一种基于体全息光栅的透射型滤波器阵列的制备方法与流程

本发明涉及滤波器，具体涉及一种基于体全息光栅的透射型滤波器阵列的制备方法。

背景技术：

1、随着计算机科学的发展，计算光谱仪应运而生，并在过去数十年里取得了较快进展。在传统的基于光栅的光谱仪中，光谱域中的点(即波长)被映射至空间域中的点(即探测器)，探测器的读数直接构成光谱，这种一对一的光谱—空间映射极大地限制了光谱仪的小型化和分辨率。

2、在计算光谱仪中，采用一对多的复杂映射，为不同波长创建不同的特征谱。当单色光通过滤波器阵列时，将在输出端产生与波长对应的特征谱；当多色光通过滤波器阵列时，输出则是各波长对应的特征谱的叠加，待测光谱的本质是这些特征谱权重值的集合，通过解算线性方程组的解，可以得到编码在其中的待测光谱分布。特征谱之间的差异性决定了重构光谱的分辨率，差异性越大，光谱分辨率越高。

3、滤波器阵列是计算光谱仪中一个非常重要的器件，各子滤波器的滤波曲线之间的差异性决定了特征谱之间的差异性。现有技术中，研究人员通常利用胶状量子点、光子晶体、超表面等方法制备滤波器阵列，为了得到滤波曲线差异较大的多个子滤波器，上述制备方法的工艺过程非常繁琐，以胶状量子点方法为例，在制备滤波器阵列时，需要使用上百种胶状量子点材料，这也造成了制备成本的居高不下。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种基于体全息光栅的透射型滤波器阵列的制备方法，能够有效克服现有技术所存在的无法获得滤波曲线差异较大的多个子滤波器，以及工艺过程繁琐、制备成本较高的缺陷。

3、(二)技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

5、一种基于体全息光栅的透射型滤波器阵列的制备方法，采用同侧干涉曝光的方法在透射型体全息材料上进行分区域曝光处理，形成多个具有不同滤波曲线的子滤波器，组成滤波器阵列；

6、其中，各子滤波器的滤波曲线之间的差异性体现在谷值波长、波谷数量和谷值效率的不同。

7、优选地，所述采用同侧干涉曝光的方法在透射型体全息材料上进行分区域曝光处理，形成多个具有不同滤波曲线的子滤波器，组成滤波器阵列，包括：

8、将体全息材料分成多个子区域，采用位于各子区域同侧的两束干涉曝光光束分别对各子区域进行曝光处理，形成多个具有不同滤波曲线的子滤波器，组成滤波器阵列；

9、其中，各子区域单独进行曝光处理，每次曝光的曝光波长l或曝光角度θ1、θ2不同，曝光角度θ1、θ2分别为两束干涉曝光光束相对于子区域的入射角度，各子滤波器的滤波曲线呈负滤波片性质。

10、优选地，所述各子滤波器的滤波曲线之间的差异性体现在谷值波长的不同，包括：

11、对体全息材料中各子区域采用不同的曝光波长l或曝光角度θ1、θ2分别进行曝光处理，得到具有不同谷值波长的子滤波器；

12、其中，根据kogelnik耦合波理论，在一定的入射角度下，子滤波器的滤波曲线的谷值波长取决于体全息光栅的光栅矢量k，当入射波长与光栅矢量k满足布拉格条件时，该波长处出现衍射效率谷值。

13、优选地，根据干涉曝光原理，所述体全息光栅的光栅矢量k取决于曝光波长l和曝光角度θ1、θ2。

14、优选地，所述各子滤波器的滤波曲线之间的差异性体现在波谷数量的不同，包括：

15、对体全息材料中各子区域分别进行不同剂量的曝光，可以对各子区域的折射率调制度δn进行调整，通过调整各子区域的折射率调制度δn或厚度d，使得在待测光谱范围内的sin2(αδnd)周期个数不同，得到具有不同波谷数量的子滤波器；

16、其中，根据kogelnik耦合波理论，透射型体全息光栅的透射0级效率与sin2(αδnd)呈负相关，而sin2(αδnd)具有周期性；

17、α为与曝光条件有关的系数，待测光谱经滤波器阵列透射至探测器上的光为透射型体全息光栅的透射0级。

18、优选地，所述各子滤波器的滤波曲线之间的差异性体现在谷值效率的不同，包括：

19、对体全息材料中各子区域分别进行不同剂量的曝光，可以对各子区域的折射率调制度δn进行调整，通过调整各子区域的折射率调制度δn或厚度d，得到具有不同谷值效率的子滤波器；

