Інтерференційний смуговий фільтр

Інтерференційний смуговий фільтр, що містить підкладку, перший тонкоплівковий шар з високим показником заломлення та дзеркало, яке складається з шарів діелектрика з високим та низьким показниками заломлення, оптична товщина яких кратна чверті довжини хвилі області максимального пропускання, який відрізняється тим, що поверх дзеркала напилено другий тонкоплівковий шар з високим показником заломлення, перший тонкоплівковий шар з високим показником заломлення нанесено на підкладку, показник заломлення цих шарів визначено з залежності: 2 3 37641 4 тральну криву з наперед заданими параметрами покращення селективних властивостей інтерфедля будь-якої довжини хвилі при сталому числі ренційного смугового фільтра. шарів в інтерференційній системі. За рахунок модифікації товщини шарів з висоПоставлене завдання вирішується тим, що в ким показником заломлення є можливість керуінтерференційному смуговому фільтрі, що містить вання шириною смуги пропускання інтерференційпідкладку, перший тонкоплівковий шар з високим ного смугового фільтра. показником заломлення та дзеркало, яке складаНа Фіг.1 зображений інтерференційний смугоється з шарів діелектрика з високим та низьким вий фільтр, де 1 - підкладка; 2 - перший тонкоплівпоказниками заломлення, оптична товщина яких ковий шар, з високим показником заломлення; 3 кратна чверті довжини хвилі області максимальноінтерференційне дзеркало, яке складається із шаго пропускання, згідно корисної моделі, поверх рів, з низьким та високим показниками заломлендзеркала напилено другий тонкоплівковий шар з ня; 4 - другий тонкоплівковий шар, з високим покависоким показником заломлення, а перший тонкозником заломлення; на Фіг.2 і Фіг.3 зображені плівковий шар з високим показником заломлення залежності tgf від показника заломлення n шарів 2 нанесено на підкладку, показник заломлення цих та 4 з високим показником заломлення; на Фіг.4 шарів визначено з залежності: зображено залежність коефіцієнта пропускання Т від довжини хвилі l інтерференційного смугового æ n2 a ö æ1 æa nö ö фільтра. - (nП - 1) × ç + ÷ ± 4 × ç - 2 ÷ × ç - a÷ ç a n ÷ èa Інтерференційний смуговий фільтр містить èn aø ø è ø tgj(n) = підкладку 1, перший тонкоплівковий шар з високим æ n2 a ö показником заломлення 2 та дзеркало 3, яке скла÷ 2×ç ç a - n2 ÷ дається з шарів діелектрика з високим та низьким è ø показниками заломлення, що послідовно чергу, ються, оптична товщина яких кратна чверті дова товщина вибрана зі співвідношення: жини хвилі області максимального пропускання і æ ö æ ö æ n2 a ö æ 1 ç ÷ ç æa nö поверх дзеркала напилено другий тонкоплівковий ÷ ×ç - aö ÷ - ( nП - 1) × ç + ÷ ± 4 × ç ÷÷ ç ÷ ç ç a n2 ÷ è a èn aø ø÷ шар 4 з високим показником заломлення, а перç ÷ ç è ø - l 0 × çarctg + kp ÷ ç ÷ ший тонкоплівковий шар 2 з високим показником æ n2 a ö ç ÷ ç ÷ ÷ 2×ç заломлення нанесено на підкладку 1. Товщина d 2÷ ç ç a n ÷ ç ÷ ç ÷ ç è ø ÷ è ø тонкоплівкових шарів з високим показником залоè ø d= 2 × p× n млення 2 і 4, та й величина показника заломлення де: n - показник заломлення першого та другоп цих шарів 2 і 4 певним чином залежать від знаго тонкоплівкових шарів; чень показників заломлення, товщини шарів інj – фаза; терференційного дзеркала 3 та показника заломnП - показник заломлення підкладки; лення підкладки 1. Передатна матриця а - параметр, використаний для спрощення інтерференційного смугового фільтра має вигляд: виразу і рівний m æ n ö a = nB ç - B ÷ ç n ÷ è Hø nB – показник заломлення шару інтерференційного дзеркала з високим показниками заломлення та оптичною товщиною рівною l0/4; п H - показник заломлення шару інтерференційного дзеркала з низьким