[发明专利]一种中红外可调谐窄带带通滤波器

说明书

本发明涉及微纳光学器件领域，具体是一种中红外可调谐窄带带通滤波器，包括有基底，自基底向顶层，依次设置第一、二、三电介质镀层、石墨烯层、第四、五电介质镀层、光栅层、第六、七、八和九电介质镀层；其中基底、第二、五、六和八电介质镀层为低折射率材料，第一、三、四、七和九电介质镀层为高折射率材料。由于光栅层的衍射效应，产生衍射波，在电介质镀层内形成导模共振，电磁场能量主要集中在第三和第四电介质镀层内，改变石墨烯的费米能，从而改变石墨烯的折射率，实现导模共振峰位的改变，最终实现透射峰的调谐。

技术领域

本发明涉及微纳光学器件领域，具体是一种中红外可调谐窄带带通滤波器。

背景技术

由于中红外波段含有气体分子的基频吸收带和大气透射窗口，使得中红外波段器件和设备备受人们关注。迄今，中红外器件已在空间大气环境监测、光通信以及医疗诊断等多方面有着广泛的应用。滤波器是一种可实现波长选择的器件，可应用于放大器的噪声滤除、波长选择和波分复用等等。另外，滤波器还是非分光红外应用的核心器件，可以实现对特定分子吸收带进行波长选择。但一般滤波器中心波长都采用固定模式，不利于多组分测量应用场合的经济性，因此发展可调谐中红外滤波器就显得十分必要。

石墨烯是一种准二维材料，在强度、导电、柔韧、光学和导热等方面具有优异的特性，石墨烯电导率可以由所加电压改变，使得石墨烯广泛应用于光动态调控器件。另一方面，由于电控方案具有易操作性，使得基于石墨烯的光动态调控器件具有极大的实用价值。迄今，基于石墨烯中红外波段滤波器带宽都在10nm以上(Plasmonics(2014)9:1239-1243)，为提高滤波器分辨率，需发展带宽更窄的可调谐中红外滤波器。发明专利(申请号：201710909586.7)提出了一种中红外窄带可调谐滤波器，但是这种滤波器属于带阻模式，为适应新的应用场合，需发展中红外波段可调谐带通滤波器。

发明内容

本发明的目的是提供一种中红外窄带可调谐带通滤波器，以解决现有技术存在的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种中红外可调谐窄带带通滤波器，包括有基底，自基底向顶层，依次设置第一电介质镀层、第二电介质镀层、第三电介质镀层、石墨烯层、第四电介质镀层、第五电介质镀层、光栅层、第六电介质镀层、第七电介质镀层、第八电介质镀层和第九电介质镀层；其中基底、第二电介质镀层、第五电介质镀层、第六电介质镀层和第八电介质镀层为低折射率材料，第一电介质镀层、第三电介质镀层、第四电介质镀层、第七电介质镀层和第九电介质镀层为高折射率材料。

优选地，所述第三电介质镀层和第四电介质镀层材料相同。

优选地，所述高折射镀层厚度小于低折射率镀层厚度。

优选地，所述基底折射率低于第一电介质镀层的折射率。

优选地，所述第三电介质镀层和第四电介质镀层的厚度之和与其他高折射率电介质镀层的厚度相等。

优选地，所述第一、七和九电介质镀层的厚度分别为340～500nm，第三和第四电介质镀层的厚度分别为170～250nm。

优选地，所述第二、五、六和八电介质镀层的厚度分别为600～800nm。

优选地，所述光栅层厚度为740～940nm。

优选地，所述光栅层中低折射率材料宽度为720～1680nm。

优选地，所述高折射率材料为氮化硅，低折射率材料为二氧化硅。

本发明的优点在于：

本发明设计了一种基于石墨烯新型滤波器结构，通过调谐偏置电压实现石墨烯费米能变化，最终实现了横电(TE)偏振光窄带透射峰位可调谐，满足了透射峰位动态变化需求。

附图说明