波长可调、带宽可控的超窄带光学滤波器及其调控方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010923753.5 (22)申请日 2020.09.04 (71)申请人 苏州大学 地址 215137 江苏省苏州市相城区济学路8 号 (72)发明人 张桂菊彭婉袁子佩秦琳玲 (74)专利代理机构 苏州创元专利商标事务所有 限公司 32103 代理人 陶海锋 (51)Int.Cl. G02B 5/20(2006.01) (54)发明名称 一种波长可调、 带宽可控的超窄带光学滤波 器及其调控方法 (57)摘要 本发明公开了一种波长可调、 带宽可控的超 窄带光学滤波器及其调。

2、控方法。 在衬底金属膜上 依次铺覆底层介质平板膜、 微腔、 中层介质平板 膜、 介质光栅和顶层介质平板膜； 通过调节入射 光的角度， 改变微腔内材料的折射率， 可实现超 窄带光学滤波器输出波长的范围调节； 通过介质 平板、 微腔的厚度和介质光栅结构参数的调整， 可对超窄带光学滤波器的带宽进行调控。 本发明 将多层介质平板和单层介质光栅结合， 提供了一 种用于光学滤波的超窄带滤波器结构及带宽、 波 长的调控方法。 与现有的窄带滤波器相比， 带宽 达到了8.51e5nm， 且具有滤波波段可大范围调 谐、 带宽可控的特点。 权利要求书1页 说明书8页 附图12页 CN 111965747 A 202。

3、0.11.20 CN 111965747 A 1.一种波长可调、 带宽可控的超窄带光学滤波器， 其特征在于： 它包括单层介质光栅和 多层介质平板波导结构， 在衬底金属膜 （1） 上依次铺覆底层介质平板膜 （2） 、 微腔 （3） 、 中层 介质平板膜 （4） 、 介质光栅 （5） 和顶层介质平板膜 （6） ； 所述底层介质平板膜的厚度为400nm 500nm， 中层介质平板膜的厚度为450nm500nm， 顶层介质平板膜的厚度为100nm 200nm； 所述微腔的厚度为900nm1050nm， 微腔内为填充气体或液体； 所述的介质光栅， 周 期为1498nm1501nm， 缝宽为900nm10。

4、60nm； 厚度为100nm250nm。 2.根据权利要求1所述的一种波长可调、 带宽可控的超窄带光学滤波器， 其特征在于： 微腔内为填充气体， 填充的气体材料折射率为11.0005。 3.根据权利要求1所述的一种波长可调、 带宽可控的超窄带光学滤波器， 其特征在于： 微腔内为填充液体， 填充的液体材料折射率为1.31.35。 4.用于权利要求1所述的波长可调、 带宽可控的超窄带光学滤波器的波长调控方法， 其 特征在于： （1） 通过调节入射光的角度调节波长 在入射光为TE偏振条件下， 入射角为-33范围内， 光谱具有吸收响应的波长带宽范 围为3.57e-4nm8.51e-5nm； 在入射光为。

5、TM偏振条件下， 入射角为-3030范围内， 光谱 具有吸收响应的波长带宽范围为0.023nm0.11nm； （2） 通过改变微腔内材料的折射率调节波长 （a） 在入射光为TE偏振条件下， 当微腔内材料折射率为气体折射率范围内11.0005的 材料， 波长带宽范围为8.51e-5nm8.57e-5nm； 当微腔内材料折射率为液体折射率范围内 1.31.35的材料， 共振波长随着微腔内材料折射率的增加而发生红移， 从1556.1976nm红移 到1557.6167nm； （b） 在入射光为TM偏振条件下， 当微腔内材料折射率为气体折射率范围内11.0005的 材料， 共振波长随着微腔内材料折射率。

