽深度。并且在一些特定的條件下腐蝕法的工藝和成本相對較高。機械刻畫法則是由于刻畫速度較慢，并且很難保持工作機器和工作環境的長時間穩定，因此也很難保證共振濾波器的填充系數的精確性等。這樣在傳統的導模共振濾波器的制作中，就很難得到使用者所需要的十分精確的共振帶寬、共振波長和旁帶反射率。
【發明內容】
[0005]本發明是針對傳統的導模共振濾波器的共振帶寬、共振波長和旁帶反射率的不精確的問題，提出了一種基于導模共振的濾波器及其制作方法，用曝光改變薄膜折射率的方法就能夠很好的控制導模共振濾波器的填充系數和刻槽深度。與傳統的導模共振濾波器功能相同，但是明顯提高其精確性和降低制作工藝。
[0006]本發明的技術方案為:一種基于導模共振的濾波器，由上部光柵層、薄膜層和下部石英基底兩層組成，薄膜層的折射率高于基底層和光柵層，光柵層為由光敏性材料曝光形成的周期性的結構。
[0007]所述基于導模共振的濾波器的制造方法，具體包括如下步驟:
[0008]1)、在厚度為d3，折射率為113的石英基底上鍍一層折射率為η 2，厚度為d2的薄膜層，再在薄膜層上制作一層厚度為山的薄膜，薄膜為折射率η 光敏性材料，此光敏性材料的折射率會根據光照而改變；
[0009]2)在同一紫外激光光源下經過相位掩模板對光敏性材料進行曝光，再通過控制曝光時間和光源強度，得到所需的填充系數f和刻槽深度，并且形成周期性的結構，為光柵層，且曝光后的光柵層折射率為nh，其中填充系數f為光柵刻槽寬度和光柵周期比值。
[0010]所述光柵層的平均折射率nav>max(n3、η空氣)，η空氣為空氣的折射率，并且nav =[fXnh2+(l-f) Xη/]1/2ο
[0011]所述nav、dn (12取滿足導模共振條件，d n d2滿足抗反射條件。
[0012]本發明的有益效果在于:本發明基于導模共振的濾波器及其制作方法，相比于傳統的制作方法，可以有效的避免刻槽過深或過淺的缺點，提高導模共振濾波器的精確性和降低其制作工藝。
【附圖說明】
[0013]圖1為雙層導模共振濾波器的填充系數對反射率的影響圖；
[0014]圖2為雙層導模共振濾波器光柵槽深對反射率的影響圖；
[0015]圖3為本發明雙層導模共振濾波器結構示意圖。
【具體實施方式】
[0016]如圖3所示雙層導模共振濾波器結構示意圖，在厚度為d3，折射率為n3的石英基底上鍍一層折射率為n2，厚度為d2的薄膜層，形成折射率高于基底層與光柵層的薄膜層；再在薄膜層上制作一層厚度為山的薄膜；薄膜為折射率為n i的光敏性材料，此光敏性材料的折射率會根據光照而改變；然后在同一紫外激光光源下或其他特定的激光光源下經過相位掩模板對光敏性材料進行曝光，結合光敏材料的特性，再通過控制曝光時間和光源強度，得到理想的填充系數f (光柵刻槽寬度和光柵周期比值)和刻槽深度，并且形成周期性的結構，且曝光后的折射率為nh，此為光柵層。光柵層的平均折射率nav>max(n3、η空氣)，η空氣為空氣的折射率，并nav= [fXnh2+(l-f)滿足相應的導模共振條件。當制作后的雙層導模共振濾波器光柵的光學厚度山和光柵底部薄膜的光學厚度d2需要滿足抗反射條件。
【主權項】
1.一種基于導模共振的濾波器，其特征在于，由上部光柵層、薄膜層和下部石英基底兩層組成，薄膜層的折射率高于基底層和光柵層，光柵層為由光敏性材料曝光形成的周期性的結構。2.根據權利要求1所述基于導模共振的濾波器的制造方法，其特征在于，具體包括如下步驟: 1)、在厚度為d3，折射率為113的石英基底上鍍一層折射率為η2，厚度為(12的薄膜層，再在薄膜層上制作一層厚度為山的薄膜，薄膜為折射率n 光敏性材料，此光敏性材料的折射率會根據光照而改變； 2)在同一紫外激光光源下經過相位掩模板對光敏性材料進行曝光，再通過控制曝光時間和光源強度，得到所需的填充系數f和刻槽深度，并且形成周期性的結構，為光柵層，且曝光后的光柵層折射率為nh，其中填充系數f為光柵刻槽寬度和光柵周期比值。3.根據權利要求2所述基于導模共振的濾波器的制造方法，其特征在于，所述光柵層的平均折射率nav>max(n3、η空氣)，η空氣為空氣的折射率，并且nav= [f Xn h2+(l-f) Xn!2]172。4.根據權利要求3所述基于導模共振的濾波器的制造方法，其特征在于，所述nav、山、(12取滿足導模共振條件，d p d2滿足抗反射條件。
【專利摘要】本發明涉及一種基于導模共振的濾波器及其制作方法，在厚度為d3，折射率為n3的石英基底上鍍一層折射率為n2，厚度為d2的薄膜層，形成折射率高于基底層與光柵層的薄膜層，再在薄膜層上制作一層厚度為d1的薄膜；薄膜為折射率n1的光敏性材料，此光敏性材料的折射率會根據光照而改變；在同一紫外激光光源下經過相位掩模板對光敏性材料進行曝光，再通過控制曝光時間和光源強度，得到所需的填充系數f和刻槽深度，并且形成周期性的結構，且曝光后的折射率為nh，其中填充系數f為光柵刻槽寬度和光柵周期比值。相比于傳統的制作方法，可以有效的避免刻槽過深或過淺的缺點，提高導模共振濾波器的精確性和降低其制作工藝。
【IPC分類】G02B5/20
【公開號】CN105372737
【申請號】CN201510867323
【發明人】謝繼龍, 賈宏志, 周偉, 沈新榮, 曹君杰, 鄭拓, 王遼, 彭焉廷, 陳明明, 姜士昕, 沈璐, 尤貝, 李子駿
【申請人】上海理工大學
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年12月1日