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Test methods for narrowband filters

2022-07-25
        用带通滤光片对窄带滤光片进行了细分,其定义与带通滤光片相同,即这种滤光片允许光信号在特定波段通过,而偏离该波段以外的两侧的光信号被阻挡,窄带滤光片的通带相对窄,一般为中心波长值的5%以下。对于三端口器件,窄带滤波器的性能直接影响到器件的性能,因此对滤波器的测试具有重要意义。
窄带滤波器主要参数:
a.主要光学参数
       中央波长、通带宽、截止带宽:窄带滤波器的中心波长和 XdB带宽定义如下图所示,光通信中通带带宽一般为0.5或3 dB带宽,截止带宽通常为28 dB或30 dB带宽。
       峰透过率:峰值透过率是指通带透过率的通量,上图中 PeakIL为透过率峰值的对数表示。
       截断范围:截断范围是指除通带之外,需要截止的波长(即反射带宽)。对窄带滤波器,可采用前截止(截止波长小于中心波长)和后截止(截止波长大于中心波长部分)。
       截断深度:截断深度是指在截止带内能够穿过光的透光率(即隔离度)。
b.薄膜光学常数
       等效折射率:对称膜系在数学上具有等效的单层膜系,其平均折射率是窄带滤光片的等效折射率。
c.微结构表征参数
       聚合度:聚集密度是指光学薄膜中固体部分体积占总体积的比例。
       吸损:窄带滤光片的吸收损耗主要来自薄膜材料的折射率消光系数和膜界面的污染,有时与基材的特性有关。在高功率器件中,全介质滤光片的吸收损耗是可以忽略的,但是对器件来说,微量的吸收会导致膜的破坏,导致器件失效。
       分散损耗:散射损耗包括表面散射和体内散射,前者与界面粗糙度有关,后者主要是由于膜内折射率不均匀所致。其结果是,散射损失的反射能量和传输能量减小,产生杂散光,影响整个光学系统的性能。
窄带滤波器测试:
1.主要光学参数试验
       试验结构如下图所示, IL、 CWL、 BW、 ISO、 Ripple等参数通过透射率和反射率曲线计算
2.等效折射率测试
       根据干涉理论,窄带滤光片的中心波长与入射角有关,只要测量不同入射角的中心波长,就可以计算出等效折射率,其中一个选择就是测出0度和1.8度中心波长,然后再计算等效折射率
3.薄膜聚集密度试验
       因为薄膜中存在一定的孔隙,在未吸水之前,膜层内的孔隙为空气所填充,其折射率为1;水在吸水后用水填充,水的折射率为1.33。滤光片的峰值波长移向长波,是由于孔内折射率的变化引起的,也是由于孔隙中折射率的变化,使膜层的平均折射率增大。
       根据上述情况,提出了一种测试聚集密度的方法:将滤芯置于高湿环境中,使其完全吸湿,通过对比前后折射率的变化,计算出吸湿前后的聚集密度。
4.散射损失试验
       一种测量散射损失的方法是基于标量散射理论建立的总积分散射测试(TIS),该方法只测量了薄膜在4π立体角内的散射光总和,而没有考虑散射光的方位特性和化特性。试验结构如下图所示:激光从入射孔进入积分球,散射光在积分球中完全反射后,能量均匀分布在积分球上。由出射孔穿过能量的部分由探测器接收,计算出总散射损失。
       检测散射损耗时,在入射光孔内放置 Filter,在测试反射散射损失的同时,将 Filter放置在出射孔处。