中红外带通滤光片的设计与制备

中红外带通滤光片在航天、气象、遥感等领域有着重要的应用,峰值透过率和通带半宽度是带通滤光片的重要指标,主要取决于光学薄膜的膜系结构和具体设计。论述了一种在锗基底上采用锗和硫化锌两种材料设计并成功制备出中红外带通滤光片的方法。详细介绍了镀膜材料的选择以及这种方法的设计理论,给出了膜系结构,运用离子辅助沉积工艺在ZZSX-1100镀膜机上制备出了这种滤光片,测试结果表明:所制备的滤光片峰值透过率达到87%以上,通带半宽度为70 nm,光谱性能稳定,膜层致密,附着力好,膜系结构简单,易于实现。     

用超薄金属膜和不对称法布里－珀罗干涉滤光片设计窄带高反膜

提出利用ｎ≈ｋ的金属膜层材料设计窄带高反膜的一种新方法用超薄金属膜与不对称法布里－珀罗干涉滤光片组合设计法。给出了可见光区的窄带高反膜的膜系结构；定量地分析了膜系的反射率、反射峰值、反射半波带宽等光谱反射特性。实验证实了理论设计和分析。同时，也提供了设计非可见光波段的窄带高反滤光片的方法     

基于组合Fabry-Perot膜系的中波红外双色滤光片设计

双色滤光片的膜系设计方法有多种,如自动优化设计、缓冲层和组合膜系设计、加厚间隔层的Fabry-Perot(F-P)膜系、双峰结构F-P膜系的多次重复,以及具有分形结构的F-P膜系设计等方法。但它们在特定通道带宽和通道间距要求的膜系设计中,或者在膜系的工艺可实施性方面存在一定的局限性。运用目标光谱拟合优化后的两个具有增透带的F-P膜系相组合的设计方法,有效解决了较宽通道带宽和较大通道间距的双色滤光片的设计问题。采用Ge和Si O两种材料,利用有限的38层薄膜,在中波红外波段设计出了波形良好的双色滤光片,其两个通道的相对带宽均为9%,两个通道中心波长位置比可以在1.4~5.0的范围内进行调整,通带边缘陡度不大于2.0%。这种膜系结构的双色滤光片具有通带宽度和位置方便调控的特点,并有较强的可实施性。     

含n＝k超薄金属膜的周期对称膜系的性质及窄带高反膜设计

本文阐述了n≈k的超薄金属膜与介质膜组成周期对称膜系的光学特性,并结合Ag、Al等膜层的高反特性提出了可见光区诱导窄带高反膜系结构,推导出膜系的反射率、反射峰值、反射半波带宽等光谱反射特性的近似公式,实验证实了理论设计和分析.同时也提出了设计红外和紫外窄带高反滤光片的方法.     

用超薄金属膜和不对称法布里—珀罗干涉滤光片设计窄带高反膜

提出利用ｎ≈ｋ的金属膜层材料设计窄带反膜的一种新方法－用超薄金属膜与不对称法布里－珀罗干涉滤光组合设计法，给出了可光光区窄带高反膜的膜系结构，定量地分析了膜系的反射率，反射峰值，反射半波带宽光谱反射特性，实验证实了理论设计和分析，同时，也提供了设计非可见光波段的窄带高反滤光片的方法。     

探测用宽截止红外双通道帯通滤光片的设计及误差分析

为满足探测1,2丙二醇二硝酸脂有毒气体浓度的红外探测元件抑制带截止深度深、通带内平均透射比高、波纹系数小等要求,采用等效折射率理论与局部优化相结合的设计方法,选用PbTe/ZnSe作为高低折射材料,采用长波通膜系、短波通膜系以及双半波膜系设计了截止深度深、双通道、通带宽度合适的红外滤光片,通带分别为5.9～6.2μm及11.9～12.2μm,通带内平均透射比分别在90%及65%以上;对所设计的膜系进行了薄膜物理厚度和膜层折射率的误差分析。分析表明,薄膜制备时沉积速率精度应控制在3.5%以内,材料折射率的变化应控制在3%以内,与膜层折射率相比,薄膜物理厚度对平均透射比的影响小,并且双半波膜系对厚度以及折射率变化更敏感。     

