[发明专利]一种广谱可调超窄带通滤光系统

说明书

本发明公开了一种广谱可调超窄带通滤光系统。该系统包括具有缺陷模的一维光子晶体、级联光子晶体结构和多通道滤光通路；其中，具有缺陷模的一维光子晶体包括由高折射率介电材料和低折射率介电材料周期堆叠构成的布拉格反射结构、缺陷层和布拉格反射结构的镜像结构依次排列构成；多个具有缺陷模的一维光子晶体通过连接层连接在一起形成级联光子晶体结构；多个级联光子晶体结构分别分装在多通道滤光通路中。本发明基于级联光子晶体结构的超窄带通滤光片，具有结构简单，光子晶体薄膜材料选择丰富等优点，通过优化光子晶体结构参数可实现广谱超窄带通滤光，满足了多种场景下的需求。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种广谱可调超窄带通滤光系统。

背景技术

随着光通信技术产业化的不断完善，光学薄膜在红外、可见光、紫外光波段均有极大的发展前景。比如，红外滤光片在基于电荷耦合器(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)的图像传感器制作的成像系统中得到了广泛应用；近年来，随着发光LED技术的不断成熟，不少学者对LED可见光网络通信系统进行研究，可见光滤波片在实现LED电光转换、光信号传输解析及数字信息通信中扮演了重要的角色；而紫外光波段的滤波器在生物医疗检测、水质检测仪器、生化分析仪器以及科研实验仪器等设备上都有广泛的应用。

随着量子理论的发展，基于量子纠缠态的光量子通信逐渐走进人们的视野。量子通信作为一种新型信息传输方式，具有传统通信所不具备的安全特性，在国防安全、金融信息等领域有着巨大的应用价值和前景。在量子通信系统中，需要半高宽低于0.1nm的超窄带通滤光片进行通信系统搭建，而市面上带通滤光片的半高宽大都为10nm左右，难以满足量子通信的需求。随着人们对光子晶体研究的不断深入，利用光子晶体来实现光信号的带通滤波成为热门技术。光子晶体定义为两种以上具有不同介电常数(折射率) 的介质通过周期性排列形成的人工微结构材料，光信号传播过程中，由于布拉格散射(Braggscattering)，特定频率的光信号因相干相消导致无法通过光子晶体，在频谱上形成的带隙类似电子能带结构中的禁带，即“光子禁带”。光子晶体可以分为三大类：一维光子晶体、二维光子晶体和三维光子晶体。其中，一维光子晶体具有结构简单、制作方便、禁带计算容易等特点，因此光子晶体滤波设计和应用更多采用一维结构。通过局部破坏光子晶体的周期性结构(即引入缺陷层) 组成超晶格时，光子会出现强烈的安德森局域(AndersonLocalization)效应，此时带隙中会出现频带极窄的缺陷模通带，进一步改变缺陷模光子晶体结构，优化光子晶体微腔的选频特性，可以实现半高宽低于0.1nm的超窄带通滤光，满足量子通信系统的需求。

基于缺陷模光子晶体结构的光学滤光片具有超窄带通滤光的特性，但由于缺陷模通带谱线在光子带隙中呈洛伦兹线形，导致光谱边缘不够陡峭，带外阻挡效果不理想。此外，基于缺陷模光子晶体的光学滤光片还有通带范围固定、通带内凹陷，中心波长可调范围小等问题，这在滤光片应用的工作环境中产生极大的局限性，通常需要配备额外的滤光片辅助进行操作，提高了实验成本。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种广谱可调超窄带通滤光系统。

为了达到上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种广谱可调超窄带通滤光系统，包括具有缺陷模的一维光子晶体、级联光子晶体结构和多通道滤光通路；所述具有缺陷模的一维光子晶体包括由高折射率介电材料和低折射率介电材料周期堆叠构成的布拉格反射结构、缺陷层和所述布拉格反射结构的镜像结构依次排列构成；多个所述具有缺陷模的一维光子晶体通过连接层连接在一起形成级联光子晶体结构；多个所述级联光子晶体结构分别分装在多通道滤光通路中。

进一步地，所述高折射率介电材料的厚度和低折射率介电材料的厚度均满足四分之一中心波长布拉格条件，所述缺陷层厚度满足二分之一中心波长条件。

进一步地，所述中心波长为所述具有缺陷模的一维光子晶体的光子带隙中频率极窄的缺陷态。

进一步地，所述多通道滤光通路为带有分布式通光孔的光学元件。