CN114488358B - 一种光子晶体滤波器及其制备方法 - Google Patents

一种光子晶体滤波器及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114488358B
CN114488358B CN202210220275.0A CN202210220275A CN114488358B CN 114488358 B CN114488358 B CN 114488358B CN 202210220275 A CN202210220275 A CN 202210220275A CN 114488358 B CN114488358 B CN 114488358B
Authority
CN
China
Prior art keywords
photonic crystal
information
unit cell
target
color
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210220275.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114488358A (zh
Inventor
陶虎
维帅
秦楠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Original Assignee
Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS filed Critical Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Priority to CN202210220275.0A priority Critical patent/CN114488358B/zh
Publication of CN114488358A publication Critical patent/CN114488358A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114488358B publication Critical patent/CN114488358B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/002—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of materials engineered to provide properties not available in nature, e.g. metamaterials
    • G02B1/005—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of materials engineered to provide properties not available in nature, e.g. metamaterials made of photonic crystals or photonic band gap materials
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/201—Filters in the form of arrays
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/1225—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths comprising photonic band-gap structures or photonic lattices
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/124—Geodesic lenses or integrated gratings

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Optical Filters (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

本申请涉及一种光子晶体滤波器及其制备方法。方法包括：获取目标对象图像，目标对象图像与光子晶体滤波器的滤波图案相对应；提取目标对象图像中的颜色区域分布信息；调用光子晶体单胞的结构信息与颜色间的预设关系模型，基于颜色区域分布信息，得到目标对象图像中每个颜色区域对应的光子晶体单胞的目标结构信息；其中，光子晶体单胞为螺旋光栅结构；基于颜色区域分布信息和每个颜色区域对应的光子晶体单胞的目标结构信息，确定预设衬底上的目标阵列信息；基于目标阵列信息在预设衬底上进行光子晶体阵列加工，以形成与目标阵列信息对应的目标光子晶体阵列，得到光子晶体滤波器。本申请具有较窄的反射带宽和较高的滤波效率，且不易褪色。

Description

一种光子晶体滤波器及其制备方法
技术领域
本申请涉及微纳光学和光子晶体制造技术领域，特别是涉及一种光子晶体滤波器及其制备方法。
背景技术
光子晶体是指具有光子带隙(PhotonicBand-Gap，简称为PBG)特性的人造周期性电介质结构，所谓的光子带隙是指某一频率范围的波不能在此周期性结构中传播，通过设计合适的周期参数和材料特性，可以实现在可见光范围内选择性透过或反射特定波长，从而实现了光子晶体在可见光滤波器领域的应用。
光子晶体的结构如半导体材料在晶格结点(各个原子所在位点)周期性的出现离子一样，光子晶体是在高折射率材料的某些位置周期性的出现低折射率(如人工造成的空气空穴)的材料。高低折射率的材料交替排列形成周期性结构就可以产生光子晶体带隙(BandGap，类似于半导体中的禁带)。而周期排列的低折射率位点的之间的距离大小相同，导致了一定距离大小的光子晶体只对一定频率的光波产生能带效应。从而导致只有某种频率的光才会在某种周期距离一定的光子晶体中被完全禁止传播。
常见的滤波器的滤波形式主要为染色滤波，通过元素掺杂或色素掺杂制作滤光片，其制造过程设计重金属元素和有机染料，这不仅会造成一定程度的环境污染，而且这种滤光片会随着使用时间的延长逐渐褪色或发生波长偏移，影响滤波效率和使用精度。
因此，需要提供一种改进的光子晶体滤波器的制备方案，以解决现有技术中滤波片存在褪色和滤波效率低等的技术问题。
发明内容：
针对现有技术的上述问题，本申请提供一种光子晶体滤波器的制备方法，以解决现有技术中滤波片存在褪色和滤波效率低的技术问题。
为了达到目的，本申请采用的技术方案是：
一种光子晶体滤波器的制备方法，包括：
获取目标对象图像，所述目标对象图像与所述光子晶体滤波器的滤波图案相对应；
提取所述目标对象图像中的颜色区域分布信息；
调用光子晶体单胞的结构信息与颜色间的预设关系模型，基于所述颜色区域分布信息，得到所述目标对象图像中每个颜色区域对应的光子晶体单胞的目标结构信息；其中，所述光子晶体单胞为螺旋光栅结构；
基于所述颜色区域分布信息和所述每个颜色区域对应的光子晶体单胞的目标结构信息，确定预设衬底上的目标阵列信息；
基于所述目标阵列信息在所述预设衬底上进行光子晶体阵列加工，以形成与所述目标阵列信息对应的目标光子晶体阵列，得到所述光子晶体滤波器。
进一步地，在所述调用光子晶体单胞的结构信息与颜色间的预设关系模型，基于所述颜色区域分布信息，得到所述目标对象图像中每个颜色区域对应的光子晶体单胞的目标结构信息之前，所述方法还包括：
获取样本训练集，所述样本训练集中包括多个样本光子晶体单胞结构信息；
获取多个样本光子晶体单胞结构信息对应的样本反射颜色信息；其中，所述样本反射颜色信息是基于对样本光子晶体单胞结构信息对应的样本光子晶体滤波器进行可见光滤波确定的；
基于所述样本反射颜色信息确定所述样本光子晶体单胞结构对应的红色色度、绿色色度和蓝色色度；
基于色度图模型格式，对所述红色色度、所述绿色色度和所述蓝色色度进行格式转换，得到所述样本光子晶体单胞结构对应的颜色坐标信息；
基于所述颜色坐标信息和所述样本光子晶体单胞结构信息，得到所述光子晶体单胞的结构信息与颜色间的预设关系模型。
进一步地，所述在预设衬底上形成所述目标光子晶体图像的阵列结构包括：
在所述预设衬底上形成光固化胶液滴；
基于所述目标阵列信息对所述光固化胶液滴进行激光直写固化，得到所述目标阵列信息对应的目标光子晶体阵列；
去除所述光固化胶液滴中的多余的光固化胶。
进一步地，所述光子晶体的单胞结构信息包括所述螺旋光栅结构的高度、所述螺旋光栅结构的宽度和所述螺旋光栅结构的间距；
所述螺旋光栅结构的宽度为380nm～750nm；
所述螺旋光栅结构的间距为200nm～400nm；
所述螺旋光栅结构的高度为580nm～800nm。
进一步地，所述光子晶体滤波器的滤波波段为小于等于500nm时，所述螺旋光栅结构的高度为600nm；
所述光子晶体滤波器的滤波波段大于500nm时，所述螺旋光栅结构的高度为750nm。
进一步地，所述光子晶体滤波器中同一滤波颜色区域中，相邻光子晶体单胞的间距与所述螺旋光栅结构的间距相同。
进一步地，在400～750nm的波长范围内，所述螺旋光栅结构的光子晶体的反射带宽为20-30nm。
进一步地，所述螺旋光栅结构的光子晶体在入射角为0°～30°范围内的平面波的照射下，所述螺旋光栅的特征峰处的反射效率大于等于60％。