6、的增加而发生红移， 从2150 .514nm红移到 2150.718nm， 其带宽值为0.023nm保持不变； 当微腔内材料折射率为液体折射率范围内1.3 1.35的材料， 共振波长随着微腔内材料折射率的增加而发生红移， 从2411.628nm红移到 2434.611nm； （3） 先采用方法 （1） 通过改变入射光的角度实现波长的大范围的调节， 再采用方法 （2） 通过改变微腔内材料的折射率实现波长小范围的调节， 从而使调节的结果更加精确。 5.用于权利要求1所述的波长可调、 带宽可控的超窄带光学滤波器的带宽调控方法， 其 特征在于： （a） 入射光为TM偏振条件下， 通过对介质平板、 微腔。

7、的厚度和介质光栅结构参数的设 计， 得到带宽范围为4.14e-5nm6.68e-4nm的光学滤波器； （b） 入射光为TM偏振条件下， 通过对介质平板、 微腔的厚度和介质光栅结构参数的设 计， 得到带宽范围为0.01nm0.04nm的光学滤波器。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111965747 A 2 一种波长可调、 带宽可控的超窄带光学滤波器及其调控方法 技术领域 0001 本发明涉及一种由多层波导和单层光栅组成的滤波器结构， 特别涉及一种波长可 调、 带宽可控的超窄带光学滤波器及其调控方法， 可实现多波段可调谐且带宽可控的超窄 带滤波应用， 属于导波光学技术领域。 背景技术 0002。

8、 超窄带滤波器在激光雷达、 光学卫星通信、 气体探测和多光谱成像等多种应用中 起着至关重要的作用。 传统的窄带滤波器一般采用折射率相差较大的两种介质材料， 交替 排列沉积在基片上， 利用薄膜结构产生的干涉效应实现滤波。 一旦结构的材料和层数确定 之后， 滤波的波段也随之确定。 因此这种方法只能实现单一波段的滤波， 且制作周期长， 工 艺上要求严谨， 成本也较高。 而基于导模共振效应设计的窄带滤波器所包含的薄膜数目一 般不多于五层， 结构简单， 制作方便， 且具有较高的峰值反射率 （透射率） 、 低旁通带反射、 窄 带及带宽可控等优良特性。 0003 在本发明做出之前， 1992年， Magnu。

9、sson等人首次提出利用光栅-波导结构的导模 共振效应进行光学滤波器的设计， 并指出这种光学滤波片能够作为一种基本的光学元件， 广泛应用于各种光学系统 （参见文献： S. S. Wang, and R. Magnusson, Theory and applications of guided-mode resonance filters, Applied Optics 32, 2606-2613 (1993). ） 。 近年来， 窄带导模共振滤波器的设计和研究受到越来越多的关注并且已有报道。 Li等人研究了一种基于介质光栅的可见光波段大范围可调谐的导模共振滤波器， 通过改变 入射角可实现工作波。

10、长在491nm到690nm范围内的调谐， 滤波带宽最小可达到0.0012nm （参 见文献： C. Li, K. Zhang , Y. Zhang , Y. Cheng , and W. Kong , Large-range wavelength tunable guided-mode resonance filter based on dielectric grating, Optics Communications 437, 271-275 (2019). ） 。 Zheng等人研究了一种由单层光栅和梯 度折射率衬底组成的结构， 实现了同时具有超窄线宽和角度不敏感特性的带阻滤波器的设 计，。

11、 其最大带宽为1.1nm （参见文献： G. Zheng, X. Zou, L. Xu, and J. Wang, Single layer narrow bandwidth angle-insensitive guided-mode resonance bandstop filters, Optik 130, 19-23 (2017). ） 。 根据已有的报道， 有关窄带滤波器的研究仍面临 一些问题和挑战： 滤波带宽难以超窄带化 （滤波带宽在MHz量级以下） ； 滤波的中心波长难以 大范围的调谐； 滤波中心频率难以长时间保持稳定等。 发明内容 0004 本发明针对现有滤波器存在的滤波带宽难以。

