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国际科学、工程和技术创新研究杂志

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不同结构MgF2和Ta2O5滤光片的设计参数

佩蒂尔1，阿曼瓦尔S K2——S Garg3.
  1. 印度圣加迪奇巴巴阿姆拉瓦蒂大学物理系博士生，塔波万路营地，阿姆拉瓦蒂，印度
  2. 印度Amravati, Sant Gadage Baba Amravati大学tapovan路营地物理系主任
  3. 印度浦那科特鲁德，麻省理工学院工程学院核心工程与工程科学系系主任
有关文章载于Pubmed，谷歌学者

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摘要

本文提出了一种由MgF2和ta2o5交替层组成的可调谐滤光片器件的改进设计。不同配置的窄带通(NBP)光学滤光片用于整个可见光谱范围(400nm-700nm)。本文报道了不同结构的窄带通滤光片的通带波长、3db带宽和质量因子等设计参数的计算值。当改变光波入射到滤波器输入层的角度时，还评估了设计参数。

关键字
可调滤光片，通带波长，3db带宽，质量因子。

介绍
多通道光通信系统是通过多个光学元件的实现而实现的。滤光片是提高光纤通道信息容量的关键器件之一。光纤通信系统使用各种类型的干涉滤光片，如多层薄膜，波长选择滤光片，光纤光栅干涉滤光片等[1][2][3][4]。开发人员的首要任务是在结构中使用最少的薄膜层来获得最大的选择性和可维护性。这些过滤器决定了系统的整体效率。近年来，人们对400nm至700nm可见光谱范围内的干涉滤波器的应用越来越感兴趣，这是由于它们在显示和传感器设备中的应用，而这些设备又用于生命科学、成像、工业或国防工业领域。低折射率和高折射率薄膜的多层干涉结构以及基于这种结构的滤光片早已为人所知。干涉涂层的设计和实现是生产具有特定特性[5][6]薄膜系统的主要阶段。在层状结构的波传播过程中出现反射波和折射波系统，并形成多种干涉图样。从层材的物理性质、层的厚度和层数等方面来改变层状介质的结构，可以在很大程度上控制波过程的特性。干扰滤波器可以包括几十层甚至几百层介电层。In this paper, we present different configurations of multilayer interference filter made up of alternating layers of MgF2 and Ta2O5 and calculate the design parameters such as pass band wavelength, 3- dB bandwidth and quality factor by using Transfer matrix Method forthe visible spectral range from 400nm to 700nm.

2结构及原理
干涉窄带通(NBP)滤光片一般由H和L交替层、薄膜、H和L交替层、…、薄膜、H和L交替层组成，其中H和L分别表示高折射率层和低折射率层，其共同厚度为四分之一波长。此外，薄膜由2n ' h '或2n ' l '组成，其中n是一个整数，决定了腔的长度。它由交替的MgF2和ta2o5层沉积在玻璃基板上。
图像
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因此，利用式(9)计算传输。

3不同配置的设计参数
利用MATLAB 2012软件，根据薄膜方程计算了层状结构的透射率。我们主要集中于获得精确的设计参数，而不是所需的计算时间。控制传输特性的设计参数是通过波长、3db带宽或半最大全宽(FWHM)和质量因子。在透射光模式的情况下，3db带宽或半最大全宽度(FWHM)是强度下降到其最大值一半的最大值两侧的点之间的宽度。这是一种衡量边缘锋利程度的方法。另一个决定器件性能的参数是滤波器的质量因子，它由通带波长与3-dB带宽的比值给出。质量因子是衡量选择性的指标。图1显示了“衬底/ LHLHL(2nH)LHLHL/ cover”滤波器结构，通过波长为480 nm时，11层1腔NBP滤波器结构根据腔长n的光谱响应。
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图2显示了“substrate/ LHLHLHLHL (2nH) LHLHLHLHL / cover”滤波器结构，通过波长为480 nm时，19层1腔NBP滤波器结构根据腔长(n)的光谱响应。
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设计参数的数值，即由图(1)和图(2)得到的3-dB带宽和质量因子，如表(1)所示。可以观察到，随着层数的增加，截止特征锐度增加，3-dB带宽值急剧下降。这使得过滤器具有更好的质量因子。
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图4显示了“衬底/ lhlhlhl (2nH) lhlhlhl / cover”滤波器结构和480nm通波长下19层1腔NBP滤波器结构的光谱响应。
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可以观察到，在两种结构下，随着入射角的增大，通过波长向较低的值偏移，这表明这种类型的配置可以用作400-700 nm波长的可调滤波器。表2给出了反射损耗最小波长的对应值。从图(3)和图(4)中可以看出，在入射倾角为20度时，由于反射造成的最小损失发生在滤波器设计的通波长即480 nm处。随着入射角的减小，通带向倾斜10度时的485nm和正常入射角时的490 nm等较高波长转移。随着入射角的增加，在倾斜30度时，通带偏移到较短的波长，如470 nm。因此，过滤器可以是可调的。
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图(5)为常规设计方法[8]下滤波器配置的谱响应，配置为(1H 1L 1H 1L 1H 1L)3 2H (1L 1H 1L 1H 1L 1H 1L)3 1L (1H 1L 1H 1L 1H 1L)3 2H (1L 1H 1L 1H 1L 1H 1L)3 1L (1H 1L 1H 1L 1H 1L)3 2H (1L 1H 1L 1H 1L 1H 1L)3 2H (1L 1H 1L 1H 1L 1L 1H)3 2H (1L 1H 1L 1H 1L 1L 1H)3 . 26569h 1.30674L。实验结果表明，通过带相对较大，最小波长为470 nm，最大波长为500 nm。这个滤波器的作用类似于宽带滤波器
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四。结论
本文给出了在整个可见光谱范围(400nm-700nm)内由MgF2和Ta2O5交替层组成的可调谐滤光片器件的改进设计的数学表达式。通过FWHM或3-dB带宽等参数，分析了光干扰对滤波器传输特性的影响，并计算了质量因子。对滤光片在不同层数、常规设计和栅栏柱设计下的光谱响应进行了对比研究。此外，由于不同的入射角，观察到最小损失波长的变化。入射角从正方向增加到30度，在较低的入射角处波长发生移位。因此，通过改变入射角，可以使滤波器可调。广泛的研究和开发工作正在进行中，以实现这种可调谐滤波器在可见区域的实验，因为这样的设备可以作为显示和传感器设备的基本构建块之一，而这些设备又用于生命科学、成像、工业或国防工业领域。此外，还可以分析材料的分级指标结构，以获得增强的滤波特性。

参考文献








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