进一步地，所述预设衬底为高反射率的衬底；
所述预设衬底包括：二氧化硅-硅衬底和ITO-石英衬底中的至少一种。
本申请还提供一种光子晶体滤波器，其特征在于，采用如上所述的光子晶体滤波器的制备方法制得；包括：衬底和光子晶体光刻层；
所述光子晶体光刻层位于所述衬底的一侧表面上；
所述光子晶体光刻层包括多个光子晶体单胞结构，其中，所述光子晶体单胞为螺旋光栅结构；所述光子晶体光刻层中的所述光子晶体单胞结构不同对应不同的滤波颜色。
本申请的技术方案带来的有益效果是：
本申请的光子晶体的单胞为螺旋光栅结构；其具备窄带宽、滤波效率高及一定程度的角度非敏感特性；本申请制备的光子晶体滤波器具有最小2微米的显色精度；本申请制备的光子晶体滤波器具有较窄的反射带宽和较高的滤波效率，不易褪色且具有一定的角度非敏感特性；本申请制备的光子晶体滤波器实现了定制化图案的滤波结构，适用范围更广。
本申请通过双光子加工的方法实现了高精度定制化光子晶体的阵列的快速制造。
本申请制备的光子晶体滤波器在微型光谱仪和高分辨率显色等领域具备极大的应用潜力。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1是本申请实施例提供的一种光子晶体滤波器的制备方法的流程示意图；
图2是本申请实施例提供的另一种光子晶体滤波器的制备方法的流程示意图；
图3是本申请实施例提供的一种光子晶体的单胞结构示意图；
图4是本申请实施例提供的不同周期信息下的光子晶体的反射光谱图；
图5是本申请实施例提供的入射角度变化对光子晶体的反射光谱偏移的影响图；
图6为本申请实施例提供的一种光子晶体单胞的结构信息与颜色间的预设关系模型图；
图7是本申请实施例提供的一种目标光子晶体阵列在扫描电子显微镜的表征图；
图8是本申请实施例提供的一种光子晶体滤波器的多种定制化滤波结构图；
图9是本申请实施例提供的一种光子晶体滤波器的滤波结构表征图；
图10是现有技术中的一维、二维和三维光子晶体的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
对于以下定义的术语，除非在权利要求书或本说明书中的其他地方给出一个不同的定义，否则应当应用这些定义。所有数值无论是否被明确指示，在此均被定义为由术语“约”修饰。术语“约”大体上是指一个数值范围，本领域的普通技术人员将该数值范围视为等同于所陈述的值以产生实质上相同的性质、功能、结果等。由一个低值和一个高值指示的一个数值范围被定义为包括该数值范围内包括的所有数值以及该数值范围内包括的所有子范围。
需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
对本申请实施例进行进一步详细说明之前，对本申请实施例中涉及的名词和术语进行说明，本申请实施例中涉及的名词和术语适用于如下的解释。
光栅(grating)：由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件。一般常用的光栅是在玻璃片上刻出大量平行刻痕制成，刻痕为不透光部分，两刻痕之间的光滑部分可以透光，相当于一狭缝。
有限差分时域法(FDTD)：是电磁场数值计算的经典方法之一。将一个单位原胞划分成许多网状小格，列出网上每个结点的有限差分方程，利用布里渊区边界的周期条件，同样将麦克斯韦方程组化成矩阵形式的特征方程，这个矩阵是准对角化的，其中只有少量的一些非零矩阵元，计算最小。请参考图10，有限差分时域法被广泛应用于光子晶体的仿真设计中，用于构建特定功能的光子晶体周期结构。
双光子聚合：是物质在发生双光子吸收后所引发的光聚合过程。双光子吸收是指物质的一个分子同时吸收两个光子的过程，只能在强激光作用下发生，是一种强激光下光与物质相互作用的现象，属于三阶非线性效应的一种。双光子聚合利用了双光子吸收过程对材料穿透性好、空间选择性高的特点，在三维微加工、高密度光储存及生物医疗领域有着巨大的应用前景，近年来已成为全球高新技术领域的一大研究热点。
以下介绍本申请实施例提供的一种光子晶体滤波器的制备方法，请参考图1和图2，图1是本申请实施例提供的一种光子晶体滤波器的制备方法的流程示意图，图2是本申请实施例提供的另一种光子晶体滤波器的制备方法的流程示意图，本说明书提供了如实施例或流程图的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的系统或服务器产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境)。具体的如图1所示，方法可以包括下述步骤S101-S109。
S101：获取目标对象图像，目标对象图像与光子晶体滤波器的滤波图案相对应。