20、其中，根据kogelnik耦合波理论，透射型体全息光栅的透射0级效率与sin2(αδnd)呈负相关；

21、α为与曝光条件有关的系数，待测光谱经滤波器阵列透射至探测器上的光为透射型体全息光栅的透射0级。

22、优选地，所述体全息材料的折射率调制度δn为0.004～0.2，所述体全息材料的平均折射率navg为1.45～1.70，所述体全息材料的厚度d为0.5～120μm。

23、优选地，根据kogelnik耦合波理论，当透射型体全息光栅的周期经过设计，使得透射级次只存在0级和－1级时，透射型体全息光栅的衍射效率η采用下式计算：

24、

25、其中，v表示耦合强度，采用下式计算：

26、

27、ξ表示布拉格失配量，采用下式计算：

28、

29、σ表示失配因子，采用下式计算：

30、

31、δn为体全息材料的折射率调制度，d为体全息材料的厚度，λ为真空中入射波长，θr、θs分别为体全息材料中的入射角度、衍射角度，δθ为体全息材料中的入射角度与体全息材料中的布拉格角度θ0之间的差值，k为体全息光栅的光栅矢量，为体全息光栅的倾斜角度，δλ为真空中入射波长λ与真空中布拉格波长之间的差值，navg为体全息材料的平均折射率。

32、优选地，所述滤波器阵列的外围区域及各子滤波器之间的空白区域，即非滤波器区域，镀上滤波器阵列使用光谱的吸收膜，以减小非滤波器区域透射光的干扰。

33、(三)有益效果

34、与现有技术相比，本发明所提供的一种基于体全息光栅的透射型滤波器阵列的制备方法，采用同侧干涉曝光的方法在透射型体全息材料上进行分区域曝光处理，形成多个具有不同滤波曲线的子滤波器，组成滤波器阵列，得到的滤波器阵列中各子滤波器的滤波曲线之间的差异性较大，并且工艺设备要求较低、工艺过程简单、制备成本较低。

技术特征：

1.一种基于体全息光栅的透射型滤波器阵列的制备方法，其特征在于：采用同侧干涉曝光的方法在透射型体全息材料上进行分区域曝光处理，形成多个具有不同滤波曲线的子滤波器，组成滤波器阵列；

2.根据权利要求1所述的基于体全息光栅的透射型滤波器阵列的制备方法，其特征在于：所述采用同侧干涉曝光的方法在透射型体全息材料上进行分区域曝光处理，形成多个具有不同滤波曲线的子滤波器，组成滤波器阵列，包括：

3.根据权利要求2所述的基于体全息光栅的透射型滤波器阵列的制备方法，其特征在于：所述各子滤波器的滤波曲线之间的差异性体现在谷值波长的不同，包括：

4.根据权利要求3所述的基于体全息光栅的透射型滤波器阵列的制备方法，其特征在于：根据干涉曝光原理，所述体全息光栅的光栅矢量k取决于曝光波长l和曝光角度θ1、θ2。

5.根据权利要求2所述的基于体全息光栅的透射型滤波器阵列的制备方法，其特征在于：所述各子滤波器的滤波曲线之间的差异性体现在波谷数量的不同，包括：

6.根据权利要求2所述的基于体全息光栅的透射型滤波器阵列的制备方法，其特征在于：所述各子滤波器的滤波曲线之间的差异性体现在谷值效率的不同，包括：

7.根据权利要求5或6所述的基于体全息光栅的透射型滤波器阵列的制备方法，其特征在于：所述体全息材料的折射率调制度δn为0.004～0.2，所述体全息材料的平均折射率navg为1.45～1.70，所述体全息材料的厚度d为0.5～120μm。

8.根据权利要求3、5、6中任意一项所述的基于体全息光栅的透射型滤波器阵列的制备方法，其特征在于：根据kogelnik耦合波理论，当透射型体全息光栅的周期经过设计，使得透射级次只存在0级和－1级时，透射型体全息光栅的衍射效率η采用下式计算：

9.根据权利要求1所述的基于体全息光栅的透射型滤波器阵列的制备方法，其特征在于：所述滤波器阵列的外围区域及各子滤波器之间的空白区域，即非滤波器区域，镀上滤波器阵列使用光谱的吸收膜，以减小非滤波器区域透射光的干扰。

技术总结本发明涉及滤波器，具体涉及一种基于体全息光栅的透射型滤波器阵列的制备方法，采用同侧干涉曝光的方法在透射型体全息材料上进行分区域曝光处理，形成多个具有不同滤波曲线的子滤波器，组成滤波器阵列；其中，各子滤波器的滤波曲线之间的差异性体现在谷值波长、波谷数量和谷值效率的不同；本发明提供的技术方案能够有效克服现有技术所存在的无法获得滤波曲线差异较大的多个子滤波器，以及工艺过程繁琐、制备成本较高的缺陷。技术研发人员：陈火耀,郑贤鑫,刘斌,王宇受保护的技术使用者：安徽中科光栅科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/29