12、超窄带化及滤波中心难以大范围调 谐存在的不足， 提供一种基于导模共振原理的波长可调谐且带宽可控的超窄带滤波器结构 及其调控方法， 不仅能够实现单一波段的超窄带滤波 （超窄带滤波一般指的是滤波带宽在 MHz量级以下） ， 而且通过改变入射角或其他结构参数能够实现多波段可调的滤波， 且滤波 带宽具有一定的可控性。 说明书 1/8 页 3 CN 111965747 A 3 0005 为了达到上述发明目的， 本发明所采用的技术方案提供是一种波长可调、 带宽可 控的超窄带光学滤波器， 它包括单层介质光栅和多层介质平板波导结构， 在衬底金属膜上 依次铺覆底层介质平板膜、 微腔、 中层介质平板膜、 介质光栅。

13、和顶层介质平板膜； 所述底层 介质平板膜的厚度为400nm500nm， 中层介质平板膜的厚度为450nm500nm， 顶层介质平 板膜的厚度为100nm200nm； 所述微腔的厚度为900nm1050nm， 微腔内为填充气体或液 体； 所述的介质光栅， 周期为1498nm1501nm， 缝宽为900nm1060nm； 厚度为100nm 250nm。 0006 本发明所述的一种波长可调、 带宽可控的超窄带光学滤波器， 其微腔内为填充气 体的材料折射率为11.0005； 其微腔内填充液体的材料折射率为1.31.35。 0007 本发明技术方案还包括如上所述的一种超窄带光学滤波器的波长及带宽调控方 。

14、法， 所述的波长调控方法如下： （1） 通过调节入射光的角度调节波长 在入射光为TE偏振条件下， 入射角为-33范围内， 光谱具有吸收响应的波长带宽范 围为3.57e-4nm8.51e-5nm； 在入射光为TM偏振条件下， 入射角为-3030范围内， 光谱 具有吸收响应的波长带宽范围为0.023nm0.11nm。 0008 （2） 通过改变微腔内材料的折射率调节波长 （a） 在入射光为TE偏振条件下， 当微腔内材料折射率为气体折射率范围内11.0005的 材料， 波长带宽范围为8.51e-5nm8.57e-5nm； 当微腔内材料折射率为液体折射率范围内 1.31.35的材料， 共振波长随着微腔。

15、内材料折射率的增加而发生红移， 从1556.1976nm红移 到1557.6167nm； （b） 在入射光为TM偏振条件下， 当微腔内材料折射率为气体折射率范围内11.0005的 材料， 共振波长随着微腔内材料折射率的增加而发生红移， 从2150 .514nm红移到 2150.718nm， 其带宽值为0.023nm保持不变； 当微腔内材料折射率为液体折射率范围内1.3 1.35的材料， 共振波长随着微腔内材料折射率的增加而发生红移， 从2411.628nm红移到 2434.611nm； （3） 先采用方法 （1） 通过改变入射光的角度实现波长的大范围的调节， 再采用方法 （2） 通过改变微腔内。

16、材料的折射率实现波长小范围的调节， 从而使调节的结果更加精确。 0009 所述的带宽调控方法如下： （1） 入射光为TM偏振条件下， 通过对介质平板、 微腔的厚度和介质光栅结构参数的设 计， 得到带宽范围为4.14e-5nm6.68e-4nm的光学滤波器; （2） 入射光为TM偏振条件下， 通过对介质平板、 微腔的厚度和介质光栅结构参数的设 计， 得到带宽范围为0.01nm0.04nm的光学滤波器。 0010 本发明依据波导光栅的导模共振的原理， 而导模共振效应实质上是亚波长光栅结 构中一种异常衍射现象， 是指光栅产生的某一高级次倏逝波与波导光栅结构所支持的泄漏 模发生相位匹配时， 这种泄漏模。