показниками заломлення та оптичною товщиною рівною l0/4; l0 - довжина хвилі максимального пропускання m - кількість періодів в дзеркалі; d - товщина першого та другого тонкоплівкових шарів; k - коефіцієнт пропорційності, що рівний цілому числу - 0, 1, 2.... За рахунок використання лише одного інтерференційного дзеркала полегшується конструкція інтерференційного смугового фільтра, зникає необхідність в напилені великої кількості шарів, а отже і контролю їх товщини. Досягнення максимального коефіцієнта пропускання на базовій довжині хвилі отримується за рахунок вибору оптимального показника заломлення шарів, що обмежують інтерференційне дзеркало при будь-якому наборі матеріалів дзеркала та відповідно розрахунку їх товщини. За рахунок використання тонкоплівкових шарів з високим показником заломлення досягається n ianP in é a ù sin 2 f + P cos2 f ê- n sin f cos f - a sin f cos f ú a n2 ê ú 2 in an nn ê ú ia cos2 f sin 2 f - P sin f cos f - P sin f cos fú ê ë a n a û (1) де а – параметр, використаний для спрощення m æ n ö a = nB ç - B ÷ ç n ÷ è H ø ; nB - показник заловиразу і рівний млення шару інтерференційного дзеркала 3 з високим показниками заломлення та оптичною товщиною рівною l0/4; nH - показник заломлення шару інтерференційного дзеркала 3 з низьким показниками заломлення та оптичною товщиною рівною l0/4; l0 – довжина хвилі максимального пропускання; m - кількість періодів в дзеркалі; j - фаза; n - показник заломлення першого та другого тонкоплівкових шарів; n H – показник заломлення підкладки; Коефіцієнт пропускання буде максимальним тоді коли різниця векторів електричного та магнітного полів буде рівною нулю, а отже отримано рівняння: E -H = a n ian in sinf cos f - sin f cos f - 2P sin2 f + P cos2 f n a a n - ia cos2 f + (2) in2 an nn sin2 f + P sinf cos f + P sin f cosf = 0 a n a 5 37641 6 Здійснивши алгебраїчні перетворення виразу Показники заломлення шарів інтерференцій(2), отримано: ного дзеркала вибрано рівними відповідно 2, 3 (6 шарів) та 1,38 (5 шарів). Товщини цих шарів роз2 én é a ù æ a n öù é 1 ù раховано для базової довжини хвилі 5мкм, показtg2 fê - 2 ú + tgf ê ((nP - 1)ç + ÷ ú + ê - aú = 0 ник заломлення підкладки вибрано рівним 1,7. êa n ú è n a øû ë a û ë ë û Скориставшись Фіг.2 вибрано показник заломлен(3) ня верхнього шару рівним 6,2. Товщини цих шарів Розв'язком цього квадратного рівняння, що є згідно формули (5) рівні 0,2014мкм. Спектр пропупоказником заломлення тонкоплівкових шарів 2 та скання такого фільтра зображено на Фіг.4. Смугу 4 є: пропускання можна значно звузити вибираючи у æ n2 a ö æ1 формулі (5) k більшим за нуль. æa nö ö ÷ × ç - a÷ - (nП - 1) × ç + ÷ ± 4 × ç Виконання інтерференційного смугового фільç a n2 ÷ è a n aø è ø è ø тра за допомогою структури: підкладка 1 - першийtgj(n) = æ n2 тонкоплівковий шар 2 з високим показником залоa ö 2×ç - 2÷ млення - інтерференційне дзеркало 3 - другий тонç a n ÷ è ø коплівковий шар 4 з високим показником залом(4) лення має перевагу порівняно з аналогами В залежності від вибору значення показника оскільки дозволяє отримати максимальний коефізаломлення (з Фіг. 2 чи з Фіг. 3) розрахована товцієнт пропускання на заданій довжині хвилі за нещина (залежно від вибраного розв'язку) шарів 2 та складної конструкції фільтра при порівняно неве4 з високим показником заломлення: ликій кількості шарів. æ ö æ ö æ n2 a ö æ 1 ç ÷ ç æa nö ç ÷ ×ç - aö ÷ ÷÷ ç ÷ ç - ( nП - 1) × ç + ÷ ± 4 × ç 2÷ a a n ø è èn aø ø÷ ç ÷ ç è - l 0 × çarctg + kp ÷ ç ÷ æ n2 a ö ç ÷ ç ç ÷ ÷ 2× ç ç a n2 ÷ ÷ ç ÷ ç ÷ ç è ø ÷ è ø è ø d= 2 × p× n (5) 7 Комп’ютерна в ерстка А. Крижанівський 37641 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601