CN104570378B - 一种宽带角度选择光学滤波器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽带角度选择光学滤波器及其制备方法。滤波系统包括对称衍射级次分布的二元相位衍射光栅和与二元相位衍射光栅衍射级次对应的体布拉格光栅；二元相位衍射光栅的衍射光级次从中心向两侧位置依次增加，体布拉格光栅按其光栅周期由低到高依次从中心向两侧放置，体布拉格光栅与二元相位衍射光栅中心轴线呈对称分布。依据光栅的占空比、周期和光栅层厚度参数，在光栅基底上进行矩形栅条制备，得到二元相位衍射光栅；依据体布拉格光栅的数目及对应的周期和厚度参数，在硅酸盐基光致热敏折射率玻璃上进行光栅制备。本发明提供的宽带角度选择光学滤波器具有宽带光输入滤波的效果，结构简单，滤波一致性好的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种光栅式宽带角度选择光学滤波器件，属于激光光学系统器件技术领域。
背景技术
在光学传输中，光滤波器用于从众多的波长中挑选所需的波长，阻止除此波长以外的光波，被广泛应用于各类光学系统中。如激光传输中对各种空间干扰很敏感，各种干扰进入光学元件导致的衍射会降低激光的空间均匀性，从而使激光器系统的负载能力下降。在成像光学系统中，采用空间光学滤波处理多色信号，能够改善影像质量，去除高频噪声与干扰和增强影像边缘。
传统的“4f”空间光学滤波系统主要由金属针孔、凸透镜和多维调节支架组成。光束聚焦后通过针孔，利用透镜的傅里叶变换作用来分开激光中不同的空间频率成分，空间频率高的发散角大，光路中的中高频噪音因偏离光的正入射方向而不能通过针孔，达到滤波效果，透镜口径决定光斑大小，金属针孔直径控制滤波程度，实现低通空间滤波作用。由于“4f”系统需要真空室消除聚焦击穿和需要大空间或非球面透镜消除球差，因此造成整个滤波器体积庞大；滤波器的小孔太小容易造成等离子堵孔效应，因此对中高频的滤除十分困难，滤波性能较差；滤波器主要光学元件是透镜，对于窄带脉冲，透镜元件的色差效应并不明显，而对宽带脉冲则不能忽视，对于自由空间线性传输，10nm量级带宽的影响是有限的，但透镜等元件的色差较大，在系统设计时必须认真考虑。
在本发明做出之前，利用体全息光栅进行激光空间滤波的最早报道在1995年，J.E. Ludman等人制作毫米厚度的提全息滤波器，角度选择达1.0mrad，具有良好的空间滤波效果（J. E. Ludman, J. Riccobono, N. Reinhand, et al., Nonspatial filter forlaser beams, 1995, 8-th Laser Optics Conference, June 27–July 1, St.Petersburg, Russia.）。利用体全息器件进行空间滤波，光束不需要聚焦、光束准直性好、结构简单和造价低，并且用两块体全息滤波器叠加可以实现二维空间滤波。但是，用于滤波元件的全息介质材料主要是孔隙玻璃光敏材料或光致聚合物感光材料等，稳定性差、滤波均匀性不理想，并且材料耐热性不好，不能承受高功率激光照射。
利用体布拉格光栅做窄带滤波器已有报道，公开号为CN 101614879的中国发明专利 “窄带光滤波器”，涉及一种窄带光滤波器，由一块透射式体布拉格光栅和一块反射式体布拉格光栅组成；公开号为CN1 01738739A 的中国发明专利“高功率激光衍射型空间滤波器”，涉及一种高功率衍射型空间滤波器，采用了分离式体布拉格光栅或双片集成式光栅结构。