具体的，目标对象图像可以为彩色图像，也可以为黑白图像。
S103：提取目标对象图像中的颜色区域分布信息。需要说明的是，颜色区域分布信息具体包括每种颜色所对应的区块面积，并且颜色区域分布信息可以为对目标对象图像的成比例放大或缩小后的颜色区域分布信息。
S105：调用光子晶体单胞的结构信息与颜色间的预设关系模型，基于颜色区域分布信息，得到目标对象图像中每个颜色区域对应的光子晶体单胞的目标结构信息；其中，光子晶体单胞为螺旋光栅结构。
示例性地，请参考图6，图6为螺旋光栅结构的宽度和高度信息确定的情况下的，光子晶体单胞的结构信息与颜色间的预设关系模型图，具体为，螺旋光栅结构的宽度为200nm；螺旋光栅结构的高度为750nm，光子晶体单胞的螺旋光栅结构的间距信息与颜色间的预设关系模型图。可通过输入预设颜色信息，得到预设颜色信息相对应的光子晶体单胞的螺旋光栅结构的间距信息。
在一些实施例中，光子晶体的单胞结构信息包括螺旋光栅结构的高度、螺旋光栅结构的宽度和螺旋光栅结构的间距；
螺旋光栅结构的宽度为380nm～750nm；
螺旋光栅结构的间距为200nm～400nm；
螺旋光栅结构的高度为580nm～800nm。
在另一些实施例中，螺旋光栅结构的宽度为380nm～600nm；
螺旋光栅结构的间距为250nm～300nm；
螺旋光栅结构的高度为580nm～800nm。
在另一些实施例中，螺旋光栅结构的宽度为400nm～750nm；
螺旋光栅结构的间距为300nm～400nm；
螺旋光栅结构的高度为580nm～800nm。
在另一些实施例中，螺旋光栅结构的宽度为400nm～700nm；
螺旋光栅结构的间距为300nm～350nm；
螺旋光栅结构的高度为580nm～800nm。
在一些实施例中，光子晶体滤波器中同一滤波颜色区域中，相邻光子晶体单胞的间距与螺旋光栅结构的间距相同。也就是说，在阵列排列中，相邻光子晶体单胞的间距与螺旋光栅结构的间距相同。
需要说明的是，与常见的纳米级周期性结构相比，光栅结构具有更窄的反射带宽，因此常用于滤光片或光谱仪。但是周期性光栅结构仅在特定方向具有角度不敏感特性，本申请螺旋光栅结构的光子晶体单胞为通过有限差分时域法优化光栅结构的形状参数进而仿真设计得到的，请参考图3，图3是本申请实施例提供的一种光子晶体的单胞结构示意图(图2中包含光子晶体的单胞横截面的驻波图)。L、D、S分别代表螺旋光栅结构的高度、螺旋光栅结构的宽度和螺旋光栅结构的间距。通过改变螺旋光栅结构的高度、螺旋光栅结构的宽度和螺旋光栅结构的间距，从而实现了可定制化的二维光子晶体滤波器的制备，并且其具备一定的角度非敏感特性，实现了较高滤波效率。
请参考图4，图4为本申请实施例提供的不同周期信息下的光子晶体的反射光谱图；需要说明的是，周期信息即为螺旋光栅结构的间距。本申请的螺旋光栅结构可以在400～750nm范围内实现较窄的反射带宽。在不同周期信息(螺旋光栅结构的间距S为450nm、500nm、550nm、600nm、650nm、700nm)下光子晶体的特征峰的反射率均大于85％，反射带宽小于30nm，具有较好的单色性和颜色覆盖率。
请参考图5，图5是本申请实施例提供的入射角度变化对光子晶体的反射光谱偏移的影响图，将FDTD模拟单元的边界条件由周期性变为Bloch，将不同入射角(0°～40°)的平面波施加到螺旋光栅上模拟角度独立。具体如图5所示，随着入射角的增加，反射光谱的特征峰逐渐减弱，反射光谱主峰转移到其他波段，从而导致色移。本申请在入射角为30°的平面波入射范围内，光子晶体的特征峰的反射率大于60％。
S107：基于颜色区域分布信息和每个颜色区域对应的光子晶体单胞的目标结构信息，确定预设衬底上的目标阵列信息。
S109：基于目标阵列信息在预设衬底上进行光子晶体阵列加工，以形成与目标阵列信息对应的目标光子晶体阵列，得到光子晶体滤波器。本申请的光子晶体滤波器显色原理是基于光波在光子晶体内部的耦合作用进行显色，光子晶体滤波器的结构不被破坏的情况下，其滤波性能不会发生改变，不存在褪色的问题；本申请的光子晶体滤波器具备可定制化的显色模式，可以根据具体图案设计相应的滤波结构，如拜尔滤镜和周期滤镜等，适用范围更为广泛。
本申请的光子晶体的单胞为螺旋光栅结构；其具备窄带宽、滤波效率高及一定程度的角度非敏感特性；本申请制备的光子晶体滤波器具有最小2微米的显色精度；本申请制备的光子晶体滤波器具有较窄的反射带宽和较高的滤波效率，不易褪色且具有一定的角度非敏感特性；本申请制备的光子晶体滤波器实现了定制化图案的滤波结构，适用范围更广。
本申请制备的光子晶体滤波器在微型光谱仪和高分辨率显色等领域具备极大的应用潜力。
在一些实施例中，在步骤S107：调用光子晶体单胞的结构信息与颜色间的预设关系模型，基于颜色区域分布信息，得到目标对象图像中每个颜色区域对应的光子晶体单胞的目标结构信息之前，方法还包括：
