CN103197450A - 基于导模共振液晶结构的偏振无关滤波器 - Google Patents

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陈麟
吕腾
胡东
臧小飞
彭滟
袁明辉
蔡斌
朱亦鸣
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Abstract

本发明涉及一种基于导模共振液晶结构的偏振无关滤波器，包括从上而下依次排布的第一电极层、光栅层、第二电极层和基底层，第一电极层与第二电极层之间连接可调电压电源，用于调节光栅层两端的第一电极层和第二电极层的纳米铟锡金属氧化物上所加电压，使得横电模与横磁模的滤波峰波长重合,实现偏振无关效应。本发明通过调节液晶两端的ITO（纳米铟锡金属氧化物）上所加电压，从而改变不同偏振态的谐振波长，使得横电模(TE)与横磁模(TM)的滤波峰波长重合,从而实现滤波器的可调偏振无关效应。

Description

基于导模共振液晶结构的偏振无关滤波器
技术领域
本发明涉及一种用于偏振无关波分复用光通信系统及器件，尤其是一种基于导模共振液晶结构的偏振无关滤波器。
背景技术
导模共振滤波器是一种亚波长量级的微纳光学器件，具有窄带宽，高反射，结构简单等优点，所以导模共振滤波器在光开关，生物传感器，防伪标签，太阳能电池用限波结构，束选择以及偏振器等方面有着广泛的应用。2008年中国科学院上海光学精密机械研究所Xiaoyong Fu et al.提出了垂直入射偏振无关导模共振滤波器，通过适当的参数，实现了TE模和TM模有相同的共振波长（OPTICS LETTERS，34，124 ，2，2009）。2010年北京交通大学的光波技术研究所Fan Zhang et al.又发明了超窄线宽的偏振无关导模共振滤波器，通过单光栅的不对称外形实现了高反射和偏振无关（CHINESE OPTICS LETTER，9，033101-1，3，2011）。2011年埃克斯-马赛大学，法国国家科学研究中心A.-L. Fehrembach et al.提出了一维的交叉共振光栅的可调的偏振无关窄带滤波器，通过交叉共振光栅和不同的入射角度实现了100nm范围的可调滤波（OPTICS LETTERS，36，1662 ，9，2011）。但是，以上滤波器均未能将偏振无关的导模共振滤波器与可调谐滤波相结合。
发明内容
   本发明是要提供一种基于导模共振液晶结构的偏振无关滤波器，该偏振无关滤波器通过调节液晶两端的ITO（纳米铟锡金属氧化物）上所加电压，从而改变不同偏振态的谐振波长，使得横电模(TE)与横磁模(TM)的滤波峰波长重合, 从而实现滤波器的可调偏振无关效应。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
   一种基于导模共振液晶结构的偏振无关滤波器，包括从上而下依次排布的第一电极层、光栅层、第二电极层和基底层，其特点是：第一电极层与第二电极层之间连接可调电压电源，用于调节光栅层两端的第一电极层和第二电极层的纳米铟锡金属氧化物上所加电压，使得横电模与横磁模的滤波峰波长重合,实现偏振无关效应。
第一，二电极层的材料为纳米铟锡金属氧化物，折射率n1=2.1,厚度d1=160nm；光栅层：脊背折射率nH=1.7,材料为光刻胶，沟槽折射率nL,材料为液晶, 厚度d2=270nm；基底层：基底折射率ns=1.45,材料为石英玻璃。 
光栅层的光栅周期                                                
Figure 201310123571X100002DEST_PATH_IMAGE001
=460nm光栅的刻蚀深度h=270nm，入射角为0°,填充因子f=0.7。
本发明的有益效果是：
   本发明通过调节液晶两端的ITO（纳米铟锡金属氧化物）上所加电压，从而改变不同偏振态的谐振波长，使得横电模(TE)与横磁模(TM)的滤波峰波长重合, 从而实现滤波器的可调偏振无关效应。
本发明在光通信应用的特点如下：