一种红外双半波滤光片的设计和制造方法

针对唐晋发、郑权老师在《应用薄膜光学》一书中介绍的采用低折射率材料做间隔层，用16个λ/4层完成红外双半波滤光片的设计方法制作的薄膜易发生断裂，该文给出该膜系另一种设计计算方法，即采用高折射率材料做间隔层，用12个λ/4完成膜系设计。与前者相比，该方法节省了材料和时间。同时给出了镀制该膜系的工艺要点，并对镀膜过程中的初始真空度、蒸镀温度和2种材料的蒸发速率做了说明。指出在该工艺实施过程中，首先使用离子源对基底进行活化轰击，然后在蒸镀硫化锌和锗的过程中用离子源进行辅助蒸镀，可得到非常牢固的膜层。     

中心波长14.95μm超窄带滤光片的研制

讨论了大气探测红外分光辐射计第1光谱通道超窄带滤光片的研制情况。采用富碲碲化铅材料作为高折射率膜层材料,通过控制沉积速率、沉积温度、真空度等工艺参数,镀制的膜层具有小的自由载流子浓度,整个膜系具有低的光吸收和高的透射能量。研制出入射光束半锥角Φ为18°时,中心波长14.95μm、带宽0.065μm、相对带宽小于0.5%的长波CO2超窄带滤光片。该超窄带滤光片已实现空间应用5年,在天气预报数据获取中工作稳定。     

基于梳状小波理论的颜色滤光片设计

渐变折射率薄膜因为消除了界面而克服了传统的分层介质膜的固有弊端。探讨了一种基于这种渐变膜系的设计方法。从小波理论及渐变折射率增透理论出发,以分层介质高反膜系为参照,给出了采用梳状(Rugate)滤光片设计不同类型颜色滤光片的设计原理,并以目前背投系统中使用的红、绿、蓝颜色滤光片为指标,理论设计出了具有优良光谱特性的红、绿、蓝颜色滤光片;对该设计结果进行了角度敏感性分析、偏振效应分析并与传统的反射膜叠加法得到的分层膜系进行比较,发现通过梳状滤光片理论设计的滤光片较传统的多层膜滤光片具有更小的角度敏感性和较小的偏振效应。     

高性能可调谐滤波片的优化设计方法

根据薄膜窄带滤光片在倾斜入射时的特性,通过改进间隔层膜系结构来调整其等效折射率,可以设计出具有稳定透射峰值和带宽的角度调谐窄带滤光片。根据与密集波分复用(DWDM)系统相关的通道频率、插损、带宽、隔离度、偏振相关损耗(PDL)等八个标准,结合薄膜矩阵理论与新构造的评价函数,构建了一个可调谐滤光片膜系,通过改变各参数的权重因子,得到满足不同要求的最优膜系。利用构建的系统,优化设计了分别用于O波段和C波段100 GHz密集波分复用系统的具有高隔离度、低偏振相关损耗的角度调谐窄带滤光片。C波段膜系的最大调谐角度达11°,相邻通道隔离度可达-30.3 dB,最后对其透射特性以及影响调谐角度极限的因素进行了分析。     

周期结构薄膜在折射率色散下反射区特性研究

周期性结构是光学薄膜设计的基本物理模型,给出了反射区中心波长的一般性条件,研究了在膜层材料存在折射率色散情况下,等厚周期结构和非等厚周期结构的薄膜反射区中心波长与带宽特性.研究结果表明:在等厚和非等厚周期结构中,考虑膜层材料折射率色散与忽略色散情况相比,中心波长向长波方向移动,反射级次与相对波数的线性关系偏离;在薄膜光学厚度一定的非等厚周期结构中,高折射率层光学厚度大于低折射率层时,反射级次与相对波数的线性关系偏离度高;非等厚周期结构薄膜的带宽在低反射级次上小于等厚周期结构,同时膜层的色散对反射带宽影响不大.     