现有技术中，文献 “透射型体相位光栅对连续激光束的空间低通滤波”（郑光威，何焰蓝等人，《光学学报》，2009年第4期）；“透射型体光栅对超短脉冲高斯光束衍射特性研究”（郑光威，刘莉等，《光学学报》，2009年第1期）；“用于实现空间滤波的体布拉格光栅的制备”（郑浩斌，何焰蓝等人，《光电工程》，2009年第1期）报道了体布拉格光栅对激光的衍射特性和用全息法在光致聚合物中记录体布拉格光栅实现激光光束二维空间低通滤波，所述的滤波器构型满足窄带滤波的需求，不支持宽带激光输出。
发明内容
本发明的目的是，针对宽带光学滤波现有技术存在的不足，提供一种具有大光学带宽、高激光功率承载和滤波能量效率高的特点，且制作简便的新型宽带角度选择光学滤波器系统及其制备方法。
为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种宽带角度选择光学滤波器，它的滤波系统包括对称衍射级次分布的二元相位衍射光栅和与二元相位衍射光栅衍射级次对应的体布拉格光栅；其结构为：沿平行入射的宽带光的传播方向，宽带光先入射到前端二元相位衍射光栅，经对称衍射级次分光后，分别进入对应级次分布的体布拉格光栅中，再由体布拉格光栅进行相应的角度选择后入射到后端二元相位衍射光栅，将经滤波后的宽带光平行输出；所述的前端和后端二元相位衍射光栅的结构参数一致，其光栅的形状为矩形栅条；所述的二元相位衍射光栅的衍射光级次从中心向两侧位置依次增加，所述的体布拉格光栅按其光栅周期由低到高依次从中心向两侧放置，体布拉格光栅与二元相位衍射光栅中心轴线呈对称分布。
本发明技术方案中所述的体布拉格光栅的个数与二元相位衍射光栅的非零衍射级次数目衍射级次对应，二元相位衍射光栅衍射级次为以下中的一种：±1级，±1级和±2级，±1级、±2级和±3级，±1级、±2级、±3级和更高正负级。
本发明的优选方案是：所述的二元相位衍射光栅的光栅周期为几十纳米～几微米，占空比为0.1～0.9，光栅厚度为几十纳米～几微米；所述的体布拉格光栅的光栅周期为几十纳米～几微米，占空比为1:1，光栅厚度为1毫米～几毫米。
本发明技术方案还包括一种宽带角度选择光学滤波器的制备方法，具体步骤如下：
1、确定用于制备宽带角度光学滤波器的入射光的波长、带宽和目标衍射效率；
2、选定用于制备二元相位衍射光栅结构的介质材料和非零衍射级次数目；
3、根据入射光的波长λ和带宽、目标衍射效率，按式，其中，为二元相位衍射光栅的周期，λ为入射光波长，m为二元相位衍射光栅的衍射光级次，m为±1～±4的正负整数，θ为二元相位衍射光栅相应级次的衍射角，采用严格耦合波理论算法，得到二元相位衍射光栅的占空比和周期，及二元相位衍射光栅的光栅层厚度；
4、依据体布拉格光栅厚度参数和大于10ppm的折射率调制度，以及二元相位衍射光栅的周期和非零衍射级次数目，得到需要匹配使用的体布拉格光栅的数目和对应的周期；
5、将步骤3得到的二元相位衍射光栅的占空比、周期和光栅层厚度参数，在光栅基底上进行矩形栅条制备，采用全息记录、纳米压印、感应耦合等离子刻蚀和聚焦离子束刻蚀的方法得到二元相位衍射光栅；
6、依据步骤4得到的体布拉格光栅的数目和对应的周期和厚度参数，在硅酸盐基光致热敏折射率玻璃上进行光栅制备，采用直接干涉紫外曝光和光栅调制区域微晶化热处理的方法得到对应的体布拉格光栅;
7、将两块结构参数一致的二元相位衍射光栅分别置于入射光入射位置和出射光出射位置，体布拉格光栅位于两块二元相位衍射光栅之间；二元相位衍射光栅的衍射光级次从中心向两侧位置依次增加，与二元相位衍射光栅衍射级次对应的体布拉格光栅按其光栅周期由低到高依次从中心向两侧放置，体布拉格光栅与二元相位衍射光栅中心轴线呈对称分别,得到一种宽带角度选择光学滤波器。
