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滤光片设计

滤光片设计(Filter Design) 向导通过少量物理参数构建一个多腔带通原型滤光片(DWDM、LWDM 或窄陷波)。它引导你选择材料和目标形状,建议腔数与匹配的 prototype,并返回一个已填好评价函数操作数、可直接精炼的设计。

它生成的结构是一个由四分之一波高反镜块分隔以法布里-珀罗(Fabry-Perot)间隔腔的对称堆栈:

Substrate | M₁ S₁ M₂ S₂ … Mq Sq M(q+1) | (optional AR)

每个 Mᵢ 是一个四分之一波高反镜块,每个 Sᵢ 是一个半波间隔腔。外侧和内侧镜块使用略有不同的层数,以使任一间隔腔边界都不会塌缩成一个惰性的全波层。

该向导分六步运行:

  1. 材料:选择高折射率(H)和低折射率(L)镀膜材料,以及可选的基底、入射介质和斜入射角。两种材料在设计波长处都应基本无损耗(若吸收显著,向导会发出警告),因为高 Q 腔中的损耗会严重降低峰值透射率。

  2. 参数:设置中心波长 λ₀、通带半宽和阻带半宽。形状因子(两者之比)在你输入时实时显示,同时显示理想目标预览。

  3. 腔数:向导根据你的形状因子推荐一个腔数;你可以覆盖它。

  4. 原型:从一张候选原型表中选择,每个原型以其镜块和间隔腔阶数以及估计带宽标注,并挑选最接近你目标的行。

  5. 精炼候选:一个简短的整数搜索确定所选原型的层排布。

  6. 增透:设计从简化的嵌入式情况转移到真实的入射介质,添加一个增透膜,使成品滤光片在空气中也能正常工作。

预览图在 λ₀ 周围精细采样的波长网格上绘制透射率,以便窄通带清晰呈现。精炼之前,一个对称的 N 腔原型会显示 N 个跨在 λ₀ 两侧的小波纹。这是预期的切比雪夫式(Chebyshev-style)响应,而非缺陷;精炼会将它们合并为一个平顶。

当你确认时,一个新设计会被提交,带有计算出的堆栈,并且评价函数操作数已在 评价函数编辑器 中预填:通带中的平均透射率目标和阻带中的平均反射率目标。接下来运行 精炼 以完成设计。

  • H. A. Macleod, Thin-Film Optical Filters, 5th ed., Ch. 7 (Eq. 7.27) and §8.2.
  • Tikhonravov & Trubetskov, Appl. Opt. 41, 3036 (2002), §3.