[发明专利]基于PDMS的峰值连续可变导模共振滤光片及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于PDMS的峰值连续可变导模共振滤光片及制备方法，包括上部薄膜波导层、中间变间距光栅层和下部PDMS基底，下部PDMS基底的厚度沿光栅周期渐变方向渐变，上部薄膜波导层的折射率大于中间变间距光栅层等效折射率和下部PDMS基底折射率。线偏振宽光以一定角度入射该结构时，反射光谱的特定位置能获得高效率的导模共振峰。在厚度渐变的矩形PDMS基底上制备变间距光栅，使不同的高级衍射光与导模发生耦合，获得导模共振特征频率，最终沿光栅周期变化方向实现导模共振反射峰值的连续变化，即在结构的不同位置实现对不同波长的滤波，是一种随空间位置变化的可变滤光结构。本发明结构及其制备过程简单、设备要求低。

技术领域

本发明涉及一种导模共振器件，特别涉及一种峰值连续可变导模共振滤光片。

背景技术

导模共振器件是一种区别于传统多层膜元件的微结构光学滤光片，其结构简单、加工成本低，是一种极具应用前景的滤光器件。导模共振滤光片基于波导泄露模共振效应，早在 20 世纪 90 年代初，由 Wang 等人率先提出。这种器件的结构通常仅包含基底、波导层和光栅层。共振发生时，波导所支持的导模与光栅高级次衍射波发生耦合，导致在光谱上出现尖锐的共振峰，峰值效率可达 100％。由于具备结构简单、峰值效率高、共振波长易于控制等优点，使得导模共振器件在取代传统多层膜器件方面显示出很大优势。

导模共振峰值对结构参数敏感，峰值调控可由很多结构参数完成，包括光栅周期、波导层厚度和波导层折射率等，其中影响最显著的是光栅周期。基于变间距光栅的非均匀导模共振结构，能实现中心波长随位置连续可变，是一种新型渐变滤光结构，表明导模共振在光谱仪分光器件方面有很大潜力。然而，变间距光栅制作主要依赖电子束光刻或全息光刻工艺。其中，电子束光刻所使用的设备昂贵、制作效率较低且控制工艺复杂，而全息干涉光刻利用激光相干条纹对光刻胶曝光，随后经过显影等工序后获得光栅，制作步骤繁琐，工艺控制难度较大。近年来基于聚二甲基硅氧烷（PDMS）自组装制备光栅的技术引起了研究者们的关注，当PDMS柔性基底层上方形成刚性层的双层薄膜之间的应力响应不匹配，当应力超过最大值时，PDMS表面形成褶皱结构，通过工艺控制可获得衍射性能较好的平面光栅。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种结构简单、易于制备的基于PDMS基底的峰值连续可变导模共振滤光片，沿着光栅周期渐变的方向，导模共振滤波峰值发生连续移动，并提出一种制备方法。

技术方案：一种基于PDMS基底的峰值连续可变导模共振滤光片，包括上部薄膜波导层、中间变间距光栅层和下部PDMS基底，下部PDMS基底的厚度沿光栅周期渐变方向渐变，上部薄膜波导层的折射率大于中间变间距光栅层等效折射率和下部PDMS基底折射率。

进一步的，上部薄膜波导层的材料为五氧化二钽、氧化钛、氮化硅。

一种基于PDMS基底的峰值连续可变导模共振滤光片的制备方法，包括：

步骤1：将PDMS预聚物和固化剂按照10:1比例混合，抽真空出去气泡，将混合液体导入倾斜放置的器皿，放入鼓风干燥箱固化；

步骤2：将固化后的PDMS薄膜裁剪成沿一边厚度渐变的矩形，用夹具固定住薄膜两端，然后纵向拉伸或横向拉伸PDMS薄膜；

步骤3：将处于拉伸状态的PDMS薄膜放置于氧气等离子体刻蚀机中，设置好刻蚀功率后，刻蚀一定时间取出，随后缓慢释放拉伸力，得到表面变间距光栅；

步骤4：在变间距光栅表面镀一层氧化物薄膜。

进一步的，氧化物薄膜的材料为五氧化二钽、氧化钛、氮化硅。