CN104698667A - 一种基于Kretschmann结构的可调谐滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于Kretschmann结构的可调谐滤波器，从下到上依次包括半圆棱镜层、金属膜层、电控折变材料、电极层、空气层，入射波从低层的半圆棱镜层半圆面入射，金属膜层和电极层为电控折变材料的上下电极层。在入射角度一定的情况下，通过调节外加电场改变PDLC的折射率可以调谐波长。通过入射光角度的调节，可以调谐反射光谱的带宽和工作光谱范围。本发明具有结构简单、实施方便、波长和带宽可调、调谐范围大，调谐快速等特点，可广泛应用在光学仪器、环境监测、光学测量及生物医学等领域。

Description

一种基于Kretschmann结构的可调谐滤波器
技术领域
本发明涉及一种光学滤光器件，特别涉及一种基于Kretschmann结构的可调谐滤波器。
背景技术
可调谐系统在许多光学系统中起着具有重要的作用，广泛存在于光学仪器、光学探测、光信息处理、光学测量及生物医学等领域。常见的干涉型滤光片是窄带F-P型薄膜干涉滤光片，通过调节F-P 腔的长度或者腔内介质折射率实现不同波长的选择，得到可调谐干涉滤光片。表面等离子体波的电矢量振幅在垂直于界面方向呈指数衰减，电场强烈受限特征使得能量高度聚集在界面附近，因此，SPPs 对金属或电介质的表面特性的变化非常敏感，适用于对金属表面平整度及其吸附物等相关性质的表征，广泛应用于化学和生物传感领域。
在先技术中，还存在滤光系统，基于液晶电控双折射的可调滤光片（参见中国发明专利“一种基于聚合物分散液晶材料的可调谐窄带通滤光片”，公开号：101661181B ），此方法是通过改变电控液晶双折射达到可调的目的，改变的液晶层的折射率，通过折射率调谐来调节波长的，限制在于液晶折射率变化范围有限，可调谐范围在30nm 以内。
基于Kretschmann结构的传感器（参见实用新型专利“一种纳米线阵列干涉传感器”，公开号：203894162U），此方法是，表面长有纳米线阵列的导电玻璃与45°/45°/90°玻璃三棱镜或半圆棱镜耦合，构建基于Kretschmann结构的角度调制型或波长调制型纳米线阵列干涉传感。
发明内容
本发明是针对现有可调谐滤波器可调谐范围小、适用范围小的问题，提出了一种基于Kretschmann结构的可调谐滤波器，利用电控折变材料特性和Kretschmann结构SPPs的激发特性相结合构成可调谐滤波器，结构简单、实施方便、波长和带宽可调、调谐范围大。
本发明的技术方案为：一种基于Kretschmann结构的可调谐滤波器，从下到上依次包括半圆棱镜层、金属膜层、电控折变材料、电极层、空气层，入射波从低层的半圆棱镜层半圆面入射，金属膜层和电极层为电控折变材料的上下电极层。
所述电控折变材料选聚合物分散液晶材料或液晶材料，电控折变材料上施加不同的电压，得到不同液晶的折射率。所述电控折变材料固化后，在其上镀一层电极层。
所述入射波为TM波。所述半圆形的棱镜平面上镀金属膜形成金属膜层，金属膜选金或银，金属膜层即为电极层，又激发倏逝波。
本发明的有益效果在于：本发明基于Kretschmann结构的可调谐滤波器，利用电控折变材料和Kretschmann结构的可调谐滤波器，通过调节外加电场改变PDLC的折射率可以调谐波长。通过入射光角度的调节，可以调谐反射光谱的带宽和工作光谱范围。具有结构简单、实施方便、波长和带宽可调、调谐范围大，调谐快速等特点，在光学仪器、环境监测、光学测量及生物医学等领域有着应用前景。
附图说明
图1为本发明基于Kretschmann结构的可调谐滤波器结构示意图；
图2为本发明光束以68°入射角，TM偏振入射，不同外加电压时对应不同折射率时的可调谐滤波器的反射光谱特性曲线图；
图3为本发明光束以80°入射角，TM偏振入射，不同电压时对应不同不同折射率时的可调谐滤波器的反射光谱特性曲线图。
具体实施方式
如图1所示基于Kretschmann结构的可调谐滤波器结构示意图。从下到上依次为：半圆棱镜层4、金属膜层3、电控折变材料2、电极层1、空气层；所选用材料为半圆形棱镜,金属,电控折变材料，电极，入射媒质为空气；具体参数是：半圆形的棱镜4平面上镀有厚度为55nm的金属膜3；金属膜层3上为电控折变材料2，电控折变材料2为聚合物分散液晶PDLC，固化后的厚度为800 nm；电控折变材料2上层是厚度为200 nm ITO电极层1，可调谐滤波器制备步骤如下：
1）在半圆形棱镜4上镀上一层厚度为55 nm的金属膜层3，该金属膜层3可以为金或银；
2）用旋涂法在金属膜层3上匀上一层电控折变材料2，该电控折变材料2可以是聚合物分散液晶；
3）利用紫外光源对聚合物分散液晶层进行固化处理；
4）在电控折变材料2上再镀上一层厚度为200 nm的电极层1；这样得到如图1所示的可调谐滤波器。
TM波作为入射波，从下面的半圆形的棱镜4半圆面入射，反射波也从半圆形的棱镜4半圆面出射，如图1所示，电极层1和金属膜层3作为两个电极层，对可调谐滤波器结构中的电控折变特性材料施加不同的电压，可以改变液晶的折射率，从而改变滤波器的反射波长从而达到波长可调谐的功能。电控折变特性材料可为聚合物分散液晶材料或液晶材料。金属膜层3不仅作为电控折变材料的电极层，同时用于激发倏逝波。
图2和图3是为本发明中光束分别以68°和80°入射角，TM偏振入射，图1中θ为入射角，不同电压时对应不同折射率时的可调谐滤波器的反射光谱特性曲线。液晶折射率一定，入射角度变大，工作波长蓝移，同时光谱带宽变小。入射角度一定，液晶折射率变小，工作波长蓝移，带宽也变小。通过入射角度的改变，可以实现反射光谱带宽调谐的目的。波长往小移动为蓝移。工作波长就是中心峰值。

