CN104749672A - 一种具有大角色散分光能力的光子结构 - Google Patents

一种具有大角色散分光能力的光子结构 Download PDF

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刘锋
李亚南
宋聪欣
郝英华
石旺舟
殷海玮
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    • G02B5/18—Diffraction gratings

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Abstract

本发明涉及一种具有大角色散分光能力的光子结构，该光子结构为三维结构，由一维多层复合膜与二维准周期衍射光栅复合而成，二维准周期衍射光栅贯穿一维多层复合膜，一维多层复合膜呈周期性设置。与现有技术相比，本发明的角色散率大小可以比普通光栅的角色散率高一个量级，达到10-2rad/nm。而传统的光栅的角色散率为10-3rad/nm量级，该光子结构的角色散本领比传统的普通光栅的角色散本领大一个量级，因此可以实现大角色散分光。

Description

一种具有大角色散分光能力的光子结构
技术领域
本发明涉及光学领域，尤其是涉及一种具有大角色散分光能力的光子结构。
背景技术
复色光中单色光成分通过光学元件在空间发生分离的现象，称为色散；这类光学元件叫做分光元件或色散元件。复合光通过色散元件进行分光，分散的单色光照射到接收系统上，接收系统到分光元件的距离由分光元件的角色散来决定，随着社会发展的需求，在工农业、环境保护和食品安全等领域都亟需大角色散的分光元件实现高分辨光谱的检测。常见的分光元件是光栅，光栅的角色散由公式决定。对于可见光而言(波长为几百纳米量级)，光栅这种分光元件的角色散能力被天生地限制在10-3rad/nm量级。因此，获得具有更大角色散率的分光元件就必须进行新型光子结构设计。换句话说，大角色散分光元件设计中亟需解决的关键问题就是新型光子结构的设计。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可以比普通光栅的角色散率高一个量级，达到10-2rad/nm的具有大角色散分光能力的光子结构。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种具有大角色散分光能力的光子结构，该光子结构为三维结构，由一维多层复合膜与二维准周期衍射光栅复合而成。其中，二维准周期衍射光栅贯穿一维多层复合膜，而一维多层复合膜呈周期性设置，周期数大于10。
所述的一维多层复合膜与二维准周期衍射光栅相互垂直。
所述的一维多层复合膜为氧化铝和氧化锌呈周期依次交替组合的复合膜。
所述的复合膜周期数大于10。
所述的二维准周期衍射光栅为短程有序的类蜂巢排列结构的衍射光栅。
光子结构的角分辨率由决定，其中ne为一维多层复合膜的有效折射率，d为一维多层复合膜的周期，θ为衍射角度，λ为衍射波长。
与现有技术相比，本发明的角色散能力由该三维光子结构的光学带隙决定，大小比普通光栅的角色散率高一个量级，达到10-2rad/nm。而传统的光栅的角色散率为10-3rad/nm量级，该光子结构的角色散本领比传统的普通光栅的角色散本领大一个量级，因此可以实现大角色散分光。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中，1-一维多层复合膜、2-二维准周期衍射光栅。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
一种具有大角色散分光能力的光子结构，如图1所示，光子结构具有一种三维光子结构，即一维多层复合膜1复合二维准周期衍射光栅2。一维多层复合膜1为氧化铝和氧化锌周期组合构成，二维准周期衍射光栅2为短程有序的类蜂巢排列结构，一维多层复合膜1与二维准周期衍射光栅2互相垂直，并且二维准周期衍射光栅2贯穿一维多层复合膜1。采用的一维多层复合膜1为氧化铝和氧化锌呈周期依次交替组合的复合膜，周期数大于10，在本实施例中，周期数为12。
实际使用中，平行光束垂直照射在新型光子结构表面，不同波长的光线将被衍射向不同的角度，从而，复色光被分解为单色光。
如下表所示，以波长550nm为例，比较光栅和本发明的角色散率。光栅的角色散率为： dθ dλ = tan θ λ ;
本新型光子结构的角色散率为：其中ne为氧化铝氧化锌多层膜的有效折射率。根据以上公式，可求得不同衍射角度下光栅的角色散率和本新型光子结构的角色散率。从求得的结果中可以看到，本新型光子结构比光栅的角色散率大一个量级，因而可以实现大角色散分光。

Claims (6)

1.一种具有大角色散分光能力的光子结构，其特征在于，该光子结构为三维结构，由一维多层复合膜与二维准周期衍射光栅复合而成，所述的二维准周期衍射光栅贯穿一维多层复合膜，所述的一维多层复合膜呈周期性设置。
2.根据权利要求1所述的一种具有大角色散分光能力的光子结构，其特征在于，所述的一维多层复合膜与二维准周期衍射光栅相互垂直。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有大角色散分光能力的光子结构，其特征在于，所述的一维多层复合膜为氧化铝和氧化锌呈周期依次交替组合的复合膜。
4.根据权利要求3所述的一种具有大角色散分光能力的光子结构，其特征在于，所述的复合膜周期数大于10。
5.根据权利要求1或2所述的一种具有大角色散分光能力的光子结构，其特征在于，所述的二维准周期衍射光栅为短程有序的类蜂巢排列结构的衍射光栅。
6.根据权利要求1或2所述的一种具有大角色散分光能力的光子结构，其特征在于，光子结构的角分辨率由决定，其中ne为一维多层复合膜的有效折射率，d为一维多层复合膜的周期，θ为衍射角度，λ为衍射波长。
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