光学基础及其技术 13

*第二章光学薄膜膜系设计2.5带通滤光片潘永强教授**带通滤光片的定义及特性参数

λ0——（峰值波长）中心波长Tmax——（峰值透射率）中心波长的透射率2△λ——（通带宽度）透射率为峰值透射率一半的波长宽度2△λ/

λ0——相对宽度带通滤光片：在一定的波段范围内，只有中间一小段是高透射率的通带，而在通带的两侧是高反射率(高抑制)的截止带的波段选择性透射滤光片。*长波通+短波通

这种结构得到的光谱特性是：可以获得较宽的截止带和较深的截止度，但不容易获得很窄的通带，所以常用于获得宽带通滤光片。带通滤光片的两种结构形式：F-P干涉滤光片光谱特性是：可以获得很窄的通带，但截止带宽度通常也比较窄,截止度也不深，所以大多数情况下都需要配合使用截止滤光片来拓宽截止带和增加截止深度。*2.5.1F-P干涉仪和窄带滤光片（1）F-P干涉仪由两个反射率为R1，R2，间隔为d的反射板组成，透射光强的空间分布为：其中：*（2）全薄膜F-P干涉仪

包括间隔层在内的所有功能元件全部由薄膜组成。例:G(HL)82H(LH)8G.全薄膜F-P干涉仪与空气间隔的F-P干涉仪的唯一区别:两反射板之间的间隔层厚度与波长同量级,

即：Nd～λ。*2.5.2基本原理和特性参数

窄带通干涉滤光片就是F-P干涉仪。窄带通干涉滤光片的透射特性：其中：

-----通带中心波长透过率/最大透过率（1）最大透射率*影响的因素：a.如果：吸收和散射均为零，而且R1=R2，那么T0=

1;b.如果：吸收和散射均为零，但是，R1≠R2，那么T0≠

1,*影响的因素：C.如果反射膜有吸收、散射损失，假定反射膜仍是完全对称的，用R12、T12和A12分别表示两反射膜的反射率、透射率以及吸收和散射损失。由于R12+T12+A12＝1，峰值透射率可以写成：

这也足以说明F—P滤光片对膜层的吸收、散射损失是极其敏感的。这说明：反射膜的透射率愈低或吸收、散射愈大，则峰值透射率愈低．

A+S~0.5%,R~98.8%,Tmax~50%;A+S~1%,R~98.8%,Tmax~30%.*（2）通带中心波长----透射率极大值的位置

由

当时，

——

由间隔层厚度确定。

注意：

a.m是以为单位的间隔层厚度；

b.m

也是该滤光片可产生的窄通带的个数。G/(HL)8

2H(LH)8/G*（3）通带宽度由定义：可推得：显然：

a.R1、

R2越高，通带越窄；

b.提高m数（增加间隔层的厚度），通带将变窄。但是，一般情况下m不大于4。*2.5.3不同膜系结构的带通滤光片全介质型:全介质单半波型全介质多半波型“金属--介质”型:“诱导”型*（1）全介质单半波型

G/(HL)s[m(2H)](LH)s/AG/(HL)sH[m(2L)]H(LH)s/A

特点:

a.A,S很小,R1,R2很高,∴

b.通带波形近似为三角形;

c.通带两侧截止区很窄;

d.制造工艺难度较大.反射膜/半波间隔层/反射膜*全介质滤光片的带宽如果两个反射膜对称，而且反射率足够高，则当层数给定时，用高折射率层作为最外层将得到最大反射率，所以，实际上只有两种情况需要考虑．即

*1）.对于高折射率间隔层的情况当层数足够多时高折射率间隔层时的带宽：*2).对于低折射率间隔层的情况当层数足够多时高折射率间隔层时的带宽：*全介质带通滤光片-单半波G/HLHLHLHL2HLHLHLHLH/AG/(HL)x2H(LH)x/A*G/HLHLHLHLH2LHLHLHLHLH/AG/H(LH)x2L(HL)xH/A通带波形近似为三角形*G/HLHLHLHLH2LHLHLHLHLH/A*（2）全介质多半波型

“多半波”是指膜系中有多个λ0/2间隔层。双半波型:G/HL2H(LH)2L2HLH/A

G/LH2L(HL)3H2LHLH/A

三半波型:G/LHL(LHLHLHLHL)2LHL/A

五半波型:G/LHL(LHLHLHL)4LHLHL/A特点:

半波长间隔层数越多，波形越接近矩形，但通带半宽度不变。单半波：

反射膜/半波间隔层/反射膜双半波：反射膜/半波间隔层/反射膜/半波间隔层/反射膜*G/HLH2LHLHLH2LHLH/A*G/0.5H2LHLHLH2LHL0.5H/A**G/Metal4LMetal/A

特点:

a.在通带以外的长波区无透射次峰;

b.通带较宽;

c.

中心透过率较低;

d.制造工艺简单。3.“金属--介质”型

“诱导”型*K9/AgMgF2Ag/A2.3nm560nm2.3nm*“诱导”-----依靠金属层两侧的介质膜系,使金属层的潜在最大可能透射率被诱导出来。G/HLHLH1.75LAg1.75LHLHLH/G也可以视作:Ag层代替两个间隔层之间的反射膜的双半波窄带通滤光片。特点:

a.金属层的吸收比其只处在单一介质中时低的多；b.没有长波透射次峰。反射膜/半波间隔层/反射膜（金属层）/半波间隔层/反射膜*G/HLHLH1.75LAg1.75LHLHLH/A*2.5.4NBPF的应用NarrowBandPassFilter

DWDM（DenseWavelengthDivisionMultiplexing密集波分复用）;CWDM（CoarseWavelengthDivisionMultiplexing稀疏波分复用）*用于DWDM系统的F-P干涉滤光片大多数采用:

DWDM超窄带滤光片119层四半波滤光片四腔型滤光片双半波滤光片的一种基本结构*