本发明技术方案中，二元光栅是一种色散元件，在很宽光谱范围内具有很高的色散分辨能力，并且二元光栅的对称多级衍射能力，不同光谱成分总有对应方向的衍射光，并且衍射角对应于波长值，大大的提高了衍射效率和能量利用率。体光栅选择满足布拉格条件的入射光，抑制杂散光，只对固定波长条件下或窄带光有用，具有很好的角度选择特性。因此，二元光栅和体光栅满足匹配条件下，实现宽带光空间滤波。在本发明中，二元光栅的形状是矩形的，材料是SiO2、MgF2、ZnS、ZnO等透明光学介质材料中的一种。
现有的技术方案是采用闪耀光栅将无色散的0级光谱转移到较高级次上。闪耀光栅的刻槽面与光栅面不平行，有一个夹角（闪耀角），从而使得单个刻槽面衍射的中央极大和各槽面间的干涉0级主极大分开，转移并集中到某一级光谱上，实现该级光谱的闪耀。优点是某1级的衍射效率高，特别是在其闪耀角的波长上，衍射效率最高能达到80%～90%。缺点由于闪耀光栅的槽形特性,高衍射效率仅出现在闪耀波长附近,在它的其他衍射波段内,衍射效率分布极不均匀。
本发明的原理是：宽带角选择光学滤波器中包含两块输出光衍射级次对称的二元相位衍射光栅与一块体布拉格衍射光栅，当平行入射光在光栅中传播时，满足一定结构参数的光栅之间发生高效衍射耦合，并且滤除不满足衍射条件的杂散光实现空间滤波功能。两块二元相位衍射光栅结构参数一致，一块用于色散一块用于补偿色散，体布拉格光栅具有很高的角度选择特性。根据平行光入射二元光栅的色散方程如式（1）所示：
（1）
体光栅的布拉格衍射条件满足式（2）：
（2）
式（1）和（2）中，和分别为二元光栅和体光栅的周期，λ为传输光波长，m=±1，±2，±3,…，θ为二元光栅不同级次的衍射角，即体光栅的布拉格入射角，正负号表示衍射的方向向上和向下，相同级次的衍射光具有相同的能量分布；当满足条件如式（3）：
（3）
二元光栅周期为体光栅周期的2倍、4倍等偶次倍数时，正入射光束经前端二元衍射光栅后不同级衍射光束的波长成分衍射到不同的角度上，而这个角度正好满足各波长光束入射体光栅的布拉格条件，因而能够被体光栅高效衍射。这一组合式发明结构使得光栅衍射带宽不再受限于布拉格光栅的光谱选择限制，从而具有很宽的输出光谱，二元光栅的各级衍射光对称分布且非零级衍射光总能量利用率高，同时保留了布拉格光栅良好的角度选择特性，实现宽带角度选择滤波的功能。这一宽带角度选择滤波系统的滤波带宽和衍射效率主要受限于二元相位光栅的材料和结构参数，光栅的透射衍射效率表达式为式（4）（参见文献：M. G. Moharam, et al. Formulation for stable and efficient implementationof the rigorous coupled-wave analysis of binary gratings, J. Opt. Soc. Am. 12(5), 1995.）：
（4）
其中，
（5）
（6）
透过率Ti及衍射效率由通过光栅区域电场和传播常数,经严格耦合波理论求解得出。通过计算和分析表明，对称二元光栅结构一般情况下，所有的衍射级次均出现，并且衍射主极大方向由公式（1）决定。如果忽略光栅材料的吸收等因素，光栅衍射第m级主极大的强度可以通过调节光栅结构参数来控制，从而实现能量在不同级次上的重新分配，即通过设计可以大大降低甚至完全抑制没有色散能力的光栅0级透射能量。
本发明技术方案中，前端二元相位光栅所引入的色散量可由后端二元相位光栅完全补偿，两块二元相位光栅具有相同的结构参数，输出光束可与正入射光束保持同轴同向传输，并且可以解决超短脉冲布拉格衍射所带来的时空畸变。体光栅滤波结合了傅里叶光学中空间频率对应不同发散角的概念，体光栅对入射光的布拉格角度选择性对应衍射空域选择性，将以“低阶模偏转、高阶模透射”方式实现中高频信号滤波功能。本发明采用严格耦合波理论方法严格求解二元相位衍射光栅的结构参数、工作波长和各级衍射效率的关系；采用Kogelnik耦合波理论方法精确求解体光栅的结构参数和布拉格衍射效率的关系。通过设计二元光栅和体光栅的周期、厚度、占空比及材料的配比，控制入射光的工作波长及谱宽，实现数纳米～百纳米任意宽带光空间滤波输出功能。