一维光子晶体禁带的展宽

作为一维光子晶体的应用基础，一维光子晶体的禁带是研究的重点。通过传输矩阵的方法分析了一维光子晶体禁带的特性，讨论了影响带宽的因素。说明了相对带宽对光子晶体设计的重要性。在这个基础上讨论了扩展一维光子晶体带宽的方法，提出了在角域范围内对光子晶体进行叠加的方法，为设计制造一维光子晶体提供了一种行之有效的方法。分别对2个、3个和4个晶体的叠加进行了分析，最后计算了所设计的合成晶体的反射率。其中4个晶体的叠加，相对带宽达到57．52％，极大地展宽了一维光子晶体的禁带，从而证明利用角域的叠加来展宽一维光子晶体的禁带是非常有效的。     

Multiple narrow bandpass optical filters based on one-dimensional rugate photonic structures of two periodicities

A theoretical analysis of a design of multiple narrow bandpass filters based on one-dimensional (1D) rugate photonic structures with a period jump defect is presented. The optical properties, including transmittance and energy density distributions, are numerically calculated using the propagation matrix method. Our results show that multiple resonance transmission modes are produced when the period jump defect is introduced into the 1D rugate film. Both blueshift and redshift of the stop band of the rugate structure and wavelengths of resonant modes are observed, depending on the change of period jump. The number, the wavelengths, the band intervals, and the intensities of multiple resonance transmission modes are tunable by adjusting structure parameters of the rugate structure. Experimental feasibility of the proposed multiple narrow bandpass optical filters using the technique of glancing angle deposition is also discussed.     

Gradient-index narrow-bandpass filter fabricated with glancing-angle deposition

Glancing-angle deposition (GLAD) is a fabrication method capable of producing thin films with engineered nanoscale porosity variations. GLAD can be used to create optical thin-film interference filters from a single source material by modification of the film refractive index through control of film porosity. We present the effects of introducing a layer of constant low density into the center of a rugate thin-film filter fabricated with the GLAD technique. A rugate filter is characterized by a sinusoidal refractive-index profile. Embedding a layer of constant refractive index, with a thickness equal to one period of the rugate index variation, causes a narrow bandpass to appear within the filter's larger stop band. Transmittance measurements of such a gradient-index narrow-bandpass filter, formed with titanium dioxide, revealed an 83% transmittance peak at a vacuum wavelength of 522 nm, near the center of the stop band, with a FWHM bandwidth of 15 nm.     

