[发明专利]基于纳米孔阵列结构的滤光片

说明书

本发明公开了一种基于纳米孔阵列结构的滤光片，主要解决现有滤光片结构复杂、加工难度大、稳定性低，及对不同偏振方向的入射光不能获得相同透射率的问题。其包括：基底(1)，金属膜(2)以及纳米孔阵列(3)，金属膜(2)位于基底(1)的上面，该纳米孔阵列(3)由圆孔(31)和正菱形孔(32)，并按行或列以周期P交错排列刻蚀在金属膜(2)的表面，且圆孔(31)所在行和列均与正菱形孔(32)所在行和列间隔半个周期，使任意一个孔的中心到其周围相邻的四个孔的中心距离相同，通过改变周期P，实现对滤光片透射率的调控。本发明结构简单，易于制造，稳定性高，能获得不同偏振方向入射光照射下的相同透射率，可用于光谱重建。

技术领域

本发明属于微纳光学器件技术领域，具体涉及一种滤光片，可用于光谱重建。

背景技术

物质的光谱被称为物质的“指纹”，在资源勘探，农作物估产，疾病诊断等领域都有广泛的应用。但是，当前获取光谱的分光方法主要有棱镜分光，光栅分光和干涉仪分光，这些分光方法大都需要庞大的设备和复杂的光路，严重制约了光谱在现场检测方面的应用。当前，一种基于透射率调控的光谱重建新方法被提出，该方法是将一组设计好具有确定光谱透射率的滤光片置于一组探测器之前，然后通过后处理即可实现对光谱的重建。这种方法原理简单，易于实现，且不需要复杂的光路，可加装于现有的普通光学成像设备上，为廉价、小型化的光谱仪设计提供新的技术途径，其核心是设计具有已知光谱透射率的滤光片。为了设计满足基于透射率调控的光谱重建方法要求的滤光片，需要该滤光片具有透射率可调控、稳定性高、易于制造的特点，同时为了进一步缩小仪器的尺寸，滤光片的尺寸应该尽可能小，且为了提高光谱重建质量，滤光片需要对任意方向的偏振光均具有相同的透射率特性。

近年来，针对滤光片的设计主要包括以下多种研究：

Bao和Bawendi两位学者在文章《A colloidal quantum dot spectrometer》中提出了一种量子点滤光片，该方法将量子点置于胶体之中构造滤光片，通过改变量子点的种类和大小，调控滤光片的透射率，该滤光片具有较小的尺寸，同时该滤光片对任意方向的偏振光均具有相同的透射率特性，但是量子点胶体需要严密封装，否则，胶体蒸发，会引起透射率改变，从而降低光谱重建的精度，因此该滤光片的稳定性不高，此外该滤光片加工难度较大。

北京理工大学的学者Xiaoxiu Zhu在文章《Broadband perovskite quantum dotspectrometer beyond human visual resoluton》中提出了一种钙钛矿量子点滤光片，通过改变构成滤光片的卤化物的种类，调控其透射率，该滤光片同样具有较小的尺寸，且对任意方向的偏振光均具有相同的透射率特性，同时该滤光片相对于Bao的量子点胶体滤光片更容易制造，但仍存在稳定性不高的问题。

威斯康辛大学麦迪逊分校的Yu教授在文章《Spectral analysis based oncompressive sensing in nanophotonic structures》中提出了一种由光子晶体平板构成的纳米光子结构滤光片，该滤光片具有由上到下的四层结构叠加而成的，且在顶部的Si层上还刻蚀有周期性气孔，通过改变气孔的大小和气孔的排列方式，或者改变滤光片各层的厚度和间距，均可以实现对滤光片透射率的调控，该滤光片尺寸较小，稳定性高，但其结构复杂，加工难度大。

俄勒冈州立大学的Xinyuan Chong学者在文章《On-chip near-infraredspectroscopy of CO2 using high resolution plasmonic filter array》中提出了一种基于等离子体激元光栅的滤光片，该滤光片由覆盖于玻璃基底上的Au薄膜构成，在Au薄膜上刻蚀有周期性缝隙构成光栅，在光栅表面覆盖有SU-8光刻胶作为波导层，通过改变光栅的周期性，调控滤光片的透射率，该滤光片稳定性高，结构简单，易于加工，但是光栅具有方向性，对于不同方向的偏振光该滤光片具有不同的透射率特性，极大地影响了光谱重建的质量。

发明内容