17、会与外部的传播光波发生强烈的耦合， 导致光波能量重新 分布， 由于光栅的周期性调制， 耦合的能量会被全部反射或透射， 因此， 在共振波长处出现 尖锐的反射峰或透射峰， 这就是导模共振的基本原理。 依据波导光栅的导模共振的原理， 按 亥姆霍兹方程和电磁场的边界条件， 得到本发明提供的超窄带滤波器结构的波导方程如式 （1） 所示： 说明书 2/8 页 4 CN 111965747 A 4 (1) 其中， d1、 d2、 d4、 d6、 d3、 d5分别为衬底金属膜， 底层、 中层和顶层介质平板膜、 微腔和介 质光栅的厚度， m为结构允许传播的导模数量， 为材料的介电常数， 为传播常数， k0为自由。

18、 空间的波数且k0=2 / ， 、 和T是为了简化公式而定义的参数， 它们与上述变量之间的关 系如下式 （2） （5） 所示： (2) (3) (4) (5) 根据式 （1） （5） 可以得到本发明提供的超窄带滤波器结构支持传播的模式及每个模式 发生共振的位置。 利用严格耦合波分析理论可以得到不同偏振情况下反射 （或透射） 衍射效 率。 式 （2） 中的传播常数 是一个复数， 传播常数的虚部表示波导的泄露， 它不仅决定了模的 传播长度， 也决定了共振的带宽。 共振线宽被定义为如下式 （6） ： (6) 其中， 代表传播常数 的虚部， 代表共振波长， 代表介质光栅的周期。 0011 本发明提供的。

19、波长可调谐且带宽可控的超窄带滤波器， 它包括衬底金属膜、 多层 介质平板膜、 单层介质光栅和微腔， 它是基于导模共振的原理， 为了实现窄带的滤波， 在结 构中加入了光栅的结构。 根据严格耦合波理论及波导方程， 可计算出本发明提供的超窄带 滤波器结构允许传播的模式， 优化结构参数。 在不改变结构参数的情况下， 通过改变入射角 可以实现工作波段的大范围调谐， 带宽可控体现在光谱带宽与不同结构参数之间关系是呈 线性的。 还由于本发明所提供的超窄带滤波器结构中含有一个微腔的结构， 在微腔内填充 不同折射率的气体或液体材料， 可以实现小范围工作波段的调谐且带宽也是可控的。 0012 与现有技术相比， 本。

20、发明具有以下显著特点： 1.本发明将多层介质平板和单层介质光栅结合， 提供了一种用于光学滤波的超窄带滤 波器结构。 与现有的窄带滤波器相比， 具有滤波波段可大范围调谐、 滤波带宽达到了8.51e- 说明书 3/8 页 5 CN 111965747 A 5 5nm (换算成频率为106KHz)， 且带宽可控的特点。 0013 2.本发明提供的超窄带滤波器结构不仅能够通过改变入射角度实现大范围的超 窄带滤波， 还可以通过改变微腔内的填充材料的折射率实现小范围的超窄带滤波， 且滤波 带宽随折射率的不同呈线性变化， 具有可控性。 附图说明 0014 图1是本发明实施例提供的波长可调谐的且带宽可控的超窄。

21、带滤波器的平面结构 示意图； 图2是本发明实施例提供的超窄带滤波器结构在不同偏振光入射条件下的光谱图； 图3是本实施例提供的的超窄带滤波器结构在TM偏振光入射情况下得到的入射角与共 振波长之间的关系图； 图4是本实施例提供的的超窄带滤波器结构在TM偏振光入射情况下得到的入射角与共 振峰带宽之间的关系图； 图5是本实施例提供的的超窄带滤波器结构在TE偏振光入射情况下得到的入射角与共 振波长之间的关系图； 图6是本实施例提供的的超窄带滤波器结构在TE偏振光入射情况下得到的入射角与共 振峰带宽之间的关系图； 图7是本实施例提供的超窄带滤波器结构在TM偏振光入射情况下得到的共振波长随微 腔内材料折射率。

