一种窄带导模共振负滤光片的设计

书山有路勤为径，学海无涯苦作舟

一种窄带导模共振负滤光片的设计

由于弱调制光栅可以等效为平面波导，本文从平面波导的本征方程出发，导出垂直入射时弱调制光栅共振位置的表达式。分别以单层、双层膜系导

模共振光栅结构为例，研究了光栅层厚度、周期、占空比对共振波长的影响。

结合光学薄膜理论设计出一种窄带导模共振负滤光片。由于导模共振对入射波

参数和光栅参数都极为敏感，具有窄带效应，用来制作窄带负滤波片非常可

行。

导模共振效应是介质光栅在一定的浮雕结构参量和入射条件下出现的一

种特殊衍射现象。它的产生，是由于衍射光栅可以看作周期调制的平面波导，

当光栅内高级次传播波在参数上与光栅波导所支持的导模接近时，光波能量重

新分布，由于光栅的周期调制性使得光栅波导出现泄漏，泄漏波能量也将重新

分布，形成导模共振。导模共振滤光片(guided-mode resonance filter) 的周期性结构能够提供位相匹配的可能性。对于高空间频率的波导光栅，即亚波长的波

导光栅，所有的高级次衍射波均为倏逝波，这样就使得所有的能量均在0 级反射波与0 级透射波之间转换成为可能。在共振波长处，出现尖锐的反射峰，这

就是共振型滤光片的基本原理。

在偏离或者远离共振区时，波导光栅可以看作均匀的薄膜，因此可以将

光栅的共振和薄膜的干涉结合起来，采用薄膜光学中广泛采用的减反射设计，

在不影响共振峰峰值反射率的情况下，有效地降低旁带的反射率，从而设计出

窄带、低旁带、线型对称的共振滤波器。

在光学薄膜范畴，能从一段光谱中除去某一波带的滤光片，被称为负滤

光片。导模共振效应非常适合于制作性能优良的窄带负滤光片。