S111：获取样本训练集，样本训练集中包括多个样本光子晶体单胞结构信息。具体地，可参考图3，样本光子晶体单胞结构信息包括样本光子晶体单胞结构的高度信息L、宽度信息D和间距信息S。
S112：获取多个样本光子晶体单胞结构信息对应的样本反射颜色信息；其中，样本反射颜色信息是基于对样本光子晶体单胞结构信息对应的样本光子晶体滤波器进行可见光滤波确定的。
S113：基于样本反射颜色信息确定样本光子晶体单胞结构对应的红色色度、绿色色度和蓝色色度；
S114：基于色度图模型格式，对红色色度、绿色色度和蓝色色度进行格式转换，得到样本光子晶体单胞结构对应的颜色坐标信息；
S115：基于颜色坐标信息和样本光子晶体单胞结构信息，得到光子晶体单胞的结构信息与颜色间的预设关系模型。
由于螺旋光栅结构的光子晶体具有良好的颜色分辨率和可重复性，本申请通过调整螺旋光栅结构的间距(S)以10nm的步长(从400nm到750nm)变化，以匹配模拟反射光谱与色度图中的(x,y)坐标，形成螺旋光栅结构的间距-颜色拟合，通过从RGB(红色色度、绿色色度和蓝色色度)索引到CIE 1931色度坐标的矩阵转换计算，得到光子晶体单胞的结构信息与颜色间的预设关系模型。示例性地，请参考图6，图6为螺旋光栅结构的宽度和高度信息确定的情况下的，光子晶体单胞的结构信息与颜色间的预设关系模型图，具体为，螺旋光栅结构的宽度为200nm；螺旋光栅结构的高度为750nm，光子晶体单胞的螺旋光栅结构的间距信息与颜色间的预设关系模型图。
本申请的光子晶体单胞的结构信息与颜色间的预设关系模型，具有多种颜色与光子晶体单胞的结构的对应关系，基于本申请的光子晶体单胞的结构信息与颜色间的预设关系模型，实现了光子晶体滤波器的定制化图案，适用范围更广。
在一些实施例中，在步骤S109：在预设衬底上形成目标光子晶体图像的阵列结构包括：
S121：在预设衬底上形成光固化胶滴液；
在一些实施例中，预设衬底为高反射率的衬底；
预设衬底包括：二氧化硅-硅衬底和ITO-石英衬底中的至少一种。
S122：基于目标阵列信息对光固化胶滴液进行激光直写固化，得到目标阵列信息对应的目标光子晶体阵列。具体地，步骤S122中采用双光子聚合技术进行光刻。需要说明的是，目标光子晶体阵列的单元尺度一般在微米至百纳米级别，使用传统的光刻工艺可以满足周期结构的制造，但对于定制化的图案与滤波结构，重复的制版过程效率较低且价格昂贵，同时一些高精度直写加工技术，如EBL，存在精度浪费和直写速度慢等问题。双光子聚合加工的加工精度介于常规光刻和电子束直写之间，适合于定制化光子晶体阵列的快速加工。
本申请通过双光子加工的方法实现了高精度定制化光子晶体的阵列的快速制造。
本申请采用的双光子聚合技术，其约有300纳米的打印精度，通过双光子聚合技术获得了精确的螺旋光栅的尺寸和形貌，且兼容各种基板，能够快速大面积的制造，并且光刻胶聚合后可以保持光子晶体稳定的结构特性和折射率。
S123：去除光固化胶滴液中的多余的光固化胶。
步骤S121-S123具体可以为，第一步：将一滴光固化胶IP-DIP滴加到硅片或石英基底上；第二步：通过63x镜头找到基底与光刻胶的界面并按照目标阵列信息进行扫描打印；第三步：通过PGMEA显影去除多余的光刻胶，并用异丙醇清洗吹干，得到光子晶体滤波器。请参考图7，图7是本申请实施例提供的一种目标光子晶体阵列在扫描电子显微镜的表征图。
在一些实施例中，光子晶体滤波器的滤波波段为小于等于500nm时，螺旋光栅结构的高度为600nm；
在另一些实施例中，光子晶体滤波器的滤波波段大于500nm时，螺旋光栅结构的高度为750nm。
在一些实施例中，在400～750nm的波长范围内，螺旋光栅结构的光子晶体的反射带宽为20-30nm。
在一些实施例中，螺旋光栅结构的光子晶体在入射角为0°～30°范围内的平面波的照射下，螺旋光栅的特征峰处的反射效率大于等于60％。
本申请还提供一种光子晶体滤波器，采用如上的光子晶体滤波器的制备方法制得；包括：衬底和光子晶体光刻层；
光子晶体光刻层位于衬底的一侧表面上；
光子晶体光刻层包括多个光子晶体单胞结构，其中，光子晶体单胞为螺旋光栅结构；光子晶体光刻层中的光子晶体单胞结构不同对应不同的滤波颜色。
在一些实施例中，光子晶体的单胞结构信息包括螺旋光栅结构的高度、螺旋光栅结构的宽度和螺旋光栅结构的间距；
螺旋光栅结构的宽度为380nm～750nm；
螺旋光栅结构的间距为200nm～400nm；
螺旋光栅结构的高度为580nm～800nm。
在另一些实施例中，螺旋光栅结构的宽度为380nm～600nm；
螺旋光栅结构的间距为250nm～300nm；
螺旋光栅结构的高度为580nm～800nm。
