[发明专利]一种可见光深截止的激光矩形滤光片及设计方法

说明书

本发明属于属于光学薄膜技术领域，具体涉及一种可见光波段深截止的激光矩形滤光片及设计方法。本发明提出的激光矩形滤光片设计方法，将多腔滤光薄膜分成对称两个部分同时沉积在胶合基底的内表面，避免了多腔滤光片的制备误差累计问题。通过调整两个基底外表面的长波通和短波通截止滤光薄膜的周期数，可以控制截止带的截止深度。该设计方法提供的滤光元件，适用于熔融石英基底和玻璃基底基底，可实现在532nm激光波长达到95％以上的透过率，带宽小于1.5nm，截止深度小于1×10^‑4。

技术领域

本发明属于光学薄膜技术领域，特别是滤光光学元件的设计与制备技术，具体涉及一种带宽小于1.5nm、截止深度小于1×10^-4的可见光波段深截止的激光矩形滤光片及设计方法。

背景技术

随着激光器件与探测技术的发展，基于主动激光的光电系统得到广泛的应用，涌现出激光雷达、激光引信、激光测高仪、激光测距、激光信标、激光通信等各类激光应用系统，推进了现代光电技术的发展。诸如激光雷达技术，已经发展了大气探测激光雷达、海洋探测激光雷达、空中交会对接激光雷达、避障激光雷达、空间高分辨率对地观测、化学成分探测激光雷达等。无论在哪种领域内应用，激光回波探测的精度和灵敏度一直是提高激光系统工作精度的关键。

激光回波探测的关键是提高信噪比和窄线宽，滤光片则是激光系统中的核心元件。由于目标背景杂散光的存在，提高信噪比的关键是提高滤光片的抑制比，即提高激光波长的透过率和降低旁带的透过率，因此对滤光片提出了宽波段深截止、窄带高透过率的需求。

常用的窄带滤光片结构为法布里-珀罗型，中间耦合层+两侧反射膜实现干涉滤光，但是单腔的滤光片通带为近似三角形，利用低折射率膜层串接多腔的方法可以有效改善通带的形状。按照串接腔的数量，主要有双腔滤光片、三腔滤光片或者多腔滤光片。通过串接多腔可以将通带改善为矩形。以光通信领域的DWDM滤光片为代表的产品，其中200GHz窄带滤光片已经成熟，100GHz滤光片也研制成功，所有滤光片均是全介质滤光薄膜制作而成。尽管滤光片的带宽已经达到1nm以下，但是制作成本高而且并未实现其余波段的宽带截止。因此对于压缩线宽和宽旁带的透过率同步实现，仍具有一定的难度。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提出一种可见光深截止的激光矩形滤光片及设计方法，以解决如何对于特定波长激光能够高度透过且具有小通带带宽，而在其余波段具有深度截止的技术问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提出一种可见光深截止的激光矩形滤光片设计方法，该设计方法包括如下步骤：

确定滤光片的基本结构；其中，滤光片由两个基底胶合而成，其中第一基底外表面具有长波通截止滤光薄膜，第二基底外表面具有短波通截止滤光薄膜，第一基底和第二基底之间用于胶合的内表面均具有窄带通滤光薄膜；

选定滤光片的参考波长λ₀，选择膜系结构中使用的基底材料Sub、高折射率材料H和低折射率材料L；

将第一基底外表面的长波通截止滤光薄膜的第一初始膜系结构，按照下式进行设计：

Sub|α_A(1H 1L)^m_Aβ_AH|Air

其中，α_A和β_A分别代表第一初始膜系结构每层膜的光学厚度系数，m_A为基本周期(1H 1L)的周期数，单位光学厚度为λ₀/4；

设定波长范围λ₀±20nm的透过率为最大值，对第一初始膜系结构进行优化，优化后的第一膜系结构为：