1.材料毒性小，易于制作，易控制，可固化。
2.光学特性（如折射率）可以随电压调节而变化。
3.折射率则与导模共振峰位置成线性关系。
   因此本发明中基于液晶的滤波器实现可调与偏振无关效应，从薄膜的理论上来讲，共振峰则是由膜层间的相位偏移而引起的。
附图说明
图1是本发明的基于导模共振液晶结构的偏振无关滤波器；
图2是本发明通过电压调节控制实现共振峰的可调与681.2 nm处的偏振无关效应示意图；
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明，本发明并不局限于以下实例。
如图1所示，本发明的基于导模共振液晶结构的偏振无关滤波器，包括第一电极层1、光栅层3、第二电极层2和基底层4。
第一电极层1与第二电极层2之间连接可调电压电源，用于调节光栅层两端的第一电极层1和第二电极层2的ITO（纳米铟锡金属氧化物）上所加电压，使得横电模(TE)与横磁模(TM)的滤波峰波长重合,实现偏振无关效应。
第一，二电极层1，2的材料为ITO（纳米铟锡金属氧化物），折射率n1=2.1,厚度d1=160nm；光栅层3：脊背折射率nH=1.7,材料为光刻胶，沟槽折射率nL,材料为液晶, 厚度d2=270nm；基底层4：基底折射率ns=1.45,材料为石英玻璃。
光栅层3的光栅周期
Figure 201310123571X100002DEST_PATH_IMAGE003
=460nm光栅的刻蚀深度h=270nm，入射角为0°,填充因子f=0.7。
光栅制作工艺与传统光栅的制作工艺相同，不同的在与液晶的加入。本发明选用TEB300的液晶与EB8301的聚合物来制作本光栅滤波器。这样的搭配可以让制备折射率可调范围较长的滤波器。首先将镀好的ITO膜并刻蚀出光栅结构后的玻璃片放入可开后盖的玻璃立方体，使之四周贴近且封闭，涂抹加热后的液晶与聚合物的混合液，使之慢慢的冷却，最后使用514 nm Ar+激光器照射混合物使之固化，然后打开后盖的后盖将固化好的结构取出，然后再镀上一层ITO膜。此时的液晶材料能实现1.5-1.62的折射率电控调节。
（1）将镀好ITO膜并刻蚀出光栅结构后的玻璃片放入可开后盖的玻璃立方体，使之四周贴近且封闭，涂抹加热后的液晶，并用光刻胶将液晶固定，使之慢慢的冷却,形成光栅。
（2）使用514 nm Ar+激光器照射混合物使之固化，然后打开后盖的后盖将固化好的结构取出，然后再镀上一层ITO膜。
（3）两次镀ITO膜时，在ITO膜中埋入金线，并将上下两层ITO膜中的金线接到电源两端。
（4）调节电源电压大小，将液晶的折射率由1.5-1.62的调节，采集数据。如图2所示，取1.51, 1.52, 1.528, 1.54和1.55几个折射率作图，得到图中共振峰。
因此本发明在通过电压调节控制，将共振峰调于681.2 nm处，使n3=1.528时，横电模TE与横磁模TM的透射峰频率重合,从而实现导模共振液晶结构的偏振无关。

Claims (3)

1.一种基于导模共振液晶结构的偏振无关滤波器，包括从上而下依次排布的第一电极层（1）、光栅层（3）、第二电极层（2）和基底层（4），其特征在于：所述第一电极层（1）与第二电极层（2）之间连接可调电压电源，用于调节光栅层（3）两端的第一电极层（1）和第二电极层（2）的纳米铟锡金属氧化物上所加电压，使得横电模(TE)与横磁模(TM)的滤波峰波长重合,实现偏振无关效应。
2.根据权利要求1所述的基于导模共振液晶结构的偏振无关滤波器，其特征在于：所述第一，二电极层（1，2）的材料为纳米铟锡金属氧化物，折射率n1=2.1,厚度d1=160nm；所述光栅层（3）：脊背折射率nH=1.7,材料为光刻胶，沟槽折射率nL,材料为液晶, 厚度d2=270nm；所述基底层（4）：基底折射率ns=1.45,材料为石英玻璃。
3.根据权利要求1所述的基于导模共振液晶结构的偏振无关滤波器，其特征在于：光栅层（3）的光栅周期=460nm光栅的刻蚀深度h=270nm，入射角为0°,填充因子f=0.7。
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