在另一些实施例中，螺旋光栅结构的宽度为400nm～750nm；
螺旋光栅结构的间距为300nm～400nm；
螺旋光栅结构的高度为580nm～800nm。
在另一些实施例中，螺旋光栅结构的宽度为400nm～700nm；
螺旋光栅结构的间距为300nm～350nm；
螺旋光栅结构的高度为580nm～800nm。
在一些实施例中，光子晶体滤波器中同一滤波颜色区域中，相邻光子晶体单胞的间距与螺旋光栅结构的间距相同。
以下基于上述技术方案列举本说明书的一些具体实施例。
实施例1
本实施例公开一种光子晶体滤波器的制备方法，包括：
获取目标对象图像，目标图像分别为微米宽色度卡、色相环、向日葵、色相块的彩色图案。
提取目标对象图像中的颜色区域分布信息；
调用光子晶体单胞的结构信息与颜色间的预设关系模型，基于颜色区域分布信息，得到目标对象图像中每个颜色区域对应的光子晶体单胞的目标结构信息；其中，光子晶体单胞为螺旋光栅结构；
基于颜色区域分布信息和每个颜色区域对应的光子晶体单胞的目标结构信息，确定预设衬底上的目标阵列信息；
在预设衬底上形成光固化胶液滴；预设衬底为高反射率的衬底；预设衬底包括：二氧化硅-硅衬底和ITO-石英衬底中的至少一种。
基于目标阵列信息对光固化胶液滴进行激光直写固化，得到目标阵列信息对应的目标光子晶体阵列；
去除光固化胶液滴中的多余的光固化胶，以形成与目标阵列信息对应的目标光子晶体阵列，得到光子晶体滤波器。
对光子晶体滤波器进行滤波，请参考图8，图中的标尺为10微米，图8是本申请实施例提供的一种光子晶体滤波器的多种定制化滤波结构图；图8显示了微米宽色度卡、色相环、向日葵、色相块的彩色图案。图中的色度卡使用各种周期参数来表示完全覆盖可见光范围内所有颜色的元素颜色。图中的向日葵的花瓣和叶子的形状栩栩如生，色彩准确。本申请通过两次光子聚合，可在3分钟内很好地制备出由八种颜色组成的色相环阵列(5×5)。
实施例2
本实施例公开一种光子晶体滤波器的制备方法，包括：
本实施例2与实施例1的区别在于，目标对象图像不同，请参考图9，图9是本申请实施例提供的一种光子晶体滤波器的滤波结构表征图；具体为将1微米宽度光子晶体单胞在一个方向上周期排列，制备7条线条结构的光子晶体滤波器(图9中从左到右的线条宽度依次是2微米、4微米、6微米、8微米、10微米、12微米、14微米)，对上述光子晶体滤波器在暗场显微镜下进行滤波观察，发现第1列(宽度2微米)的滤波结构具有微弱的显色能力，当宽度达到6微米时亮度基本饱和。本实施例2验证本申请所设计的螺旋光栅结构的光子晶体滤波器的极限滤波能力，进一步证明了本申请的光子晶体滤波器具备2微米的滤波显色精度。
本申请的技术方案带来的有益效果是：
本申请的光子晶体的单胞为螺旋光栅结构；其具备窄带宽、滤波效率高及一定程度的角度非敏感特性；本申请制备的光子晶体滤波器具有最小2微米的显色精度；本申请制备的光子晶体滤波器具有较窄的反射带宽和较高的滤波效率，不易褪色且具有一定的角度非敏感特性；本申请制备的光子晶体滤波器实现了定制化图案的滤波结构，适用范围更广。
本申请通过双光子加工的方法实现了高精度定制化光子晶体的阵列的快速制造。
本申请制备的光子晶体滤波器在微型光谱仪和高分辨率显色等领域具备极大的应用潜力。
上述说明已经充分揭露了本申请的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本申请的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本申请的权利要求书的范围。相应地，本申请的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (9)

1.一种光子晶体滤波器的制备方法，其特征在于，包括：
获取目标对象图像，所述目标对象图像与所述光子晶体滤波器的滤波图案相对应；
提取所述目标对象图像中的颜色区域分布信息；
获取样本训练集，所述样本训练集中包括多个样本光子晶体单胞结构信息；
获取多个样本光子晶体单胞结构信息对应的样本反射颜色信息；其中，所述样本反射颜色信息是基于对样本光子晶体单胞结构信息对应的样本光子晶体滤波器进行可见光滤波确定的；
基于所述样本反射颜色信息确定所述样本光子晶体单胞结构对应的红色色度、绿色色度和蓝色色度；
基于色度图模型格式，对所述红色色度、所述绿色色度和所述蓝色色度进行格式转换，得到所述样本光子晶体单胞结构对应的颜色坐标信息；
基于所述颜色坐标信息和所述样本光子晶体单胞结构信息，得到所述光子晶体单胞的结构信息与颜色间的预设关系模型；
调用光子晶体单胞的结构信息与颜色间的预设关系模型，基于所述颜色区域分布信息，得到所述目标对象图像中每个颜色区域对应的光子晶体单胞的目标结构信息；其中，所述光子晶体单胞为螺旋光栅结构；