与现有技术相比，本发明具有以下显著特点：
1、本发明采用将二元相位衍射光栅与体布拉格光栅组合直接制作用于空间光学滤波器的技术方案，实现了宽带光输入滤波的效果，与传统的“4f”空间滤波器相比，具有结构简单和滤波一致性好的优点，并且光束传输口径由二元相位衍射光栅以及多个体光栅器件并联使用，容易满足大口径光束和高衍射效率传输需求。
2、本发明采用的二元相位衍射光栅和体布拉格光栅联合结构，通过调节光栅层的周期、厚度和占空比得到滤波峰值位置和带宽任意可调的光谱分布，光谱带宽从几纳米到上百纳米，峰值位置在可见光到近红外波长覆盖的任意位置。
3、本发明采用的宽带角度选择光学滤波器结构均采用光学介质材料制作，特别是采用光敏折射率玻璃制作光栅，是一种物理和化学性质稳定的位相记录介质，具有与可见光或近红外波长很好匹配的光谱选择性和激光损伤阈值高的特点，极大提高激光系统的光学承载能力，并且器件结构简单易实现产业化和推广应用。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种宽带角度选择光学滤波器系统结构剖面示意图；
图2是本发明实施例1提供的二元相位衍射光栅的入射光波长为750nm～850nm范围内的透过率光谱分布曲线图；
图3是本发明实施例1提供的体布拉格光栅的透射光谱角选择和光谱选择分布曲线图；
图4是本发明实施例1提供的体布拉格光栅的入射光波长为750nm～850nm范围内的透射光衍射效率分布曲线图。
图5是本实施例1提供的宽带角选择滤波系统的入射光波长为750nm～850nm范围内的透射光衍射效率分布曲线图。
图6是本发明实施例提供的宽带滤波器系统中衍射光栅出现0和±1级衍射光透过率的变化曲线图；
图7是本发明实施例提供的宽带滤波器系统中衍射光栅出现0，±1和±2级衍射光透过率的变化曲线图；
图8是本发明实施例提供的宽带滤波器系统中衍射光出现0，±1，±2和±3级衍射光透过率的变化曲线图；
在图1中，11、前端二元相位衍射光栅；12、后端二元衍射光栅；21a和21b、±1级衍射对应的体光栅；22a和22b、±2级衍射对应的体光栅；23a和23b、±3级衍射对应的体光栅；24a和24b、更高级次衍射对应的体光栅；3、入射光；4、衍射光；5、输出光。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步的阐述。
实施例1
参见附图1，它是本实施例提供的一种宽带角度选择光学滤波器系统结构剖面示意图。平行入射光3经过第一块二元相位衍射光栅11入射形成多级次第一衍射光4，分别入射到对应的若干体布拉格光栅21a和21b，22a和22b，23a和23b中，经过体布拉格光栅透射衍射后的第二衍射光继续进入第二块二元相位衍射光栅12，完成宽带光滤波，输出平行输出光5。
二元衍射光栅为介质SiO2、BK7基底刻蚀上直接刻蚀，以及在基底表面镀上MgF2、ZnS、ZnO等透明光学薄膜材料并进行刻蚀的二元相位光栅结构；体布拉格光栅为一种光敏感玻璃介质材料制备的体衍射光学器件。
二元衍射光栅是一种光色散元件，衍射光栅材料、形状、周期、占空比和厚度，利用严格耦合波理论进行计算，并根据入射光的波长和带宽的要求进行设计，得到所需要的宽带滤波器要求的参数。
