反射式多通道濾光片的應(yīng)用以及原理
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反射式多通道濾光片在光學(xué)通訊 、 光學(xué)成像 、 遙感高光譜等方面有著重要的應(yīng)用 。 利用含缺陷一維光子晶 體獨(dú)特的帶隙特性 ， 依據(jù)其相應(yīng)的能帶理論 ， 設(shè)計(jì)了一種由金屬和介質(zhì)組成的反射式多通道濾光片 。 這種濾光片 通道的工作范圍由光子帶隙理論計(jì)算得到 ， 通道個(gè)數(shù)由 “ 光子晶體 ” 缺陷的周期數(shù)決定 ， 通道的位置利用等效相位 厚度的方法確立 。
近年來光學(xué)薄膜已成為現(xiàn)代光學(xué)中不可缺少的 一個(gè)部分 ， 幾乎涉及到現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)的各個(gè)方面 。 而其中 ， 多通道濾光薄膜由于其體積小 、 集成度高 、 承載信息量大等優(yōu)點(diǎn) ， 在當(dāng)今信息通訊 、 衛(wèi)星成像 、 遙感高光譜等方面擁有很大的應(yīng)用價(jià)值 。 常見的光學(xué)薄膜濾光片多數(shù)是透射型濾光片 ， 但 隨著儀器小型化 、 集成化的需要和技術(shù)的不斷發(fā)展 ， 同時(shí)鑒于反射式濾光片設(shè)計(jì)形式靈活 、 結(jié)構(gòu)緊湊等諸 多優(yōu)點(diǎn) ， 眾 多 學(xué) 者 對(duì) 反 射 式 濾 光 片 進(jìn) 行 了 相 關(guān) 研究 。 其中 ， 有關(guān)單通道的反射濾光片很早就有學(xué) 者研究 ，Ｔ ｈｅｌｅｎ ［４］ 早在 １９７１ 年就已利用全介質(zhì)材料 設(shè)計(jì)了負(fù)濾光片即單峰反射濾光片 。
但由于全介質(zhì) 濾光片自身的局限 ， 金屬與介質(zhì)膜組合而成的高反射 濾光片受到更廣泛的研究 ， 如 Ｔａｎ 等 ［５］ 提出的 Ｓｕｂ｜ Ａｇ ｚ Ｌ（ ＨＬ） ｎ （Ｌ Ｈ） ｎ ＬＣｒ ｘ ｜Ａｉｒ 結(jié)構(gòu) ，ｚ 與 ｘ 分別表示 金屬 Ａｇ 和金屬 Ｃｒ 的膜層厚度 ， 該膜系會(huì)使中心波 長處形成一個(gè)單通道的反射高峰 ， 而其余波段截止 性良好 ；Ｓ ｈｅｎ 等 ［６］ 利用 Ｓｕｂ｜Ｈ（ ＬＨ） Ｎ１ ２Ｌ（ ＨＬ） Ｎ２ Ｍ ｜Ａｉｒ 結(jié)構(gòu) ， 通過金屬膜和介質(zhì)膜組合設(shè)計(jì)了一種在 某一個(gè)特定波長處既有反射高峰也有透射高峰的濾 光片 。
然而隨著人們對(duì)信息集成化程度需求的不斷 提高 ， 多峰反射濾光片的研究就顯得更加必要 ， 如近 期 學(xué) 者 提 出 的 Ｓｕｂ｜ Ｈ （ ＬＨ ） １５ （２ Ｌ２Ｈ ） ３ ２Ｌ （Ｈ Ｌ） ２ Ｃｒ ３ｎｍ ｜Ａｉｒ 結(jié) 構(gòu) ［７］ ， 反 射 峰 型 和 截 止 特 性 良 好 ， 但是峰值的個(gè)數(shù)和位置無法在設(shè)計(jì)前就計(jì)算出 來 ， 而是通過實(shí)驗(yàn)規(guī)律總結(jié)得到 ， 也不能從物理本質(zhì) 上給出合理解釋 ； 另外有學(xué)者利用兩種金屬設(shè)計(jì)的 雙峰 反 射 濾 光 片 ， 如 Ｓｕｂ｜Ｈ（ ＬＨ） ４ ２Ｌ（ ＨＬ） ２ ＦｅＨ （Ｌ Ｈ） ４ ２Ｌ（ ＨＬ） ２ Ｃｒ｜Ａｉｒ 結(jié)構(gòu) ［８］ ， 該膜系形成了中心 波長的高透射峰和靠近中心波長兩邊的反射雙峰 ， 但除中心波長處的透射峰可以確定位置外 ， 兩邊的 反射峰的位置同樣不能預(yù)先確定 。
目前 ， 關(guān)于單通道和雙通道全介質(zhì)型的濾光片的 個(gè)數(shù)和位置 ， 利用史密斯方法和相位條件可以在任一 波長得到高透射率 ［９］ 。 然而對(duì)于諸多結(jié)構(gòu)構(gòu)成的多 通道的反射式濾光片的個(gè)數(shù)和位置 ， 設(shè)計(jì)者通常依據(jù) 實(shí)驗(yàn)所得的一定規(guī)律來確定 ， 不能從物理本質(zhì)上給出 合理的解釋或計(jì)算 。 而 “ 光子晶體 ” 的特性為這種反 射式多通道濾光片的物理解釋提供了可能性 ［１０－１１］ 。 光子晶體憑借其對(duì)光子傳播的調(diào)控 ， 廣泛地應(yīng)用于光 學(xué)傳播與通信中 ［１２－１５］ 。 由于光子晶體的周期性結(jié) 構(gòu) ， 就會(huì)出現(xiàn)光子帶隙 ， 類似于固體物理中的電子帶 隙 。 頻率處于電子帶隙里的電磁波是不能通過的 ， 同 樣 ， 處于光子帶隙內(nèi)波長的光也是無法通過的 。