22、变化而变化的关系图； 图8是本实施例提供的超窄带滤波器结构在TM偏振光入射情况下得到的共振峰带宽与 微腔内材料折射率之间的关系图； 图9是本实施例提供的超窄带滤波器结构在TM偏振光入射情况下得到的共振波长随微 腔内材料折射率变化而变化的关系图； 图10是本实施例提供的超窄带滤波器结构在TM偏振光入射情况下得到的共振峰带宽 与微腔内材料折射率之间的关系图； 图11是本实施例提供的超窄带滤波器结构在TE偏振光入射情况下得到的共振波长随 微腔内材料折射率变化而变化的关系图； 图12是本实施例提供的超窄带滤波器结构在TE偏振光入射情况下得到的共振峰带宽 与微腔内材料折射率之间的关系图； 图13是本实施。

23、例提供的超窄带滤波器结构在TE偏振光入射情况下得到的共振波长随 微腔内材料折射率变化而变化的关系图； 图14是本实施例提供的超窄带滤波器结构在TE偏振光入射情况下得到的共振峰带宽 与微腔内材料折射率之间的关系图； 图15是本发明实施例提供的超窄带滤波器结构在TE偏振光入射情况下得到的底层介 质平板的厚度与带宽之间的关系图； 图16是本发明实施例提供的超窄带滤波器结构在TE偏振光入射情况下得到的微腔的 厚度与带宽之间的关系图； 图17是本发明实施例提供的超窄带滤波器结构在TE偏振光入射情况下得到的介质平 板的厚度与带宽之间的关系图； 说明书 4/8 页 6 CN 111965747 A 6 图1。

24、8是本发明实施例提供的超窄带滤波器结构在TE偏振光入射情况下得到的单层介 质光栅的厚度与带宽之间的关系图； 图19是本发明实施例提供的超窄带滤波器结构在TE偏振光入射情况下得到的单层介 质光栅的缝宽与带宽之间的关系图； 图20是本发明实施例提供的超窄带滤波器结构在TE偏振光入射情况下得到的单层介 质光栅的周期与带宽之间的关系图； 图中， 1. 衬底金属膜； 2.底层介质平板膜； 3.微腔； 4.中层介质平板膜； 5.介质光栅； 6. 顶层介质平板膜； 7.入射光。 具体实施方式 0015 下面结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步的详细阐述。 0016 实施例1 参见附图1， 它是本实施例提。

25、供的带宽可控、 波长可调的超窄带光学滤波器的平面结构 示意图， 它为单层介质光栅和多层介质平板波导结构， 在本实施例中， 采用三层介质平板， 具体结构为： 在衬底金属膜1上依次铺设底层介质平板膜2、 微腔3、 中层介质平板膜4、 单层 的介质光栅5和顶层介质平板膜6； 入射光7从结构上方入射到结构表面。 0017 在本实施例中， 衬底金属膜1为厚度120nm的Au； 底层介质平板膜2为厚度450nm的 ZrO膜； 微腔3的厚度为930nm， 微腔内的材料可选择折射率不同的气体或液体， 在本实施例 中， 采用真空状态， 即折射率为1； 中层介质平板膜4的厚度为460nm， 选用材料膜的折射率为 。

26、2.33； 光栅5的材料由SiO2和MgF2组成， 光栅的厚度为180nm， 光栅的单元周期为1500nm； 顶层 介质平板膜6为厚度150nm的SiO2。 0018 参见附图2， 是本实施例提供的超窄带滤波器结构在不同偏振光入射条件下得到 的吸收光谱图， 入射光以TE和TM两种偏振条件分别入射。 从图2中可以看到， 当入射光以TE 偏振入射， 在1550nm处激发了一个超窄的共振峰， 带宽为8.51e-5nm (即106KHz)； 当入射光 以TM偏振入射， 在2277nm处激发了一个共振峰， 带宽为0.068nm。 0019 参见附图3， 是本实施例提供的的超窄带滤波器结构在TM偏振光入射。