体布拉格光栅是一种波长选择和角度选择元件，体光栅的材料、形状、周期、占空比和厚度，利用Kogelnik耦合波理论进行理论分析计算，并根据第一衍射光的不同级次光工作波长要求进行设计，得到宽带滤波器系统的宽带滤波特性要求。在本实施例中，二元衍射光栅是由石英玻璃材料刻蚀而成，采用的方法可以是全息记录方法；体布拉格光栅是由一种光致热敏折射率玻璃材料制备而成，采用的方法可以是紫外干涉曝光和微晶化热处理方法。
在本实施例中，具体的步骤是：先确定宽带滤波器系统的入射光λ的波长为750nm～850nm，带宽为100nm，目标衍射效率大于90%；再根据滤波器的这一目标要求，分别确定二元相位衍射光栅和体光栅的制备参数。具体步骤为：按式 ，其中，为二元相位衍射光栅的周期，λ为入射光波长，m为二元相位衍射光栅的衍射光级次，m为±1、±2和±3，θ为二元相位衍射光栅相应级次的衍射角，采用严格耦合波理论算法，得到二元相位衍射光栅的占空比和周期，及二元相位衍射光栅的光栅层厚度；依据体布拉格光栅厚度参数和大于10ppm的折射率调制度，以及二元相位衍射光栅的周期和非零衍射级次数目，得到需要匹配使用的体布拉格光栅的数目和对应的周期；将得到的二元相位衍射光栅的占空比、周期和光栅层厚度参数，在光栅基底上进行矩形栅条制备，采用全息记录、纳米压印、感应耦合等离子刻蚀和聚焦离子束刻蚀的方法得到二元相位衍射光栅；将得到的体布拉格光栅的数目和对应的周期和厚度参数，在硅酸盐基光致热敏折射率玻璃上进行光栅制备，采用直接干涉紫外曝光和光栅调制区域微晶化热处理的方法得到对应的体布拉格光栅;将两块结构参数一致的二元相位衍射光栅分别置于入射光入射位置和出射光出射位置，体布拉格光栅位于两块二元相位衍射光栅之间；二元相位衍射光栅的衍射光级次从中心向两侧位置依次增加，与二元相位衍射光栅衍射级次对应的体布拉格光栅按其光栅周期由低到高依次从中心向两侧放置，体布拉格光栅与二元相位衍射光栅中心轴线呈对称分别,得到一种宽带角度选择光学滤波器。各参数的计算结果参见附图2和3。
参见附图2，它是本实施例提供的宽带角选择滤波器系统中二元衍射光栅的衍射光谱透过率曲线图。根据宽带滤波器的目标要求，选定二元衍射光栅的材料为SiO2玻璃介质和衍射级次为±1，±2和±3，利用严格耦合波理论和公式，根据入射光波长为750nm～850nm，带宽为100nm和衍射效率大于90%的条件，得到本实施例提供的二元衍射光栅周期2.5μm，占空比0.5，光栅厚度2.3μm。由图2可以看到，在入射光为750nm～850nm内，非零级衍射光透过率总和保持在92.7%～95.1%之间（曲线1）；相应的±1级衍射光在整个光谱范围内透过率分别保持在40%～44.9%之间（曲线2）；相应的±2级衍射光在整个光谱范围内透过率分别保持在1.9%～5.1%之间（曲线3）；相应的±3级衍射光在整个光谱范围内透过率分别保持在0.2%～2.5%之间（曲线4）。
参见附图3，它是本实施例提供宽带角选择滤波器中体布拉格光栅的衍射透过率光谱曲线图。根据宽带滤波器的目标要求和已经设定的二元衍射光栅的周期和非零级次数目，确定本实施例中体布拉格光栅的周期和个数，周期分别是1.25μm、0.625μm和0.417μm的三对体布拉格光栅，三对体布拉格光栅可以是分别在六块光致热敏折射率玻璃材料上制备，也可以是在一块光致热敏折射率玻璃材料上制备三对不同周期的体光栅结构。由图3可以看到，本实施例提供的体布拉格光栅1.25μm，光敏玻璃基体折射率1.49，折射率调制度130ppm，光栅厚度3.0mm，设定入射光波长808nm，对应的布拉格角度为18.86度。峰值衍射效率达到99.9%，波长选择的峰值半高宽度为1.21nm，对应的角度选择为0.51mrad。体布拉格光栅具有高灵敏的角度选择特性。计算结果还表明，体光栅的周期为0.625μm和0.417μm时，体光栅相应的峰值衍射效率达到99%以上。
