多腔薄膜梳状滤波器的偏振特性研究

　　0　引言

　　多腔薄膜梳状滤波器因其可以被用来实现密集波分复用(DWDM),而受到了人们的高度重视[1-4]。但在已有的研究中,入射光大都是垂直入射的,而对于斜入射时多腔薄膜梳状滤波器的偏振特性的研究,还未受到人们的关注。我们用特征矩阵法研究了由熔融石英、Ta2O5薄膜、SiO2薄膜组成的多腔薄膜梳状滤波器在C波段的偏振特性。多腔薄膜梳状滤波器可以利用成熟的光学薄膜沉积技术制作,具有结构简单、工艺成熟、环境稳定、插入损耗小、配置灵活、便于批量生产等优点,本研究对于深化人们对多腔薄膜梳状滤波器的透射特性的认识,开辟多腔薄膜梳状滤波器新的使用领域具有重要意义。

　　1　结构和研究方法

　　我们所研究的多腔薄膜梳状滤波器的结构式为:LHLHCHLHLHCHLHLHCHLHL。其中, L为SiO2薄膜,H为Ta2O5薄膜,C为熔融石英固体。该多腔薄膜梳状滤波器可以采用的制作方法是:利用电子枪蒸发方法先分别在第一块熔融石英固体的两面上,第二、第三块熔融石英固体的一面上交替镀制SiO2薄膜和Ta2O5薄膜,然后用光学胶合的方法将它们固定在一起[3]。

　　在我们的研究中取SiO2薄膜和Ta2O5薄膜的折射率分别为1.458和2.05,取SiO2薄膜和Ta2O5薄膜的光学厚度皆为λ04,λ0=1 550 nm,故SiO2薄膜和Ta2O5薄膜的物理厚度分别为265.78和189.02nm。取熔融石英固体的折射率为1.458,厚度为1mm[3,5]。用特征矩阵法[6-9]来研究多腔薄膜梳状滤波器在C波段(1 520~1 570 nm)的透射特性。根据特征矩阵法,当光通过折射率为ni、厚度为di的介质层时,其特征矩阵为

　　我们用式(5)来研究在不同的入射角下不同的偏振光通过多腔薄膜梳状滤波器的透射特性,由此来探讨多腔薄膜梳状滤波器的偏振特性。

　　2　结果与讨论

　　2.1　入射角较小时的偏振性

　　图1给出了不同入射角下波长在C波段的s偏振光和p偏振光通过多腔薄膜梳状滤波器的透射谱。由图1可见当入射角为0°时,多腔薄膜梳状滤波器有很好的梳状滤波特性,因而它可以被用来实现密集波分复用(DWDM)。由图1可见,随着入射角增大,s偏振光和p偏振光的透射峰的位置逐渐向短波方向移动,透射峰逐渐变宽,透射峰的个数逐渐减少;在入射角达到20°之前,s偏振光和p偏振光有相同或近似相同的透射特性;当入射角进一步增大后,s偏振光的透射峰变得比p偏振光的透射峰窄,s偏振光的透射峰的峰顶的形状的变化也比p偏振光的大,但此时s偏振光的透射峰和p偏振光的透射峰仍能同步地变化。

　　2.2　入射角较大时的偏振性

　　图2给出了入射角从56.704°到56.820°的变化过程中,s偏振光和p偏振光通过多腔薄膜梳状滤波器的透射谱的变化的大致情况。由图2(a)、2(h)可见,当入射角为56.704°和56.820°时,只有一定波长范围的p偏振光能透过多腔薄膜梳状滤波器,而s偏振光则完全不能透过多腔薄膜梳状滤波器,s偏振光被多腔薄膜梳状滤波器完全反射,可见利用多腔薄膜梳状滤波器可以实现偏振分离而获得线偏振光。研究表明,当入射角为56.935°,57.050°,57.166°,57.281°,57.397°,