27、情况下得到 的入射角与共振波长之间的关系图。 图中， 曲线1、 2、 3和4分别代表入射角 为 =0， =1， = 2， =3。 从图中可以看出， 随着入射角度的增大， 共振波长发生红移。 入射角度每增加1 ， 共振波长红移18nm， 且共振峰的吸收度保持在93%以上。 0020 参见附图4， 是本实施例提供的的超窄带滤波器结构在TM偏振光入射条件下得到 的入射角与共振峰带宽之间的关系图。 从图中可以看出， 带宽是随着入射角度的增加而逐 渐增加的。 0021 参见附图5， 是本实施例提供的的超窄带滤波器结构在TE偏振光入射条件下得到 的入射角与共振波长之间的关系图。 图中， 曲线1、 2、 3。

28、和4分别代表入射角 为 =0， =1， = 2， =3。 从图中可以看出， 随着入射角度的增大， 共振波长发生蓝移。 入射角度每增加1 ， 共振波长蓝移11nm， 但吸收度会随着入射角的增大而降低。 0022 参见附图6， 是本实施例提供的的超窄带滤波器结构在TE偏振光入射条件下得到 的入射角与共振峰带宽之间的关系图。 从图中可以看出， 带宽同样是随着入射角度的增加 而增加的。 说明书 5/8 页 7 CN 111965747 A 7 0023 实施例2 按实施例1提供的滤波器平面结构和各元件参数， 本实施例仅改变微腔内填充材料， 制 备一系列滤波器， 具体参数如下： （1） 微腔内选择填充不。

29、同折射率的气体材料， 折射率分别为1、 1.0001、 1.0002、 1.0003、 1.0004和1.0005。 0024 （2） 微腔内选择不同折射率的液体材料， 折射率分别为1.30、 1.31、 1.32、 1.33、 1.34和1.35。 0025 参见附图7， 它是本实施例提供的超窄带滤波器结构在TM偏振光入射条件下得到 的共振波长随微腔内材料折射率变化而变化的关系图。 当微腔内材料折射率为气体折射率 范围内的材料， 共振波长随着微腔内材料折射率的增加而发生红移， 从2150.514nm红移到 2150.718nm， 红移量为0.204nm。 图中， 曲线1、 2、 3 、 4、。

30、 5和6分别代表折射率为1、 1.0001、 1.0002、 1.0003、 1.0004和1.0005。 0026 参见附图8， 它是本实施例提供的超窄带滤波器结构在TM偏振光入射条件下得到 的共振峰带宽与微腔内材料折射率之间的关系图。 从图中可以看出， 共振峰的带宽保持不 变， 其值为0.023nm。 0027 参见附图9， 它是本实施例提供的超窄带滤波器结构在TM偏振光入射条件下得到 的共振波长随微腔内材料折射率变化而变化的关系图。 当微腔内材料折射率为液体折射率 范围内的材料， 共振波长随着微腔内材料折射率的增加而发生红移， 从2411.628nm红移到 2434.611nm， 红移量。

31、为22.983nm。 图中， 曲线1、 2、 3 、 4、 5和6分别代表折射率为1.30、 1.31、 1.32、 1.33、 1.34、 1.35。 0028 参见附图10， 是本实施例提供的超窄带滤波器结构在TM偏振光入射条件下得到的 共振峰带宽与微腔内材料折射率之间的关系图。 从图中可以看出， 共振峰带宽是随着微腔 内材料折射率的增大而增大的。 0029 参见附图11， 是本实施例提供的超窄带滤波器结构在TE偏振光入射条件下得到的 共振波长随微腔内材料折射率变化而变化的关系图。 当微腔内材料折射率为气体折射率范 围内的材料， 共振波长随着微腔内材料折射率的增加而发生红移， 从1550n。