基于科赫曲线分形结构太赫兹带通滤波器

太赫兹滤波器是太赫兹通信、太赫兹成像和太赫兹检测等太赫兹应用系统中不可或缺的功能器件。按照不同的分类方式,滤波器有不同的种类,常见的按照选频功能可分为高通滤波器、低通滤波器、带阻滤波器和带通滤波器。为了实现在太赫兹波段的滤波效果,世界各地的研究人员利用不同的结构、材料和控制方式实现了功能各异的太赫兹滤波器,但是考虑到设计的器件要应用到太赫兹系统中,成本低廉、结构简单、性能优越的太赫兹滤波器一直是研究人员的追求。分形概念自提出以来在很多研究领域都有了快速发展,但是在太赫兹波段的应用还不是很常见,特别是应用于太赫兹功能器件的设计。引入分形中科赫曲线的概念设计并制备了一种新型的太赫兹带通滤波器,该滤波器是在金属薄膜上刻蚀出科赫曲线分形结构,当太赫兹波垂直入射到该滤波器时候实现了在太赫兹波段的窄带滤波。在滤波器的设计过程中,追求理论与实验相结合,首先在电磁仿真软件中建立科赫曲线分形结构滤波器模型进行计算,探究分形结构应用于太赫兹波段进行滤波的可行性,在进行多次计算之后得到优化后的尺寸和结构,然后根据优化后的尺寸加工出科赫曲线分形结构太赫兹滤波器样品,并且将样品放在太赫兹时域光谱系统中进行实验测量,得到实验数据后与仿真结果进行比较。在仿真中利用了时域有限差分法模拟科赫曲线分形结构太赫兹带通滤波器的传输特性,优化后的仿真结果表明:滤波器的谐振频率为0.715 THz,透射系数能够达到0.92,-3 dB带宽为21.9 GHz,将仿真得到的散射参数进行S参数反演得到了太赫兹滤波器样品的电磁参数,这在理论上分析了太赫兹波在谐振点处产生透射增强的原因。利用飞秒激光微加工系统制备了尺寸优化后的科赫曲线分形结构太赫兹带通滤波器样品,然后使用太赫兹时域光谱系统对样品的传输特性进行测试,对实验得到的时域数据进行快速傅里叶变换之后得到频域数据,再把频域数据进行归一化处理后与之前的电磁仿真结果进行对比,发现实验测得的结果与电磁软件仿真得到的结果较为吻合。     

高温超导窄带广义切比雪夫函数滤波器

提出了一种用于高温超导滤波器制作的新结构——窄带广义切比雪夫函数高、低通滤波器级联方式．该方式利用高温超导低插损特性，可以有效地降低极陡峭广义切比雪夫函数低通、高通滤波器的带边频滚降．依靠高、低通滤波器级联方式构建新形式的窄带极陡峭低插损高温超导滤波器．并与已有高温超导滤波器进行了比较分析．     

Widely tunable ring-cavity tellurite fiber Raman laser

We report a widely tunable ring-cavity tellurite fiber Raman laser covering the S+C+L+U band. A tunable range (1495-1600 nm, limited by the tunable optical bandpass filter) over 100 nm is obtained by using a single-mode tellurite fiber with high Raman gain coefficients (55 W(-1)km(-1)) and large Raman shift (~22.3 THz) as the gain medium. Furthermore, the free-running 1665 nm Raman fiber laser is achieved from the ring cavity by removing the tunable optical bandpass filter, which shows that such a tellurite fiber has potential for constructing a widely tunable fiber Raman laser covering the S+C+L+U band. A high optical signal-to-noise ratio of over 60 dB for almost all of the tunable range is also demonstrated.     

Super Narrow Bandpass Filter Using Fractal Cantor Structures

In this paper, we present a new photonic crystal structure, which is composed of fractal Cantor multilayer with a defect embedded in its middle. Optical transmission matrix method is used to calculating the transmittance and reflectance. Compared with general Cantor multilayer, we find the new structure has wider stopband and shows a super narrow band in the middle of wider stopband. It can be served as a super narrow bandpass filter. The pass band obtained can be less than 0.6nm near the infrared 1530 nm. The optical transmission is the center wavelength is higher than 99 %. This means a very low insert loss. It is more superior to other kind narrow band filters. This kind of photonic crystal super narrow band optical filter may find applications in super dense wavelength division multiplexing for optical communications and precise optical measurement.     

基于半导体光放大器和整形滤波器的40 Gb/s的归零正码波长变换研究

理论上分析了通过整形滤波器方法实现正码波长变换的原理,并讨论了滤波器带宽及偏移方向对正码脉冲效果的影响,解释了目前实验报道中多采用蓝移滤波方案的技术根由。在实验上利用半导体光放大器(SOA)和通带滤波器完成了40Gb/s的归零码波长变换实验,验证了理论分析的结构,证明了整形滤波器加半导体光放大器的方案可以实现正码的波长变换。这对于简化网络的设计,提高信号传输质量都有重要的意义。