干涉截止滤光片

• 若截止波长范围特别窄的光线，或者对于波长超过滤光 片截止限的光线，检测器本身已经不灵敏，那么此时滤光 片的截止带宽度是够用的。然而，很多情况下，希望截止 短于某个特定波长或者长于某一波长的所有光线，因此应 当设法展宽截止带。同时通带波纹也将影响通带最小透射 率，需要压缩通带波纹。
• 主要任务：
结构：
S|(HL)^9|A
S:
1.52
H:ZnS 2.3
L:MgF2 1.38
• 1.这类膜系的截至滤光片，并非以某一波长为界，一 侧高透一侧高反的理想模式，而只是在某一有限波段，实 现某一波长为界，一侧高透另一侧高反的波段截止滤光、 分光膜堆；2.即便是同一个周期性膜堆，也是既可以用作 截止长波的短波通滤光片，也可以用做截止短波的长波通 滤光片。
干涉截止滤光片
姓名：费海明 学号：140210002
2015.4.15
截止滤光片
吸收型
对入射角不敏感，便宜，但截止波长不易调节
吸收与干涉组合型 薄膜干涉型 1.特性 2.周期结构 3.通带透射率 4.通带波纹的压缩 5.通带的展宽和压缩 6.截止波长和截止带中心的透射率 7.倾斜时的偏振效应
1.什么是截止滤光片？
m , m 1,3,5..或m 2,4,6....
2s
对应与反射率包络线的次峰。
• 压缩通带波纹的方法：
• A.选取一个对称组合，使其通带内的等效折射率与基片折
射率相接近。
•
nG
|(H 2
L
H 2
)10
|
A
nG 1.52, nL 1.45, nH 2.35
M
M 11 M 21
M12 M 22
cos
i p sin
p
p
i
p
sin
p
c os q
cos p iq sin q
i
q
sin
q
cos p
cosq i p sin p
i
p
sin
p
cos p
M11
cos2 p
c os q

1 p 2 q
q p
sin
2
p
sin q
• 由于 2 p q
nd cos m / 2, m 1,2,3...
满足奇数倍的极值波长位置由下式决定：
nd cos (2m 1) / 4, m 1,2,3...
将 f 由对称周期的等效折射率E来代换，由于E是波长的函
数，如下图所示，为了找到极大值和极小值的位置，找出使 多层膜的总厚度等于λ/4的整数倍的g值。此时多层膜的等效 总位相厚度应当是π/2的整数倍，如果多层膜有s个周期，那 么总等效位相厚度将是sT。
• 在某一波长范围的光束高透射，而偏离这一波长 区域的光束骤然变化为高反射。
• 分类：
薄膜干涉 性截止滤
波片
按波段分
吸收型截 止滤波片
按作 用机 理分
吸收与干 涉组合型 截止滤波
片
长波截止滤 光片
短波截止滤 光片
长波通滤光片的典型特性
短波通滤光片的典型特性
2.滤光片的特性参数
• 1.透射曲线开始上升或下降时的波长，以及此曲线上升的 许可斜率。
• 等效位相厚度：
arccosM11
arc c os [c os2
p
c os q
1 2
(
p
q
q p
) sin
2 p
sin q ]
arc c os [c os q 2
1 2
(
p
q
q p
) sin q2 ]
• 通常取最接近 (2 p q )的值，即取各层膜实际位相厚度之 和的Γ值是容易说明的。只有在高反射带的边缘，等效位 相厚度才显著的偏离真实厚度。
• 而在通带的其他位置，等效位相厚度几乎严格等于基本周 期的实际位相厚度
• 因此在通带内多层膜好像一个光学厚度和折射率都略微变 化的单层膜。
• 在无吸收的基片上镀以实际的单层介质膜时，其反射率在 两个极值之间振荡。这两个极值取决于膜厚等于λ/4的整 数倍，当膜厚等于λ/4的偶数倍时，膜是一个虚设层，因 此反射率就是光洁基片的反射率，当膜厚等于λ/4的奇数 倍时，取决于薄膜折射率高于或低于基底折射率，反射率 将出现极大值或者极小值。
M11
c os2
q
1 2
p q
q p
s
in
2
q
• 易知 M11 1 取 M11 1 得其极值，即截止带的边界
• 化简可得
c os2
e
nH nH
nL nL
2
• 因为 2 0 0 g 4 2 2
• 截止带边界为：
e
2
(1
g )
• 于是截止带宽度为：
2g 2(0 )
• q
• 1.研究通带的透射特性：通带透射率，通带的展宽和压缩， 消除和减小通带波纹
• 2.研究反射带的抑制特性：截止波长和截止带中心的透射 率
• 可以看出标准的四分之一波长的反射膜在反射带以外， 透射率是震荡的，或者说通带内有较大的波纹幅度，我们 下面利用等效折射率的方法来分析，找到波纹压缩的方法。
通带特性：
• 2.高透射带的光谱宽度、平均透射率以及在此透射带内许 可的最小透射率。
• 3.反射带（或称抑制带）的光谱宽度以及在此范围内所许 可的最大透射率。
3.干涉截止滤光片的基本膜系类型
• 干涉型截至滤光片的基本膜系类型是λ/4周期性膜堆 (LH，)s 其透射率曲 线主要特征是一连串的高反射带间隔的高透射带。
利用等效折射率概念分析：
• 在λ/4多膜层的每一侧加一个λ/8膜层
H LHL...HL H
2
2
H L H L H ...H L H 22222
L HLH...LH L
2
2
L H L H L ...L H L 2 2 22 2
• 对于pqp对称膜系，我们知道：
(H L H )S 22
(L H L)S 22
• 相应膜厚为λ/4偶数倍时的反射率：(0 g )2 /(0 g )2
• 相应膜厚为λ/4奇数倍时的反射率：
(0 f 2 /g )2 /(0 f 2 /g )2
• 以此绘出两条曲线，它们就是极大值和极小值的轨迹，也 就是单层膜反射率曲线的包络。
• 而膜的有效光学厚度为ndcosθ，即满足偶数倍极值波长的 位置由下式决定：
p时
g
2
arc
s
in
q q
p p
• q
p时
g
2
arc
s
in
p q
q p
g 0
•
因此，不论基本周期是 H
全相同。
2
LH 2
还是
LH 2
L ，截止带宽度完
2
• 自然，可能有其他形式的三层组合，其中心层厚度并不等 于外层厚度的两倍。但是仅就截止带宽度而言，已经证明， 当三层对称周期的中心厚度是λ/4,每个外层是λ/8，将得到 最大的截止带宽度。