用于倾斜入射的波分复用薄膜滤光片的特性及改进

对倾斜入射时窄带薄膜滤光片的特性作了描述 ,由于低折射率间隔层的滤光片 ,倾斜入射时 p偏振分量的通带比s分量更移向短波 ,而高折射率间隔层的滤光片则反之 ,因此可把间隔层同时设计成高、低折射率两种材料 ,或选用适当的中间折射率材料 ,使p分量和s分量两个通带的中心波长重合。设计了用于 2 0°入射角的密集波分复用 (DWDM )滤光片 ,并给出了实验结果。     

薄膜截止滤光片的消偏振设计

薄膜截止滤光片在倾斜入射时不可避免地会产生s和p二个偏振分量的分离,因而在许多应用,特别是光通讯的应用中成为一个棘手的难题。提出了一种新的设计方法,对最常用的45°入射角,实现了长波通和短波通两种截止滤光片的完全消偏振, 在透射率为50%处,其偏振分离分别为0.3 nm和0.1 nm。基本的设计方法是采用宽带法布里珀罗薄膜干涉滤光片中心波长两侧的干涉带作为长波通或短波通截止滤光片的初始膜系,然后经过适当的优化以提高透射带的透射率。宽带干涉滤光片的间隔层常由半波长厚度的高、低折射率混合膜层组成,如2H2L2H或2L2H2L。由于这种设计的截止区和透射带带宽常嫌不足,故提出了展宽截止区和透射带的方法。对一个典型的短波通截止滤光片,在波长1550 nm,截止区和透射带宽均达到了200 nm。这种设计方法不仅简单、性能优良,而且膜厚控制容差较大,故易于制造。     

膜截止滤光片的消偏振设计

薄膜截止滤光片在倾斜入射时不可避免地会产生s和 p二个偏振分量的分离,因而在许多应用,特别是光通讯的应用中成为一个棘手的难题。提出了一种新的设计方法,对最常用的45°入射角,实现了长波通和短波通两种截止滤光片的完全消偏振, 在透射率为50%处,其偏振分离分别为0.3 nm和 0.1 nm。基本的设计方法是采用宽带法布里珀罗薄膜干涉滤光片中心波长两侧的干涉带作为长波通或短波通截止滤光片的初始膜系,然后经过适当的优化以提高透射带的透射率。宽带干涉滤光片的间隔层常由半波长厚度的高、低折射率混合膜层组成,如2H2L2H或2L2H2L。由于这种设计的截止区和透射带带宽常嫌不足,故提出了展宽截止区和透射带的方法。对一个典型的短波通截止滤光片,在波长1550 nm,截止区和透射带宽均达到了200 nm。这种设计方法不仅简单、性能优良,而且膜厚控制容差较大,故易于制造。     

角度调谐滤光片偏振控制的间隔层折射率寻优算法

斜入射滤光片的S偏振和P偏振的中心波长会发生分离,而通过调整间隔层的有效折射率,可使有角度入射滤光片两个偏振分量的中心波长相重合。由相位关系分析着手,利用多层膜的特征矩阵关系式,推导出间隔层中间折射率和P偏振及S偏振的中心波长的两个隐函数表达式,由此可快速解出所寻找的中间折射率及对应的中心波长数值。单腔和三腔的两个具体实例的模拟计算表明:采用此算法,对于调谐到一特定角度入射的滤光片能很快地求出准确的中间折射率数值,应用此中间折射率即可使P偏振和S偏振的中心波长很好地重合。入射角从0°到30°的实例偏差分析表明此算法的精确度高,这对于减少偏振分量特性之间的分离以及滤光片的宽角度调谐有着良好的意义。     

倾斜入射薄膜滤光片偏振控制的优化算法

利用多层膜的特征矩阵关系式和有效界面法,推导出间隔层的厚度和有效折射率与两个偏振分量的中心波长差值和通带半宽差值之间的三个隐函数表达式.通过调整薄膜滤光片间隔层的厚度和有效折射率,控制两个偏振分量中心波长的相对位置.模拟计算表明:改变间隔层的有效折射率和厚度,可以调整中心波长差值和通带半宽差值,实现两个偏振分量截止偏振不分离或中心波长偏振不分离.优化算法可以实现对倾斜入射薄膜滤光片的偏振控制.     

