一種可見光區(qū)多光譜雙通道光子晶體濾波器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光子晶體濾波器，特別是涉及一種可見光區(qū)多光譜雙通道光子晶體濾波器。
【背景技術(shù)】
[0002]光子晶體是由結(jié)構(gòu)單元按照一定排列規(guī)則組合而成的周期結(jié)構(gòu)。按照介質(zhì)排列方式的不同，可分為一維，二維，三維光子晶體。光子禁帶是光子晶體最顯著的特征，波長處于禁帶范圍的光無法傳播，這個(gè)特性使光子晶體在很多方面有著廣泛的應(yīng)用，例如全方向反射鏡，光子晶體波導(dǎo)，光子晶體光纖，偏振片，濾波器等。投影光學(xué)系統(tǒng)對(duì)光源有著嚴(yán)格的要求，光源顏色的純度決定著投影畫面色彩的質(zhì)量，為了使光源的色純度更高，需要同時(shí)得到兩個(gè)或者三個(gè)波段的光源，如藍(lán)光428nm-449nm及綠光535nm_590nm，像這種波段固定，各帶寬之間沒有線性關(guān)系的濾波區(qū)域，使用傳統(tǒng)的帶通濾波器無法達(dá)到要求。目前在可見光區(qū)多通帶的光子晶體濾波器研究甚少，設(shè)計(jì)優(yōu)良的光子晶體濾波器用于光學(xué)投影系統(tǒng)例如濾色輪和分色鏡，能夠有效地提高色純度和亮度。
[0003]陳燾等(多光譜帶通線性漸變?yōu)V光片的研制，光電工程，2007 (34)，72-75)設(shè)計(jì)了光譜濾波的多通道濾波器，該種線性濾波器要求中心波長與通道空間位置呈線性關(guān)系，對(duì)于各通道位置固定且無線性關(guān)系的濾波需求無法滿足。
[0004]顧培夫(用于波分復(fù)用系統(tǒng)的多峰干涉濾光片，光子學(xué)報(bào)，2003，32 (7):837?839)實(shí)驗(yàn)組制成了用于波分復(fù)用系統(tǒng)的多峰道干涉濾波器，但是這種Fabry-Perot干涉濾光片的濾波通帶很窄，通帶邊緣的陡直度不好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種可見光區(qū)多光譜雙通道光子晶體濾波器，以使濾波范圍突破以往窄帶多通道濾波器的規(guī)律性濾波。
[0006]本發(fā)明的原理在于:在光子晶體中，如果將長波通光子晶體濾波器與短波通光子晶體濾波器的通帶位置相互疊加組合，將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)通帶，調(diào)節(jié)短波通光子晶體濾波器的每層膜厚度，可引起組合后的光子晶體濾波器的通帶位置與寬度的改變。如果用一種結(jié)構(gòu)的Fabry-Perot光子晶體濾波器與短波通光子晶體濾波器疊加組合，就將出現(xiàn)兩個(gè)通帶，同樣，調(diào)節(jié)短波通光子晶體濾波器每層膜厚度，可引起組合后的光子晶體濾波器的通帶位置與寬度的改變，利用這樣的特性可以制備雙通道的光子晶體濾波器。
[0007]本發(fā)明的一種可見光區(qū)多光譜雙通道光子晶體濾波器是由Fabry-Perot光子晶體濾波器和短波通光子晶體濾波器兩部分疊加組合而成。具體的，本發(fā)明是由結(jié)構(gòu)為(A/B/B/A) 2B? (A/B/B/A)的Fabry-Perot光子晶體濾波器與結(jié)構(gòu)為(yC/xD/yC)1tl短波通光子晶體濾波器疊加組成的，疊加組合后的結(jié)構(gòu)為(A/B/B/A)2B’ (A/B/B/A) (yC/xD/yC)n0
[0008]其中，A、B、C和D是構(gòu)成所述多光譜雙通道光子晶體濾波器的材料，B’與B為厚度不同的同種材料；nn η2、η4、η5分別為材料Α、B、C、D的折射率且需滿足:nη4< n5;d p d2、d3、d4、(15分別為材料 A、B、B，、C、D 的物理厚度且需滿足:d 1=0.1136 λ。/ η ”d2=0.1136 λ 0 / n 2、d3=0.2272 λ 0 / n 2、d4=0.25y λ 0 / n 4、d5=0.125x λ 0 / n5;n 為短波通光子晶體濾波器的周期數(shù)，周期數(shù)n為正整數(shù)；λ。為中心波長；通過調(diào)整X、y值可改變D、C的物理厚度；x、y為正數(shù)；此時(shí)，整個(gè)濾波器結(jié)構(gòu)的總層數(shù)為13+3n。
[0009]當(dāng)A、B、C、D材料確定，保持周期數(shù)η不變，僅通過調(diào)整x、y值來改變D、C的物理厚度，即可引起組合光子晶體濾波器的帶通位置和帶寬的改變，從而實(shí)現(xiàn)在可見區(qū)同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)不同的濾波通道。
