一種基于棱鏡耦合導模共振的窄帶光學濾波器的制造方法
【專利摘要】本發明屬于導波光學技術領域，具體為一種基于棱鏡耦合導模共振的窄帶光學濾波器。本發明包括:一個圓柱或方柱體與平面光波導的復合透明體(以下簡稱復合體)，其中將圓柱或方柱體沿縱軸成一定角度切開，在一個切面上根據透射中心波長，制備平面光波導，平面光波導由不同層數和厚度的薄膜構成；再將兩個切割體沿切面帖合，固定，并密封，構成復合體；復合體兩端面鍍制寬帶增透膜。使用時光束沿復合體縱軸透射，中心透射波長透過率可達100%，帶寬可設計達到nm量級。本發明的濾波器在光通訊，光譜技術等方面有重要應用。本發明基于棱鏡耦合的導模共振原理，不需要制備光柵結構，因此具有制備方便，使用簡便，帶寬窄的優點。
【專利說明】
-種基于棱鏡輔合導模共振的窄帶光學濾波器
技術領域
[0001] 本發明屬于導波光學技術領域，具體設及一種基于棱鏡禪合導模共振的窄帶光學 濾波器。
【背景技術】
[0002] 窄帶光學濾波器在光通訊，光譜技術方面是必不可少的光學器件。可產生窄帶光 學濾波的技術已有很多，如光學薄膜，干設濾光片，W及基于光柵結構的導模共振濾波器 等。但是，運些器件大多結構比較復雜，制備過程復雜。
[0003] 本發明提出窄帶光學濾波器是基于棱鏡禪合的導模共振濾光技術的，與光柵結構 的導模共振技術相對應，但是本發明的器件結構中不含有光柵，因此可W在省去制備亞波 長的光柵結構的復雜過程，從而可W大大簡化工藝，提高器件的質量。并且由于設計時已確 定入射光的方向為正入射，因此無需進行角度調整，使用方便。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于提供一種基于棱鏡禪合的導模共振窄帶光學濾波器。
[0005] 平面光波導的基本結構為由不同折射率的材料構成的"低-高-低層結構，棱 鏡禪合是由高折射率材料的棱鏡平面與平面光波導帖合，構成"高-低-高-低"的橫向折射 率分布結構。在適當的禪合距離的條件下，波導中的導模模式可W被由棱鏡禪合的光束所 激發，在平面光波導中形成導模。如果運時將另一塊高折射率棱鏡底邊帖合于平面光波導 的另一面，構成"高-低-高-低-高"的折射率分布，則第二塊棱鏡可W將波導內傳導的導模 光禪合出來，形成傳導模。運便是棱鏡對平面光波導的禪合:輸入禪合和輸出禪合。通過運 樣的兩步禪合，特定波長的光波可W從平面光波導一側的棱鏡傳導到另一側。根據平面光 波導的材料和厚度的調節，可W使傳導的光的帶寬受到有效控制。
[0006] 基于上述平面光波導的棱鏡禪合原理，本發明設計了一種基于棱鏡禪合導模共振 的窄帶光學濾波器，其通帶中屯、波長透過率可達100%，通帶帶寬達皿量級，其結構如圖1所 示。具體包括:一準直入射光束，一個由柱體(如圓柱或方柱體)經切割形成的兩個切割體與 平面光波導組成的復合透明體（W下簡稱復合體）；其中，兩個切割體是由柱體(如圓柱或方 柱體)沿縱軸成一定角度(A)切開而得到的對稱的兩個部分，在該兩個切割體相對的切面 (斜面)之間為平面光波導，該平面光波導由低折射率膜層、高折射率膜層、低折射率膜層依 次迭合構成，整個復合體仍為一柱體(如圓柱或方柱體）;復合體的兩端面制有寬帶增透膜。
[0007] 制備時，先把柱體沿縱軸成一定角度(A)切開得到對稱的兩個切割體，在一個切割 體切面(斜面)上根據透射中屯、波長，制備平面光波導；平面光波導由不同層數和厚度的薄 膜構成;再將兩個切割體沿切面帖合，固定，并密封，即構成復合體;復合體兩端面鍛制寬帶 增透膜。使用時光束沿復合體縱軸透射。
[000引本發明的濾波器在光通訊，光譜技術等方面有重要應用。本發明基于棱鏡禪合的 導模共振原理，不需要制備光柵結構，因此具有制備方便，使用簡便，帶寬窄的優點。
[0009] 本發明中，所述準直入射光束為準直光束。
[0010] 本發明中，所述的兩端面的增透膜層為根據設計的中屯、波長所鍛制的寬帶增透膜 層。
[0011] 本發明中，所述的柱體(圓柱或方柱體)切割體的材料折射率高于兩個低折射率膜 層的折射率。
[0012] 本發明中，所述兩個切割體的切面為斜面，當柱體為圓柱體時，其切面為楠圓，當 柱體為方柱體時，其切面為矩形。
[0013] 本發明中，所述兩個低折射率膜層和高折射率膜層，其兩者折射率高、低是相比較 而言的。
[0014] 所述低折射率膜層的材料可W是空氣，或為均勻且對待濾波段透明的氣體、液體 或固體。
[001引本發明優點： 1、 本發明的結構是一種基于棱鏡禪合的平面光波導傳導結構，相對于光柵禪合的結 構，其最大優點是不用光柵，因此省去了制備亞波長光柵的復雜過程，僅W-定的鍛膜工藝 加裝配即可完成，可W同樣達到100%的透過率，且通帶帶寬也可達到nm量級； 2、 本發明的另一個優點是，通過設計的切割角度，可W確保入射光W正入射方式透過 該濾波器，而無需復雜的角度調節機構，從而具有使用方便和簡便的特點。
【附圖說明】
[0016] 圖1為一種基于棱鏡禪合導模共振的窄帶光學濾波器的結構示意圖。
