[發(fā)明專利]一種反射帶位置動態(tài)可調(diào)的選擇性濾光片

無效

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• 申請日: 2010-09-17
• 公開（公告）號: CN102004331A
• 公開（公告）日: 2011-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡古今;張婷;戴寧
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
• 主分類號: G02F1/05
• 分類號: G02F1/05
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)元器件技術(shù)領(lǐng)域，特別指一種以鐵電材料為基本工作介質(zhì)，利用材料的電光效應(yīng)，通過外加電場實現(xiàn)工作頻率動態(tài)調(diào)諧的濾光片。

背景技術(shù)

廣泛應(yīng)用于各種光學(xué)系統(tǒng)中的濾光片本質(zhì)上是一種特殊結(jié)構(gòu)的周期性膜堆，它們對光起選擇性反射、選模、濾波和放大等作用，是光量子操控系統(tǒng)中的重要器件。傳統(tǒng)材料，如硫化鋅、冰晶石、氟化鈣、氟化鎂、二氧化鈦、二氧化硅等，因不具有聲光、熱光、電光等效應(yīng)，基于這些物質(zhì)設(shè)計制作的干涉濾光片只能工作在特定的中心波長或頻率點。

就實際應(yīng)用而言，可調(diào)光子帶隙結(jié)構(gòu)顯得尤為重要，液晶和鐵電材料的出現(xiàn)為實現(xiàn)這類結(jié)構(gòu)提供了可能。對可見光透明的鈣鈦礦鐵電氧化物，如鋯鈦酸鉛和鈦酸鍶鋇等，具有顯著的電光、聲光和熱光效應(yīng)，并且擁有高折射率和折射率隨組分變化的優(yōu)點。用它們作為制作周期性單元的基本介質(zhì)，光子器件的特性參數(shù)就可以通過外場得到動態(tài)調(diào)諧。例如深空探測中使用的高光譜窄帶通濾光片常因溫度變化引起工作點漂移。如果濾光片的材質(zhì)擁有電光效應(yīng)，通過施加電場改變材料折射率或介電常數(shù)，使濾光片的中心工作頻率回到原來設(shè)定的值。因此，鐵電材料為光學(xué)元器件的設(shè)計制作提供了一個新自由度。

反射帶位置動態(tài)可調(diào)的選擇性濾光片的原理如下：用電光效應(yīng)顯著的鋯鈦酸鉛鐵電材料制作高反射率的周期性介質(zhì)膜堆，周期性鋯鈦酸鉛膜系對給定的頻率段進行選擇性反射，產(chǎn)生濾光效果。由于反射帶的中心波長位置取決于膜系中高低折射率層的光學(xué)厚度，在膜堆的上下表面制作透明導(dǎo)電的氧化物電極并施加一直流電場，鋯鈦酸鉛的折射率發(fā)生改變，反射帶的中心頻率隨之移動。由此形成的反射型濾光片，其中心工作頻率便通過外加偏壓實現(xiàn)了動態(tài)調(diào)控。這類光學(xué)器件有望在激光技術(shù)、光信息處理技術(shù)和空間技術(shù)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種集成于透明導(dǎo)電玻襯底上的反射帶位置動態(tài)可調(diào)的選擇性濾光片。

本發(fā)明的反射帶位置動態(tài)可調(diào)的選擇性濾光片，包括：襯底1，在襯底1上依次置有第一致密鐵電膜層2，鐵電氧化物介質(zhì)反射膜堆3，第二致密鐵電膜層4和透明導(dǎo)電氧化物膜層上電極5。所說的襯底1為透明導(dǎo)電的F摻雜SnO₂涂布的玻璃(簡稱FTO玻璃)；所說的鐵電氧化物介質(zhì)反射膜堆3為鋯鈦酸鉛反射膜系，該膜系由8～16個周期的致密鋯鈦酸鉛和多孔鋯鈦酸鉛膜層交替排列組成，其膜系結(jié)構(gòu)為：

第一致密鐵電膜層2/(HL)ⁿ/第二致密鐵電膜層4

其中：H是厚度為40-100nm的多孔鋯鈦酸鉛薄膜，L是厚度為40-100nm的致密鋯鈦酸鉛薄膜，n為周期數(shù)，取值范圍8-16；所說的第一致密鐵電膜層2和第二致密鐵電膜層4為均勻相、且組分與反射膜堆3一致的厚度為100～200nm的鋯鈦酸鉛薄膜；所說的透明導(dǎo)電氧化物膜層上電極5為透明導(dǎo)電、厚度200～400nm的ZnO:Al薄膜。

本發(fā)明中鐵電氧化物介質(zhì)反射膜是利用相分離原理，通過重復(fù)甩膠-熱處理工藝制備的單一組分的鋯鈦酸鉛周期性多層膜，反射帶的位置由轉(zhuǎn)速控制。為將直流偏壓加于鋯鈦酸鉛多層膜兩端，所引入的兩個致密鐵電膜層的生長工藝類似于鋯鈦酸鉛多層膜的生長工藝。FTO玻璃為商用產(chǎn)品。透明導(dǎo)電氧化物上電極用磁控濺射方法制備。

本發(fā)明的優(yōu)點是：器件結(jié)構(gòu)簡單，熱穩(wěn)定性好，防潮抗腐蝕；器件工藝簡化，成本低；低的驅(qū)動電壓(低于200V)并能使濾光片的中心工作波長發(fā)生顯著移動。

附圖說明

圖1為反射帶位置動態(tài)可調(diào)的選擇性濾光片的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為實施例1中濾光片在0和25伏偏壓下的透射光譜。

圖3為實施例2中濾光片在0和40伏偏壓下的反射光譜曲線。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和五個實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步的詳細說明：

實施例1