参见附图4，它是本实施例提供宽带角选择滤波器中的体布拉格光栅在带宽100nm范围内的衍射效率曲线。本实施例提供的体光栅参数和附图3中的参数一致。由图4可以看到，在入射光谱为750～850nm范围内，透射衍射效率保持在99.1%～99.9%之间。
参见附图5，它是本实施例提供宽带角选择滤波系统的衍射效率曲线。本实施例提供的二元相位衍射光栅参数和附图2中的一致，提供的体光栅参数和附图3中的一致。由图5可以看到，本实施例提供的滤波系统在入射光波长为750～850nm，带宽100nm范围时，系统的衍射效率达到了92%～95%，满足宽带滤波系统设定的目标要求。
实施例2
本实施例提供的宽带角选择滤波器中，二元衍射光栅的衍射级次为0和±1级，其结构及制备方法如实施例1。参见附图6，它是本实施例提供的宽带角选择滤波器中二元衍射光栅出现0和±1级衍射光随光栅厚度变化的透过率曲线图。由图6可以看到，本实施例提供的二元衍射光栅周期1.0μm，占空比0.45，入射光波长为808nm。各级衍射光透过率随光栅厚度变化呈现周期变化规律。光栅厚度在0.02μm~4.0μm范围内，透射光的总透过率保持在0.94~0.96之间（曲线1）；光栅厚度分别为0.72μm，2.2μm和3.64μm时，相应的不具备色散能力的零级透射光出现最小值分别为13.9%，14.5%和15.3%（曲线2）；相应的±1级衍射光透过率最大值均为41%（曲线3）；相应的非零级衍射光总和的最大值均为82%（曲线4）。
实施例3
本实施例提供宽带角选择滤波器中二元衍射光栅的衍射级次为0、±1和±2级，其结构及制备方法如实施例1。参见附图7，它是本实施例提供宽带角选择滤波器中二元衍射光栅出现0、±1和±2级衍射光随光栅厚度变化的透过率曲线图。由图7可以看到，本实施例提供的二元衍射光栅周期1.25μm，占空比0.45，入射光波长为808nm。各级衍射光透过率随光栅厚度变化呈现周期变化规律。光栅厚度在0.02μm～4.0μm范围内，透射光的总透过率保持在0.953～0.98之间（曲线1）；光栅厚度分别为0.82μm和2.46μm，相应的不具备色散能力的零级透射光出现最小值分别为4.3%和3.8%（曲线2）；相应的±1级衍射光透过率最大值分别为44.1%和43.65%（曲线3）；相应的±2级衍射光透过率最大值均为2.55%（曲线4）；相应的非零级衍射光总和的最大值分别为93.22%和92.3%（曲线5）。
实施例4
本实施例提供的宽带角选择滤波器中，二元衍射光栅的衍射级次为0、±1和±2级，其结构及制备方法如实施例1。参见附图8，它是本实施例提供宽带角选择滤波器中二元衍射光栅出现0、±1和±2级衍射光随光栅厚度变化的透过率曲线图。由图8可以看到，本实施例提供的二元衍射光栅周期2.5μm，占空比0.5，入射光波长为808nm。各级衍射光透过率随光栅厚度发生变化。光栅厚度在0.02μm～4.0μm范围内，透射光的总透过率保持在0.958～0.97之间（曲线1）；光栅厚度分别为0.84μm和2.34μm时，相应的不具备色散能力的零级透射光出现最小值分别为2.5%和0.2%（曲线2）；相应的±1级衍射光透过率最大值分别为37.89%和45%（曲线3）；相应的±2级衍射光透过率最大值分别为4%和1.52%（曲线4）；相应的±3级衍射光透过率最大值分别为4.4%和1.03%（曲线5）；相应的非零级衍射光总和的最大值分别为92.54%和95.1%（曲线6）。可见，具有越高级次衍射的二元光栅衍射总能量越高。