基于所述颜色区域分布信息和所述每个颜色区域对应的光子晶体单胞的目标结构信息，确定预设衬底上的目标阵列信息；
基于所述目标阵列信息在所述预设衬底上进行光子晶体阵列加工，以形成与所述目标阵列信息对应的目标光子晶体阵列，得到所述光子晶体滤波器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述目标阵列信息在所述预设衬底上进行光子晶体阵列加工，以形成与所述目标阵列信息对应的目标光子晶体阵列，得到所述光子晶体滤波器包括：
在所述预设衬底上形成光固化胶液滴；
基于所述目标阵列信息对所述光固化胶液滴进行激光直写固化，得到所述目标阵列信息对应的目标光子晶体阵列；
去除所述光固化胶液滴中的多余的光固化胶。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述光子晶体的单胞结构信息包括所述螺旋光栅结构的高度、所述螺旋光栅结构的宽度和所述螺旋光栅结构的间距；
所述螺旋光栅结构的宽度为380nm～750nm；
所述螺旋光栅结构的间距为200nm～400nm；
所述螺旋光栅结构的高度为580nm～800nm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光子晶体滤波器的滤波波段为小于等于500nm时，所述螺旋光栅结构的高度为600nm；
所述光子晶体滤波器的滤波波段大于500nm时，所述螺旋光栅结构的高度为750nm。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述光子晶体滤波器中同一滤波颜色区域中，相邻光子晶体单胞的间距与所述螺旋光栅结构的间距相同。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在400～750nm的波长范围内，所述螺旋光栅结构的光子晶体的反射带宽为20-30nm。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述螺旋光栅结构的光子晶体在入射角为0°～30°范围内的平面波的照射下，所述螺旋光栅的特征峰处的反射效率大于等于60％。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设衬底为高反射率的衬底；
所述预设衬底包括：二氧化硅-硅衬底和ITO-石英衬底中的至少一种。
9.一种光子晶体滤波器，其特征在于，采用权利要求1-8中任一项所述的光子晶体滤波器的制备方法制得；包括：衬底和光子晶体光刻层；
所述光子晶体光刻层位于所述衬底的一侧表面上；
所述光子晶体光刻层包括多个光子晶体单胞结构，其中，所述光子晶体单胞为螺旋光栅结构；所述光子晶体光刻层中的所述光子晶体单胞结构不同对应的滤波颜色不同。
CN202210220275.0A 2022-03-08 2022-03-08 一种光子晶体滤波器及其制备方法 Active CN114488358B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210220275.0A CN114488358B (zh) 2022-03-08 2022-03-08 一种光子晶体滤波器及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210220275.0A CN114488358B (zh) 2022-03-08 2022-03-08 一种光子晶体滤波器及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114488358A CN114488358A (zh) 2022-05-13
CN114488358B true CN114488358B (zh) 2023-03-17

Family

ID=81487200

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210220275.0A Active CN114488358B (zh) 2022-03-08 2022-03-08 一种光子晶体滤波器及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114488358B (zh)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102346269B (zh) * 2011-11-09 2014-08-13 苏州大学 一种反射式彩色滤光片
CN104134059B (zh) * 2014-07-25 2017-07-14 西安电子科技大学 保持颜色信息的混合形变模型下的不良图像检测方法
