[发明专利]电压调制的周期性亚波长金属光栅滤波器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电压调制的周期性亚波长金属光栅滤波器及其制备方法，属于集成光子器件。

背景技术

自从亚波长金属狭缝光栅阵列的异常透射现象被发现以来，由于其独特的光学特性和日益先进的纳米加工技术，其潜在的应用价值逐渐被实现，其中一种就是滤波器，通过设计改变狭缝光栅的狭缝宽度、高度和周期等结构参数可以得到不同波段的滤波器，而对于固定结构参数与形状的金属狭缝光栅，其滤波特性也是固定的，如要改变其滤波特性，则需设计新的结构参数的狭缝光栅，而这对于某些需要实时动态波段调节的光电系统来说是不利的，影响了系统的高度集成化与多功能化。

发明内容

发明目的：针对传统周期性亚波长金属光栅滤波器透过率特性固定不变、不可调节的问题，本发明提供一种电压调制的周期性亚波长金属光栅滤波器及其制备方法，根据亚波长周期金属狭缝光栅的滤波特性与狭缝光栅的填充物的折射率密切相关的原理，在狭缝内填充电光晶体材料，并通过外电场的强度来控制电光晶体的折射率，近而使得滤波器的透过率特性随外加电场的变化而变化，实现滤波动态可调的特性。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种电压调制的周期性亚波长金属光栅滤波器，包括两层透明导电玻璃、周期性金属光栅、光电晶体和电场产生装置，所述周期性金属光栅上设置有周期性阵列排布的狭缝；所述光电晶体填充在金属光栅的狭缝内，所述两层透明导电玻璃贴合周期性金属光栅上下表面设置，将光电晶体密封固定在金属光栅的狭缝内，所述电场产生装置在两层透明导电玻璃上产生均匀可调的电场，用于改变光电晶体的折射率参数。

优选的，所述周期性金属光栅的厚度为100～1000nm、周期为400～1000nm，狭缝的宽度为100～1000nm，透明导电玻璃的厚度为1～10mm。

优选的，所述透明导电玻璃具体为ITO导电玻璃（ITO导电玻璃是在钠钙基或硅硼基基片玻璃的基础上，利用磁控溅射的方法镀上一层氧化铟锡（俗称ITO）膜加工制作成的）。

优选的，所述狭缝的形状为矩形、锥形、抛物线形等。

优选的，所述光电晶体为磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、铌酸锂或钽酸锂等。

一种电压调制的周期性亚波长金属光栅滤波器的制备方法，包括依次进行的如下步骤：

（1）在一层透明导电玻璃上，利用热蒸发或者磁控溅射等薄膜工艺制备一层金属薄膜，金属薄膜的厚度为a，金属薄膜的材料可以为贵金属材料也可以为普通金属材料；

（2）在金属薄膜的表面旋涂一层光刻胶并烘干，光刻胶的厚度为b；

（3）利用聚焦离子束等刻蚀工艺制备凹槽阵列，形成周期性阵列排布的狭缝，凹槽的深度为a+b；

（4）利用电子束蒸发等镀膜工艺在凹槽阵列表面镀光电晶体膜，光电晶体膜的厚度为a；

（5）利用清洗液将结构中的光刻胶清洗掉并烘干；

（6）在结构的上表面覆盖另一层透明导电玻璃。

有益效果：本发明提供的电压调制的周期性亚波长金属光栅滤波器，当改变电场产生装置产生的电压强度时，由于上下电极之间的距离非常短，将形成巨大的电场，电光晶体在电场的作用下折射率发生改变，由于光栅的透过率特性与狭缝填充物的折射率息息相关，所以改变上下电极的电压可以调制狭缝光栅的透过率特性，以达到动态滤波的目的，这种动态可调的滤波器，可用来制备新型的光开关，光调制器等，将在未来的集成光子器件和光通讯中有广泛的应用；本发明提供的电压调制的周期性亚波长金属光栅滤波器制备方法，过程简单、易于实现。

附图说明

图1为本发明滤波器的立体结构示意图；

图2为本发明滤波器的剖视结构示意图；

图3为本发明滤波器的制备过程。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1、图2所示为一种电压调制的周期性亚波长金属光栅滤波器，包括两层透明导电玻璃1、周期性金属光栅2、光电晶体3和电场产生装置4，所述周期性金属光栅2上设置有周期性阵列排布的狭缝；所述光电晶体3填充在金属光栅2的狭缝内，所述两层透明导电玻璃1贴合周期性金属光栅2上下表面设置，将光电晶体3密封固定在金属光栅2的狭缝内，所述电场产生装置4在两层透明导电玻璃1上产生均匀可调的电场，用于改变光电晶体3的折射率参数。

一般所述周期性金属光栅2的厚度为100～1000nm、周期为400～1000nm，狭缝的宽度为100～1000nm，透明导电玻璃1的厚度为1～10mm。