倾斜入射楔形薄膜滤光片的透射光谱研究

角度调谐薄膜滤光片因较大的波长调谐特性和良好的矩形度在密集波分复用系统中得到了广泛的应用。在倾斜入射时薄膜滤光片透射光谱的透射率和半宽不仅受到入射角度的影响,还跟滤光片两端面间的非平行度即楔角的大小有关。详细分析了楔角对对滤光片透射率以及半宽的影响,发现适当的楔角和角度取向能够改善倾斜入射状态下滤光片的透射光谱特性。设计制备了楔角为0.8°的楔形薄膜角度调谐滤光片,实验结果证明保持该楔角的方向与倾斜入射角度相同时会严重的劣化透射光谱的透射率和矩形度,方向相反时则可以提高光谱的透射率以及矩形度,并使器件的波长调谐范围增大约10 nm。     

角度调谐滤光片特性分析及膜系设计

对窄带滤光片的倾斜入射特性作了分析.斜入射时其透射通带和峰值会向短波方向移动,透射曲线的稳定性跟滤光片的间隔层结构相关,多腔间使用相同的间隔层可以保证斜入射时有稳定的峰值透射率和带宽,利用该特点可以制备角度调谐窄带滤光片.透射光S和P偏振分量的中心波长随入射角度的增大出现分离现象,产生较大的偏振相关损耗.通过搭配不同厚度的高低折射率材料作为间隔层,改变其有效折射率,使其两个偏振分量的中心波长实现重合.设计了符合密集波分复用(Dense Wavelength Division Multiplexing,DWDM)系统要求的低偏振相关损耗四腔窄带角度调谐滤光片膜系,其可调谐范围达20 nm以上,并评估了所设计角度调谐滤光片的调谐性能.     

基于遗传算法的斜入射窄带滤光片膜系优化设计

根据薄膜窄带滤光片在斜入射时的偏振特性,提出了基于遗传算法的斜入射薄膜窄带滤光片膜系优化设计方法.根据开发的程序,设计并制备了一组可用于18°倾斜入射的0.8纳米信道间隔的五腔薄膜窄带滤光片.该滤光片能有效地抑制斜入射时偏振光中心波长的分离现象,降低器件的偏振相关损耗,通过角度调谐能实现选择波长的改变.通过与针法设计的滤光片膜系相比,遗传算法得到的膜系具有更高的矩形度、更大的波长调谐范围以及更低的偏振相关损耗.实验结果表明其满足设计要求并有超过25纳米的波长调谐范围.     

倾斜入射时偏振分束棱镜的角宽压缩效应

从理论上计算了由于光束倾斜入射产生的棱镜起偏系统角谱宽度的压缩效应,计算结果表明,入射光束相对于棱镜入射面的入射角越大对角谱宽度的压缩就越明显,不同材料的基底折射率的差别对角谱宽度的压缩影响不大。通过举例从膜系设计的角度进一步论证了这一结论。还指明在实际系统中可以保持入射光束的相对角度不变的情况下,通过改变棱镜的形状来达到倾斜入射的目的从而实现角谱宽度的压缩。对如何设计出高性能的宽角宽光谱偏振分束镜具有重大的指导意义。     

用于投影显示的分色合色膜系的消偏振设计

由于斜入射时,光学薄膜存在一定的偏振效应,将产生S-和P-偏振光的光谱分离.在Philips棱镜系统中,分色合色膜系通常分色时对S-光应用,合色时则对P-光应用.从提高光能利用率、减少杂散光和增加系统对比度等因素综合考虑,要求分色合色膜系的S-和P-偏振光的分离尽可能小.新设计方法采用宽带法布里－珀罗薄膜干涉滤光片中心波长两侧的干涉带作为长波通或短波通截止滤光片,可实现S-和P-偏振分量的分离几乎为零.     

C-band three-port tunable band-pass thin film optical filter with low polarization-sensitivity

According to the oblique incidence characteristics of thin film narrowband filter, the stack of 100 GHz DWDM four cavities angle-tuned thin film filter has been designed and optimized. The two polarization modes’ central wavelengths of the thin film filter can be centered at the same one in oblique incidence, and it has a stable tuning range of 20 nm without the phenomenon of polarization central wavelength separation. Using this kind of angle-tuned thin film filter and the polarization beam-splitters, the tuning range of the angle-tuned thin film filter can be further expanded due to the reason that it can transmit only the s-polarization light. In this paper we also developed a three-port bandpass tunable filter device with new structure, which tuning range can cover the whole C-band and its adjacent channel isolation degree is high. The experiments show that the three-port tunable filter has an effective tuning range of 33 nm, and its adjacent channel isolation degree is more than 35 dB. It has a bright application opportunity for its flexibility and effective performance.