32、m红移到 1550.00724nm， 红移量为0.00724nm。 图中， 曲线1、 2、 3 、 4、 5和6分别代表折射率为1、 1.0001、 1.0002、 1.0003、 1.0004和1.0005。 0030 参见附图12， 是本实施例提供的超窄带滤波器结构在TE偏振光入射条件下得到的 共振峰带宽与微腔内材料折射率之间的关系图。 从图中可以看出， 共振峰带宽是随着微腔 内材料折射率的增大而增大的。 0031 参见附图13， 是本实施例提供的超窄带滤波器结构在TE偏振光入射条件下得到的 共振波长随微腔内材料折射率变化而变化的关系图。 当微腔内材料折射率为气体折射率范 围内的材料， 共。

33、振波长随着微腔内材料折射率的增加而发生红移， 从1556.1976nm红移到 1557.6167nm， 红移量为1.4191nm。 图中， 曲线1、 2、 3 、 4、 5和6分别代表折射率为1、 1.0001、 1.0002、 1.0003、 1.0004和1.0005。 0032 参见附图14， 是本实施例提供的超窄带滤波器结构在TE偏振光入射条件下得到的 共振峰带宽与微腔内材料折射率之间的关系图。 从图中可以看出， 共振峰带宽是随着微腔 内材料折射率的增大而增大的。 说明书 6/8 页 8 CN 111965747 A 8 0033 实施例3 按实施例1提供的滤波器平面结构和各元件参数，。

34、 本实施例中分别改变介质平板膜和 微腔的厚度， 制备一系列滤波器， 具体参数如下： （1） 底层介质平板的厚度参数分别为440nm、 450nm、 460nm、 470nm、 480nm和490nm。 0034 参见附图15， 是本实施例提供的超窄带滤波器结构在TE偏振光入射条件下得到的 底层介质平板的厚度与带宽之间的关系图。 由图可知， 共振峰的带宽是随着底层介质平板 膜的厚度的增加而增加的。 0035 （2） 微腔的厚度参数分别为910nm、 920nm、 930nm、 940nm、 950nm、 960nm和970nm。 0036 参见附图16， 是本实施例提供的超窄带滤波器结构在TE偏。

35、振光入射条件下得到的 微腔的厚度与带宽之间的关系图。 由图可知， 共振峰的带宽是随着微腔厚度的增加而增加 的。 0037 （3） 中层介质平板膜的厚度参数分别为456nm、 458nm、 460nm、 462nm和464nm。 0038 参见附图17， 是本实施例提供的超窄带滤波器结构在TE偏振光入射条件下得到的 中层介质平板膜的厚度与带宽之间的关系图。 由图可知， 共振峰的带宽是随着中层介质平 板的厚度的增加而增加的。 0039 实施例4 按实施例1提供的滤波器平面结构和各元件参数， 本实施例中分别改变光栅的厚度、 缝 宽、 周期结构， 制备一系列滤波器， 具体参数如下： （1） 光栅的厚度。

36、参数分别为160 nm、 170 nm、 180 nm、 190 nm和200 nm。 0040 参见附图18， 是本实施例提供的超窄带滤波器结构在TE偏振光入射条件下得到的 介质光栅的厚度与带宽之间的关系图。 由图可知， 共振峰的带宽是随着介质光栅厚度的增 加而增加的。 0041 （2） 光栅的缝宽参数分别为940nm、 960nm、 980nm、 1000nm和1020nm。 0042 参见附图19， 是本实施例提供的超窄带滤波器结构在TE偏振光入射条件下得到的 介质光栅的缝宽与带宽之间的关系图。 由图可知， 共振峰的带宽是随着介质光栅缝宽的增 大而增加的。 0043 （3） 光栅的周期参。

37、数分别为1498 nm、 1499 nm、 1500nm、 1501nm和1502nm。 0044 参见附图20， 是本实施例提供的超窄带滤波器结构在TE偏振光入射情况下得到的 介质光栅的周期与带宽之间的关系图。 由图可知， 共振峰的带宽是随着介质光栅周期的增 加而减小的。 0045 实施例5 按附图1提供的滤波器结构和实施例1提供的各元件参数， 按表1提供的底层介质平板 2、 微腔3、 中层介质平板4、 介质光栅5、 顶层介质平板6 （对应的元件表1中为2、 3、 4、 5和6） 的厚度和介质光栅5的周期、 缝宽参数， 得到一系列超窄带滤波器， 其在TM偏振条 件下， 各参数与带宽之间的关系。