参见表1，它是实施例2 、3和4提供的二元相位衍射光栅中三种不同级次衍射光的各级衍射光透过率和非零级衍射总和的计算结果。由表格1可以看到，二元相位衍射光栅出现越高级次的衍射光，零级衍射光透过率越低，并且越高级次衍射光对应的光栅周期越大，越利于二元光栅和体光栅器件的制备。
表1
。
Claims (5)
1.一种宽带角度选择光学滤波器，其特征在于它的滤波系统包括对称衍射级次分布的二元相位衍射光栅和与二元相位衍射光栅衍射级次对应的体布拉格光栅；其结构为：沿平行入射的宽带光的传播方向，宽带光先入射到前端二元相位衍射光栅，经对称衍射级次分光后，分别进入对应级次分布的体布拉格光栅中，再由体布拉格光栅进行相应的角度选择后入射到后端二元相位衍射光栅，将经滤波后的宽带光平行输出；所述的前端和后端二元相位衍射光栅的结构参数一致，其光栅的形状为矩形栅条；所述的二元相位衍射光栅的衍射光级次从中心向两侧位置依次增加，所述的体布拉格光栅按其光栅周期由低到高依次从中心向两侧放置，体布拉格光栅与二元相位衍射光栅中心轴线呈对称分布；二元相位衍射光栅和体布拉格光栅满足条件，其中，为二元相位衍射光栅的周期，为体布拉格光栅的周期，m=±1，±2，±3,…。
2.根据权利要求1所述的一种宽带角度选择光学滤波器，其特征在于：所述的体布拉格光栅的个数与二元相位衍射光栅的非零衍射级次数目衍射级次对应，二元相位衍射光栅衍射级次为以下中的一种：±1级，±1级和±2级，±1级、±2级和±3级，±1级、±2级、±3级和更高正负级。
3.根据权利要求1所述的一种宽带角度选择光学滤波器，其特征在于：所述的二元相位衍射光栅的光栅周期为几十纳米～几微米，占空比为0.1～0.9，光栅厚度为几十纳米～几微米。
4.根据权利要求1所述的一种宽带角度选择光学滤波器，其特征在于：所述的体布拉格光栅的光栅周期为几十纳米～几微米，占空比为1:1，光栅厚度为1毫米～几毫米。
5.一种宽带角度选择光学滤波器的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）确定用于制备宽带角度光学滤波器的入射光的波长、带宽和目标衍射效率；
（2）选定用作二元相位衍射光栅结构的介质材料和非零衍射级次数目；
（3）根据入射光的波长λ和带宽、目标衍射效率，按式 ，其中，为二元相位衍射光栅的周期，λ为入射光波长，m为二元相位衍射光栅的衍射光级次，m为±1～±4的正负整数，θ为二元相位衍射光栅相应级次的衍射角，采用严格耦合波理论算法，得到二元相位衍射光栅的占空比和周期，及二元相位衍射光栅的光栅层厚度；
（4）依据体布拉格光栅厚度参数和大于10ppm的折射率调制度，以及二元相位衍射光栅的周期和非零衍射级次数目，得到需要匹配使用的体布拉格光栅的数目和对应的周期；
（5）将步骤（3）得到的二元相位衍射光栅的占空比、周期和光栅层厚度参数，在光栅基底上进行矩形栅条制备，采用全息记录、纳米压印、感应耦合等离子刻蚀和聚焦离子束刻蚀的方法得到二元相位衍射光栅；
（6）依据步骤（4）得到的体布拉格光栅的数目和对应的周期和厚度参数，在硅酸盐基光致热敏折射率玻璃上进行光栅制备，采用直接干涉紫外曝光和光栅调制区域微晶化热处理的方法得到对应的体布拉格光栅;
（7）将两块结构参数一致的二元相位衍射光栅分别置于入射光入射位置和出射光出射位置，体布拉格光栅位于两块二元相位衍射光栅之间；二元相位衍射光栅的衍射光级次从中心向两侧位置依次增加，与二元相位衍射光栅衍射级次对应的体布拉格光栅按其光栅周期由低到高依次从中心向两侧放置，体布拉格光栅与二元相位衍射光栅中心轴线呈对称分布,得到一种宽带角度选择光学滤波器。
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