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反射式多通道滤光片的应用以及原理

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反射式多通道滤光片在光学通讯 、 光学成像 、 遥感高光谱等方面有着重要的应用 。 利用含缺陷一维光子晶 体独特的带隙特性 , 依据其相应的能带理论 , 设计了一种由金属和介质组成的反射式多通道滤光片 。 这种滤光片 通道的工作范围由光子带隙理论计算得到 , 通道个数由 “ 光子晶体 ” 缺陷的周期数决定 , 通道的位置利用等效相位 厚度的方法确立 。

近年来光学薄膜已成为现代光学中不可缺少的 一个部分 , 几乎涉及到现代光学系统的各个方面  。 而其中 , 多通道滤光薄膜由于其体积小 、 集成度高 、 承载信息量大等优点 , 在当今信息通讯 、 卫星成像 、 遥感高光谱等方面拥有很大的应用价值 。 常见的光学薄膜滤光片多数是透射型滤光片 , 但 随着仪器小型化 、 集成化的需要和技术的不断发展 , 同时鉴于反射式滤光片设计形式灵活 、 结构紧凑等诸 多优点 , 众 多 学 者 对 反 射 式 滤 光 片 进 行 了 相 关 研究  。 其中 , 有关单通道的反射滤光片很早就有学 者研究 ,T helen [4] 早在 1971 年就已利用全介质材料 设计了负滤光片即单峰反射滤光片 。

但由于全介质 滤光片自身的局限 , 金属与介质膜组合而成的高反射 滤光片受到更广泛的研究 , 如 Tan 等 [5] 提出的 Sub| Ag z L( HL) n (L H) n LCr x |Air 结构 ,z 与 x 分别表示 金属 Ag 和金属 Cr 的膜层厚度 , 该膜系会使中心波 长处形成一个单通道的反射高峰 , 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 结构 , 通过金属膜和介质膜组合设计了一种在 某一个特定波长处既有反射高峰也有透射高峰的滤 光片 。

然而随着人们对信息集成化程度需求的不断 提高 , 多峰反射滤光片的研究就显得更加必要 , 如近 期 学 者 提 出 的 Sub| H ( LH ) 15 (2 L2H ) 3 2L (H L) 2 Cr 3nm |Air 结 构 [7] , 反 射 峰 型 和 截 止 特 性 良 好 , 但是峰值的个数和位置无法在设计前就计算出 来 , 而是通过实验规律总结得到 , 也不能从物理本质 上给出合理解释 ; 另外有学者利用两种金属设计的 双峰 反 射 滤 光 片 , 如 Sub|H( LH) 4 2L( HL) 2 FeH (L H) 4 2L( HL) 2 Cr|Air 结构 [8] , 该膜系形成了中心 波长的高透射峰和靠近中心波长两边的反射双峰 , 但除中心波长处的透射峰可以确定位置外 , 两边的 反射峰的位置同样不能预先确定 。

目前 , 关于单通道和双通道全介质型的滤光片的 个数和位置 , 利用史密斯方法和相位条件可以在任一 波长得到高透射率 [9] 。 然而对于诸多结构构成的多 通道的反射式滤光片的个数和位置 , 设计者通常依据 实验所得的一定规律来确定 , 不能从物理本质上给出 合理的解释或计算 。 而 “ 光子晶体 ” 的特性为这种反 射式多通道滤光片的物理解释提供了可能性 [10-11] 。 光子晶体凭借其对光子传播的调控 , 广泛地应用于光 学传播与通信中 [12-15] 。 由于光子晶体的周期性结 构 , 就会出现光子带隙 , 类似于固体物理中的电子带 隙 。 频率处于电子带隙里的电磁波是不能通过的 , 同 样 , 处于光子带隙内波长的光也是无法通过的 。

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