38、参见表1。 0046 表1 说明书 7/8 页 9 CN 111965747 A 9 。 0047 由本发明实施例15给出的结果可以看出， 本发明提供的超窄带波长可调的光学 滤波器， 通过结构设计 （介质平板和微腔的厚度， 光栅的厚度、 周期和缝宽等参数） 可实现带 宽可控， TE偏振情况下， 带宽在4.14e-5nm6.68e-4nm之间可调; TM偏振情况下， 带宽在 0.01nm0.04nm之间可调。 0048 本发明提供的超窄带波长可调的光学滤波器， 可采用如下方法对波长进行调节： （1） 通过调节入射光的角度， 实现波长的大范围调节； 在入射光为TE偏振条件下， 入射 角为-33范围。

39、内， 光谱具有吸收响应的波长带宽范围为3.57e-4nm8.51e-5nm。 采用实 施例1提供的结构， 入射角每变化1， 波长偏移11nm； 在入射光为TM偏振条件下， 入射角为- 3030范围内， 光谱具有吸收响应的波长带宽范围为0.023nm0.11nm, 入射角每变化1 ， 波长偏移18nm； 随着角度的绝对值的增大， 带宽是逐渐增大的。 0049 （2） 通过改变微腔内材料的折射率， 实现波长的小范围调节； 采用实施例1提供的 结构， 在入射光为TE偏振条件下， 当微腔内材料折射率为气体折射率范围内 （11.0005） 的 材料， 共振波长随着微腔内材料折射率的增加而发生红移， 从1。

40、550nm红移到1550.00724nm， 红移量为0.00724nm， 带宽在8.51e-5nm8.57e-5nm范围内变化； 当微腔内材料折射率为液 体折射率范围内 （1.31.35） 的材料， 共振波长随着微腔内材料折射率的增加而发生红移， 从1556.1976nm红移到1557.6167nm， 红移量为1.4191nm， 其带宽随着微腔内材料折射率的 增大而增大的。 在TM偏振情况下， 当微腔内材料折射率为气体折射率范围内 （11.0005） 的 材料， 共振波长随着微腔内材料折射率的增加而发生红移， 从2150 .514nm红移到 2150.718nm， 红移量为0.204nm， 其。

41、带宽保持不变， 值为0.023nm。 当微腔内材料折射率为液 体折射率范围内 （1.31.35） 的材料， 共振波长随着微腔内材料折射率的增加而发生红移， 从2411.628nm红移到2434.611nm， 红移量为22.983nm， 其带宽随着微腔内材料折射率的增 大而增大的。 0050 （3） 将上述两种方法结合， 先通过改变入射光的角度实现波长的大范围的调节， 再 通过改变微腔内材料的折射率实现小范围的调节， 从而使调节的结果更加精确。 说明书 8/8 页 10 CN 111965747 A 10 图1 图2 说明书附图 1/12 页 11 CN 111965747 A 11 图3 图4。

42、 说明书附图 2/12 页 12 CN 111965747 A 12 图5 说明书附图 3/12 页 13 CN 111965747 A 13 图6 说明书附图 4/12 页 14 CN 111965747 A 14 图7 图8 说明书附图 5/12 页 15 CN 111965747 A 15 图9 说明书附图 6/12 页 16 CN 111965747 A 16 图10 图11 说明书附图 7/12 页 17 CN 111965747 A 17 图12 图13 说明书附图 8/12 页 18 CN 111965747 A 18 图14 图15 说明书附图 9/12 页 19 CN 111965747 A 19 图16 图17 说明书附图 10/12 页 20 CN 111965747 A 20 图18 图19 说明书附图 11/12 页 21 CN 111965747 A 21 图20 说明书附图 12/12 页 22 CN 111965747 A 22 。