基于導模共振效應的多通道窄帶濾光片的設計

　　基于導模共振效應設計了幾種多通道窄帶濾光片，并利用嚴格耦合波法分析其光譜特性。在設計的單層濾光片的基礎上增加第一層高折射率緩沖層，當厚度為523. 8 nm 和689. 2 nm 時，得到雙通道和三通道的反射峰，在此基礎上增加第二層厚度為768 nm 的低折射率緩沖層，得到四通道的反射峰。另外，通過調(diào)節(jié)單層濾光片的入射角度得到對稱的雙通道反射峰。

引言

　　1902 年，Wood在研究金屬光柵時首次發(fā)現(xiàn)了導模共振效應。所謂導模共振效應是指亞波長光柵在特定的結(jié)構(gòu)參量和入射條件下出現(xiàn)的特殊衍射效應，當入射光和光柵層所支持的泄漏模相互耦合時會產(chǎn)生共振異常現(xiàn)象，通常表現(xiàn)為共振波長處有極高的衍射效率。20 世紀90 年代，Magnusson 等學者將導模共振效應應用到濾光片的設計中，取得了顯著的效果。這種新型的濾光片和傳統(tǒng)的薄膜型濾光片相比有許多優(yōu)點，比如極窄的帶寬、極高的反射率、共振波長可控及相對簡單的結(jié)構(gòu)等�；�于導模共振效應，利用平面介質(zhì)波導理論和嚴格耦合波法設計了多通道的窄帶濾光片。

設計原理

　　典型導模共振濾光片的結(jié)構(gòu)如圖1 所示，最簡單的導模共振濾光片僅由基底和一個光柵層構(gòu)成，如圖2 所示。

圖1 典型的導模共振濾光片結(jié)構(gòu)示意圖

　　光柵層由兩種折射率分別為nH和nL的材料周期排列組成，光柵層的厚度為d，光柵周期為T，填充系數(shù)為f，將其定義為光柵層中高折射率材料所占槽寬和光柵周期T 的比值。覆蓋層和基底層的折射率分別是nc和ns。

圖2 單層導模共振光柵的結(jié)構(gòu)圖

結(jié)論

　　利用導模共振效應設計的窄帶濾光片具有非常卓越的光學特性�；�于導模共振效應設計了幾種多通道的窄帶濾光片，并利用嚴格耦合波法分析了反射光譜。首先設計了單層濾光片，然后分別通過調(diào)節(jié)入射角度和增加緩沖層這兩種方法得到了二、三、四通道的窄帶濾光片，并且反射峰的反射率均保持在較高水平。