[发明专利]一种可集成窄带微型滤光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种滤光器，尤其是涉及基于金属微纳结构的一种可集成窄带微型滤光器。

背景技术

滤光器是光学系统和光电器件中的一个重要组成部分。随着人们对高性能、智能化、便携化光电产品的需求，滤光器的微型化、集成化成为一个重要技术课题。具有高品质、窄带宽的透射性超薄滤光器在微光学系统和器件中尤其具有重要作用，它不仅可以是其中具有滤光功能的独立单元，也可以做为较复杂光电器件的结构单元被集成于其中而发挥滤光功能。

对于微型滤光器，基于Fabry-Perot谐振效应的腔式结构是其中最常用、效果也较好的一种【如以下文献所涉及：1、B.Y.Jung,N.Y.Kim,C.Lee,C.K.Hwangbo,and C.Seoul,Appl.Opt.41,3312(2002)；2、G.Lu,B.Cheng,H.Shen,Y.Zhou,et al.,Appl.Phys.Lett.89,223904(2006)；3、H.Zhang,J.Shi,W.Wang,S.Guo,M.Liu,H.You,and D.Ma,J.Lumin.,122-133,652(2007)；4、Z.Y.Wen,G.Chen,and J.G.Wang,Spectrosc.Spect.Anal.26,1955(2006).】。这种滤光器结构的前后反射镜可以是金属薄膜、或多层周期性介质薄膜组成的布拉格(Bragg)反射镜。这种结构一般受到腔体长度限制，滤光带宽较宽；而要使带宽较窄，就需要反射镜反射系数很大或(和)腔体长度较大；而腔体长度较大时，高次谐振带来较小相邻通带间距。所以这种结构有时不适用于非常紧凑的微型化光学系统和器件对高品质滤光功能的要求。而且要在芯片上集成对应于不同谐振波长的Fabry-Perot谐振腔阵列，就需要使不同单元内谐振腔的长度或(和)腔内介质的折射率不同。这对于目前常用的平面工艺来说，是较难在制造上实现的。自从发现了具有周期性纳米孔阵列的金属薄膜所具有的“异常”透射现象【参见文献：5、T.W.Ebbesen,J.J.Lezec,H.F.Ghaemi,T.Thio,and P.A.Wolff,Nature 391,667(1998)】以来，许多研究开发人员提出了基于此类金属薄膜中周期性纳米孔(或缝)的多种结构，通过改变芯片平面内不同单元内纳米孔(缝)的尺寸、形状和组合【参见文献：6、Z.Sun,Y.S.Jung,and H.K.Kim,Appl.Phys.Lett.83,3021(2003)；7、C.Genet,and T.W.Ebbesen,Nature 445,39(2007)；8、C.Y.Chen,M.W.Tsai,T.H.Chuang,Y.T.Chang,and S.C.Lee,Appl.Phys.Lett.91,063108(2007)；9、A.Battula and S.C.Chen,Appl.Phys.Lett.89,131113(2006)；10、A.P.Hibbins,M.J.Lockyear,and J.R.Sambles,J.Appl.Phys.99,124903(2006)；11、K.H.Su,Q.H.Wei,and X.Zhang,Appl.Phys.Lett.88,063118(2006)；12、C.Cheng,J.Chen,Q.Y.Wu,F.F.Ren,J.Xu,Y.X.Fan,and H.T.Wang,Appl.Phys.Lett.91,111111(2007)】，它们展现了实现新一代集成可调光学滤波器的应用潜力。但是它们也存在一些局限。比如，由于基于其中表面等离激元波(Surface Plasmon，SP)谐振效应，光波在透射的谐振过程中损耗较大，使得这种基于纳米孔(缝)阵列的光学滤波器具有较宽的通带宽度(以半宽高来算，即FWHM，一般为约100～200nm)。

发明内容

本发明的目的在于提供可用于微光学系统和光电器件的一种可集成窄带微型滤光器。

本发明设有衬底、介质薄膜层结构和金属光栅；

介质薄膜层结构设于衬底上表面，介质薄膜层结构设有至少2层介质薄膜层，每层介质薄膜层的折射率不同，金属光栅设于介质薄膜层结构上表面，金属光栅为一维金属光栅或二维金属光栅。

所述衬底可为半导体衬底或透明介质衬底；所述半导体衬底可为用于制作所涉及光电器件的半导体基底材料；所述透明介质衬底可为绝缘体介质薄膜层，如氧化硅(包括石英)、氧化铝、氮化硅、以及塑料或其它聚合物等。