翔光谈窄带滤光片的测试

4/26/2021，窄带滤光片，是从带通滤光片中细分出来的，其定义与带通滤光片相同，也就是这种滤光片在特定的波段允许光信号通过，而偏离这个波段以外的两侧光信号被阻止，窄带滤光片的通带相对来说比较窄，一般为中心波长值的5%以下。在Thinfilm三端口器件中，窄带滤光片的性能决定了器件的性能，因此，滤片的测试有重要的意义。

窄带滤光片的主要参数：

a.主要光学参数
   中心波长、通带带宽、截止带宽:窄带滤光片的中心波长和XdB带宽定义如下图所示，光通讯中通带带宽通常选择0.5或3dB带宽，截止带宽通常选择28dB或30dB带宽


 
峰值透过率：峰值透过率是指带通滤光片在通带中最高的透过率，上图中Peak IL即为峰值透过率的对数表示。
截止范围：截止范围是指除了通带以外，要求截止的波长范围(即反射带宽)。对于窄带滤光片，有前截止(截止波长小于中心波长的一段)和后截止(截止波长大于中心波长的一段)。
截止深度：截止深度是指截止带中允许能透过光的最大透过率(即最小隔离度)。

b.薄膜光学常数
等效折射率：对称膜系在数学上存在一个等效的单层膜系，该等效膜系的平均折射率即为窄带滤光片的等效折射率。

c.微结构表征参数
薄膜聚集密度：薄膜聚集密度是光学薄膜中的固体部分的体积在总体积中所占的比例
吸收损耗：窄带滤光片的吸收损耗主要来源于薄膜材料的折射率消光系数以及薄膜界面的污染，有时还与基板的特性相关。全介质滤光片的吸收损耗通常可以忽略，但在高功率器件中，微量的吸收有可能会导致薄膜的破坏，造成器件失效。
散射损耗：散射损耗包括表面散射和体内散射，前者取决于界面的粗糙度，后者主要由薄膜内部折射率颗粒状不均匀所致。散射损耗的后果是反射与透射能量降低，同时带来杂散光，影响整个光学系统的性能。

窄带滤光片的测试：
1.主要光学参数的测试
   测试架构如下图所示，通过透射率与反射率曲线计算出IL、CWL、BW、ISO、Ripple等参数 





 2.等效折射率的测试
   基于光的干涉理论，窄带滤光片的中心波长与入射角度相关，因此只要测出不同入射角度的中心波长，即可计算出等效折射率，一种选择是测出0度和1.8度中心波长，进而计算出等效折射率 



3.薄膜聚集密度的测试
   由于光学薄膜中存在一定数量的孔隙,在膜层未吸水前,膜层中的孔隙为空气所填充,其折射率为1;吸水后,孔隙被水填充,水的折射率为1.33。由于孔隙内折射率的变化,使得膜层的平均折射率增加,又由于膜层的光学厚度随着折射率增加而增加,因此出现了滤光片峰值波长移向长波的现象。
基于此，一种测试聚集密度的方法为：将Filter置于高湿环境中，使其充分吸湿，通过对比吸湿前后的折射率变化，即可计算出聚集密度。 



4.散射损耗的测试
   散射损耗的一种测试方法为基于标量散射理论发展出来的总积分散射测试(TIS)，该方法仅测试薄膜在4π立体角内的散射光总和，不考虑散射光的方位和偏振特性。测试架构如下图所示，激光从入射       光孔进入积分球，散射光在积分球内充分反射后能量均匀分布在积分球中。部分能量从出射光孔中穿出，被探测器接收，计算出总散射损耗。
   测试透射散射损耗时将Filter置于入射光孔处，测试反射散射损耗时将Filter置于出射光孔处。



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