[0010]其中，在本發(fā)明中優(yōu)選的用于構(gòu)造一種可見光區(qū)多光譜雙通道光子晶體濾波器的結(jié)構(gòu)為(A/B/B/A)2B’ (A/B/B/A) (yC/xD/yC)n，但是，用于構(gòu)建本發(fā)明濾波器的結(jié)構(gòu)不僅限于(A/B/B/A)2B’ (A/B/B/A) (yC/xD/yC)n，凡是具有單通道濾波特性的Fabry-Perot光子晶體濾波器和短波通光子晶體濾波器疊加的結(jié)構(gòu)皆可。
[0011]本組合光子晶體濾波器的制備方法是:使用鍍膜或磁控濺射等方式，在玻璃基底上依次鍍上設(shè)計(jì)厚度的材料A、B、B、A，依照此方法生長2個(gè)周期，在此基礎(chǔ)上繼續(xù)鍍上設(shè)計(jì)厚度的材料B’，然后再交替鍍上設(shè)計(jì)厚度的材料A、B、B、A ;然后在此基礎(chǔ)上繼續(xù)依次交替鍍上η個(gè)周期設(shè)計(jì)厚度的C、D、C，即可實(shí)現(xiàn)雙通道光子晶體濾波器。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明創(chuàng)新性的將簡單周期的Fabry-Perot光子晶體濾波器和短波通光子晶體濾波器疊加組合，用來設(shè)計(jì)各透光波段無線性關(guān)系的雙通道濾波器，使濾波范圍突破以往窄帶多通道濾波器的規(guī)律性濾波，與傳統(tǒng)的Fabry-Perot多通道濾波器相比，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，拓寬了通帶寬度，并且該雙通道濾波器平均透過率在90%以上，能夠有效提高投影系統(tǒng)的亮度與色純度。
【附圖說明】
[0013]圖1是(Α/Β/Β/Α)2Β’ (Α/Β/Β/Α)型Fabry-Perot光子晶體濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖中，Α、Β是兩種不同的材料，B’與B是厚度不同的同種材料，山、(12、(13分別為八、B、B’材料的物理厚度。(A/B/B/A)2B’ (A/B/B/A)表示A、B兩種材料依照A、B、B、A順序生長設(shè)計(jì)厚度的2個(gè)周期，在此基礎(chǔ)上，將B’生長設(shè)計(jì)厚度的一個(gè)周期，再在此基礎(chǔ)上，依照A、B、B、A順序生長設(shè)計(jì)厚度的I個(gè)周期。
[0015]圖 2 是(Ti02/PMMA/PMMA/Ti02) 2PMMA (Ti02/PMMA/PMMA/Ti02)型 Fabry-Perot 光子晶體濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖中，1、4、5、8、10、13層為 T12，其物理厚度山=18.;2、3、6、7、11、12 層為 PMMA，其物理厚度d2=34nm ；9層為PMMA，其物理厚度d3=67nm0
[0017]圖 3 是(Ti02/PMMA/PMMA/Ti02) 2PMMA (Ti02/PMMA/PMMA/Ti02)型 Fabry-Perot 光子晶體濾波器的透射曲線圖。
[0018]圖4是(yC/xD/yC) n型短波通光子晶體濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖中，C、D是兩種不同的材料，d4、d5分別是C、D材料的厚度，通過調(diào)整X、y值可改變D、C的物理厚度，(yC/xD/yC) n表示C、D兩種不同的材料依次η個(gè)周期排列。
[0020]圖5是(Al203/ZnS/ Al2O3) 2°型短波通光子晶體濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖中，1、3、4、6、7、9、10、12、13、15、16、18、19、21、22、24、25、27、28、30、31、33、34、36、37、39、40、42、43、45、46、48、49、51、52、54、55、57、58、60 層為 Al2O3,其物理厚度d4=70nm ;2、5、8、11、14、17、20、23、26、29、32、35、38、41、44、47、50、53、56、59 層為 ZnS,其物理厚度d5=27nm。
[0022]圖6是(Al203/ZnS/ Al2O3) 2°型短波通光子晶體濾波器的透射曲線圖。
[0023]圖7是結(jié)構(gòu)為(A/B/B/A)2B’ (A/B/B/A)型和(yC/xD/yC) n型的光子晶體濾波器置加后的結(jié)構(gòu)不意圖。
[0024]圖 8 是(Ti02/PMMA/PMMA/Ti02)2PMMA (Ti02/PMMA/PMMA/Ti02) (Al203/ZnS/ Al2O3)2°型光子晶體濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖中，1、4、5、8、10、13層為 T12, 2、3、6、7、11、12 層為 PMMA，9 層為 PMMA，14、16、17、19、20、22、23、25、26、28、29、31、32、34、35、37、38、40、41、43、44、46、47、49、50、52、53、55、56、58