Claims (5)

1.一种基于Kretschmann结构的可调谐滤波器，其特征在于，从下到上依次包括半圆棱镜层、金属膜层、电控折变材料、电极层、空气层，入射波从低层的半圆棱镜层半圆面入射，金属膜层和电极层为电控折变材料的上下电极层。
2.根据权利要求1所述基于Kretschmann结构的可调谐滤波器，其特征在于，所述电控折变材料选聚合物分散液晶材料或液晶材料，电控折变材料上施加不同的电压，得到不同液晶的折射率。
3.根据权利要求2所述基于Kretschmann结构的可调谐滤波器，其特征在于，所述电控折变材料固化后，在其上镀一层电极层。
4.根据权利要求1至3所述基于Kretschmann结构的可调谐滤波器，其特征在于，所述入射波为TM波。
5.根据权利要求4所述基于Kretschmann结构的可调谐滤波器，其特征在于，所述半圆形的棱镜平面上镀金属膜形成金属膜层，金属膜选金或银，金属膜层即为电极层，又激发倏逝波。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105466888A (zh) * 2015-12-31 2016-04-06 哈尔滨工业大学 一种外加电场条件下测量液体折射率的装置
CN105572073A (zh) * 2015-12-31 2016-05-11 哈尔滨工业大学 一种外加电场条件下测量液体折射率的方法
CN113093322A (zh) * 2021-03-30 2021-07-09 联合微电子中心有限责任公司 Cmos图像传感器、干涉型滤光片及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5351127A (en) * 1992-06-17 1994-09-27 Hewlett-Packard Company Surface plasmon resonance measuring instruments
US5763191A (en) * 1990-12-12 1998-06-09 Boehringer Mannheim Gmbh Universal binding film
TW200804810A (en) * 2006-07-13 2008-01-16 Univ Nat Cheng Kung The coupled waveguide-surface plasmon resonance biosensor
CN101661181A (zh) * 2009-09-09 2010-03-03 上海理工大学 一种基于聚合物分散液晶材料的可调谐窄带通滤光片
CN102890163A (zh) * 2012-10-12 2013-01-23 中国人民解放军国防科学技术大学 基于表面等离子体共振的光学加速度传感器
CN103983611A (zh) * 2014-05-26 2014-08-13 山东省科学院中日友好生物技术研究中心 一种纳米线阵列干涉传感器及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5763191A (en) * 1990-12-12 1998-06-09 Boehringer Mannheim Gmbh Universal binding film
US5351127A (en) * 1992-06-17 1994-09-27 Hewlett-Packard Company Surface plasmon resonance measuring instruments
TW200804810A (en) * 2006-07-13 2008-01-16 Univ Nat Cheng Kung The coupled waveguide-surface plasmon resonance biosensor
CN101661181A (zh) * 2009-09-09 2010-03-03 上海理工大学 一种基于聚合物分散液晶材料的可调谐窄带通滤光片
CN102890163A (zh) * 2012-10-12 2013-01-23 中国人民解放军国防科学技术大学 基于表面等离子体共振的光学加速度传感器
CN103983611A (zh) * 2014-05-26 2014-08-13 山东省科学院中日友好生物技术研究中心 一种纳米线阵列干涉传感器及其制备方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105466888A (zh) * 2015-12-31 2016-04-06 哈尔滨工业大学 一种外加电场条件下测量液体折射率的装置
CN105572073A (zh) * 2015-12-31 2016-05-11 哈尔滨工业大学 一种外加电场条件下测量液体折射率的方法
CN105466888B (zh) * 2015-12-31 2018-05-18 哈尔滨工业大学 一种外加电场条件下测量液体折射率的装置
CN105572073B (zh) * 2015-12-31 2018-05-18 哈尔滨工业大学 一种外加电场条件下测量液体折射率的方法
CN113093322A (zh) * 2021-03-30 2021-07-09 联合微电子中心有限责任公司 Cmos图像传感器、干涉型滤光片及其制备方法

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