[0017] 圖2為圖1所示濾波器結構中平面波導層法線方向的折射率空間分布。
[0018] 圖3為(波長632.8nm)的入光束對圖1所示棱鏡禪合結構中平面波導層的強度 透過率隨入射角的變化關系。
[0019] 圖4為圖1所示濾波器的透射光譜(設復合體的兩端面透過率為100%)。
[0020] 圖5為圖1所示濾波器從500到900nm的可見光波段的透射光譜(設復合體的兩端面 透過率為100%)。
[0021] 圖中標號：1為準直入射光束，2和8為端面增透膜層，3和7為圓柱或方柱體切割 體，4為低折射率膜層，5高折射率膜層，6低折射率膜層。
【具體實施方式】
[0022] 本發明設計的基于棱鏡禪合導模共振的窄帶光學濾波器，包括:一個圓柱或方柱 體與平面光波導的復合透明體（W下簡稱復合體）.其中將圓柱或方柱體沿縱軸成一定角 度切開，在一個切面上根據透射中屯、波長，制備平面光波導，平面光波導由不同層數和厚度 的薄膜構成.再將兩個切割體沿切面帖合，固定，并密封，構成復合體。復合體兩端面鍛制 寬帶增透膜。本發明的窄帶濾波器，具體包括:準直入射光束1，端面增透膜層2和8，圓柱或 方柱體切割體3和7，平面光波導，由低折射率膜層4，高折射率膜層5，低折射率膜層6構成， 結構示意圖如圖1所示。
[0023] 所述的平面光波導中的低折射率膜層4為一低折射率膜層，用于連接高折射率膜 層5和切割體3,其制備材料可W是空氣或為均勻且對待濾波段透明的氣體，液體，或固體。
[0024] 所述的平面光波導中的高折射率膜層5折射率高于低折射率膜層4和6。
[0025] 所述的平面光波導中的低折射率膜層6為一低折射率膜層，用于連接高折射率膜 層5和切割體7。
[0026] 根據圖1所示的結構，選定一個激光工作波長如：632. Snm，柱體材料為火石玻璃， 折射率1.56，W其作為禪合棱鏡體材料.平面波導結構中的低射率膜層(4)，取為空氣，折 射率為1，厚度通過間隙機構控制在200nm.高折射率膜層（5)取材重火石玻璃，折射率 1.75,厚度為200nm。低折射率膜層(6)取烙石英，折射率1.45,厚度為486nm。整個結構的折 射率分布如圖2所示;所建立的坐標系中，沿平面波導的法線N方向取為X，而復合體軸線方 向取為Z。
[0027] 利用嚴格的禪合波理論，一束準直光束進入該濾波器后，其在濾波器的各部分的 光場的場強表達式可W用如下方程來表述：W橫電波(TE波)為例，在如圖1的坐標系中：
(1) 上式中下標數字代表光場所在結構區域，A，B代表相關本征波的系數.A代表波在相 關區域的本征值，
，m表示相應區域的折射率，di表示相應區域的厚 度，1=3,4,5,6,7，0為沿2方向的光的傳播矢量。
[0028] 應用TE波電場矢量在邊界處的連續性條件，并假設入射光場在復合體切割體(3) 與低折射率層(4)界面處的光場幅度為1，可W解出光在切割體(7)中的光場強度與光在切 割體(3)中的光場強度的比值，即透過率
如圖3所示。可見在從40°到90°的情況 下，透射率在86.4418°的時候達到100%的透過率，而且角度范圍很小。
[0029] W-定帶寬的準直光束透射該濾波器，其光譜透過率如圖4所示。其半高全寬度為 633.9-631.7=2.2皿。圖5顯示了該濾波器的從500到900皿的可見光波段的透過率，可見該 濾波器的有效濾波效果，即只有一個通帶。因此，本發明可W在光通訊及光譜技術中可W得 到廣泛的應用。
【主權項】
1. 柱體經切割形成的兩個切割體與平面光波導組成的復合透明體，以下簡稱復合體； 其中，兩個切割體是由柱體沿縱軸成一定角度切開而得到的對稱的兩個部分，在該兩個切 割體相對的切面之間為平面光波導，該平面光波導由低折射率膜層、高折射率膜層、低折射 率膜層依次迭合構成，整個復合體仍為一柱體;復合體的兩端面制有寬帶增透膜。2. 根據權利要求1所述的窄帶光學濾波器，其特征在于，所述準直入射光束為準直光 束。3. 根據權利要求1所述的窄帶光學濾波器，其特征在于，所述的兩端面的增透膜層為根 據設計的中心波長所鍍制的寬帶增透膜層。4. 根據權利要求1所述的窄帶光學濾波器，其特征在于，所述的柱體切割體的材料折射 率高于兩個低折射率膜層的折射率。5. 根據權利要求1、2、3或4所述的窄帶光學濾波器，其特征在于，所述柱體為圓柱體或 方柱體。6. 根據權利要求5所述的窄帶光學濾波器，其特征在于，所述兩個切割體的切面為斜 面，當柱體為圓柱體時，其切面為橢圓，當柱體為方柱體時，其切面為矩形。7. 根據權利要求1、2、3、4或6所述的窄帶光學濾波器，其特征在于，所述兩個低折射率 膜層和高折射率膜層，其兩者折射率高、低是相比較而言的。8. 根據權利要求7所述的窄帶光學濾波器，其特征在于，所述低折射率膜層的材料是空 氣，或為均勻且對待濾波段透明的氣體、液體或固體。
【文檔編號】G02B6/293GK106019485SQ201610372645
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月31日
【發明人】劉建華, 陶李
【申請人】復旦大學