JP7473223B2 (ja) * 2019-07-24 2024-04-23 学校法人 埼玉医科大学 推定器学習装置、推定器学習方法、及び、推定器学習プログラム
CN113192055B (zh) * 2021-05-20 2023-01-17 中国海洋大学 一种合成图像的和谐化方法及模型

Also Published As

Publication number Publication date
CN114488358A (zh) 2022-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109799611A (zh) 一种消色差超构透镜的设计方法及其消色差超构透镜
KR100623026B1 (ko) 선 격자 편광자 및 그 제조방법
CN102282482B (zh) 光学元件、显示装置、抗反射光学部件和母片
CN110146949A (zh) 一种窄带光谱滤波结构及其制作方法
WO2010070788A1 (ja) 外装部品およびその製造方法ならびに電子機器
CN102768381B (zh) 微纳结构d形光纤及制备方法与应用
CN105899983A (zh) 导模共振设备
US20100020400A1 (en) Diffractive optical element, method for manufacturing diffractive optical element, and laser beam machining method
CN107462983A (zh) 电磁波聚焦装置、光学设备和显微镜
WO2012094047A2 (en) Light absorption and filtering properties of vertically oriented semiconductor nano wires
JP2010225944A (ja) 固体撮像装置
JP2007041555A (ja) カラーフィルタ装置及びその製造方法
KR100764826B1 (ko) 반사형 표시소자 및 광도파로의 응용을 위한 픽셀화된 광결정 필름 및 그의 제조방법
Uleman et al. Resonant metagratings for spectral and angular control of light for colored rooftop photovoltaics
US20180203170A1 (en) Structural color filter and method of manufacturing the structural color filter
Liu et al. 4D direct laser writing of submerged structural colors at the microscale
KR101455063B1 (ko) 레이저 간섭 리소그래피를 이용한 광결정 구조가 결합된 표면 플라즈모닉 컬러 필터의 제조 방법
Shen et al. Fabrication and characterization of multi-stopband Fabry–Pérot filter array for nanospectrometers in the VIS range using SCIL nanoimprint technology
CN114488358B (zh) 一种光子晶体滤波器及其制备方法
WO2013130027A1 (en) Light absorption and filtering properties of vertically oriented semiconductor nano wires
KR102081130B1 (ko) 마스크 및 이를 이용한 액정표시장치의 제조방법
JP4978097B2 (ja) プロキシミティ露光用フォトマスクおよびカラーフィルタの製造方法
KR101445844B1 (ko) 레이저 간섭 리소그래피를 이용한 표면 플라즈모닉 컬러 필터의 제조 방법
Dhuey et al. Three-dimensional woodpile photonic crystals for visible light applications
TW201243401A (en) Color filter, optical grating structure and display module

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant