介质薄膜干涉器件

              一个人年轻时,不会思索,将一事无成。  ——爱迪生(T.A.Edison)

一、电介质镜——折射率交替变化的数层电介质材料

       电介质镜由数层折射率交替变化的电介质材料组成,如图4.4.1a所示,并且n2>n1,每层的厚度为λL/4,λL是光在电介质层传输的波长,且λL=λo/n,λo是光在自由空间的波长,n是光在该层传输的介质折射率。从界面上反射的光相长干涉,使反射光增强,如果层数足够多,波长为λo的反射系数接近1。图4.4.1b表示典型的多层电介质镜反射系数与波长的关系。
多层电介质镜工作原理
图4.4.1多层电介质镜工作原理
  a)反射光相长干涉b)反射系数与波长的关系
       对于介质1传输的光在介质1和介质2的界面1-2反射的反射系数是r12=(n2-n1)/(n1+n2),而且是正数,表明没有相位变化。对于介质2传输的光在介质2和1的界面2-1反射的反射系数是r21=(n1-n2)/(n2+n1),其值是负数,表明相位变化了π。于是通过电介质镜的反射系数的符号交替发生变化。考虑两个随机的光波A和B在两个前后相挨的界面上反射,由于在不同的界面上反射,所以具有相位差π。反射光B进入介质1时已经历了两个(λL/4)距离,即λL/2,相位差又是π。此时光波A和B的相位差已是2π,光波A和B是同相,于是产生相长干涉。与此类似,也可以推导出光波B和C产生相长干涉。因此,所有从前后相挨的两个界面上反射的波都具有相长干涉的特性,经过几层这样的反射后,透射光强度将很小,而反射系数将达到1。电介质镜原理已广泛应用到布拉格光栅和垂直腔表面发射激光器中。

二、介质薄膜光滤波解复用器——利用光干涉选择波长

       介质薄膜光滤波解复用器利用光的干涉效应选择波长。可以将每层厚度为1/4波长,高、低折射率材料(例如TiO2和SiO2)相间组成的多层介质薄膜,用作干涉滤波器,如图4.4.2a所示。在高折射率层反射光的相位不变,而在低折射率层反射光的相位改变180°。连续反射光在前表面相长干涉复合,在一定的波长范围内产生高能量的反射光束,在这一范围之外,则反射很小。这样通过多层介质膜的干涉,就使一些波长的光透射,而另一些波长的光反射。用多层介质膜可构成高通滤波器和低通滤波器。两层的折射率差应该足够大,以便获得陡峭的滤波器特性。用介质薄膜滤波器可构成WDM解复用器,如图4.4.2b和图4.4.3所示。
 
用介质薄膜滤波器构成解复用器
图4.4.2用介质薄膜滤波器构成解复用器
a)介质薄膜滤波器b)解复用器
用介质薄膜滤波器构成的几种解复用器
图4.4.3用介质薄膜滤波器构成的几种解复用器

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