×
10.06.2015
216.013.507e

ОПТИЧЕСКИЙ МНОГОСЛОЙНЫЙ ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Фильтр может быть использован в оптических устройствах связи и спектрометрах комбинационного рассеяния света. Фильтр содержит диэлектрическую подложку с нанесенными на нее тонкопленочными слоями диэлектриков с чередующимися высоким показателем преломления n и низким показателем преломления n. Часть слоев из материала с показателем преломления n является резонаторами, имеющими электрическую толщину π на центральной частоте полосы пропускания. Все остальные слои образуют многослойные диэлектрические зеркала, отделяющие каждый резонатор от соседнего резонатора, диэлектрической подложки или внешнего пространства. В каждом i-ом зеркале электрическая толщина θ слоев с показателем преломления n меньше π/2, а электрическая толщина θ слоев с показателем преломления n превышает π/2 на Δθ и 2Δθ для наружных и внутренних слоев, соответственно, где величины θ и Δθ удовлетворяют уравнению . Технический результат - обеспечение практически любой требуемой ширины полосы пропускания при практически любой неравномерности коэффициента прохождения света в этой полосе. 2 ил., 1 табл.
Основные результаты: Оптический многослойный полосно-пропускающий фильтр, содержащий диэлектрическую подложку с нанесенными на нее тонкопленочными слоями диэлектриков с чередующимися высоким показателем преломления n и низким показателем преломления n, в которых часть слоев из материала с показателем преломления n является резонаторами, имеющими электрическую толщину π на центральной частоте полосы пропускания, а все остальные слои образуют многослойные диэлектрические зеркала, отделяющие каждый резонатор от соседнего резонатора, диэлектрической подложки или внешнего пространства, отличающийся тем, что в каждом i-ом зеркале электрическая толщина θ слоев с показателем преломления n меньше π/2, а электрическая толщина θ слоев с показателем преломления n превышает π/2 на Δθ и 2Δθ для наружных и внутренних слоев, соответственно, где величины θ и Δθ удовлетворяют уравнению .
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к волоконно-оптической технике и может быть использовано в оптических устройствах связи и спектрометрах комбинационного рассеяния света.

Известен оптический трехрезонаторный многослойный фильтр [Аналог: Гончаров Ф.Н., Лапшин Б.А., Петраков В.А., Политыкин Р.В., Шмидт А.А. Оптический многослойный фильтр. Патент РФ №2316029, 27.01.2008, МПК G02B 5/28]. Трехрезонаторный фильтр содержит чередующиеся диэлектрические слои из материалов с высоким и низким показателями преломления. В нем все слои с высоким показателем преломления (nH) выполнены из одного материала, а все слои с низким показателем преломления (nL) выполнены из второго материала. Три диэлектрических слоя фильтра имеют электрическую (т.е. фазовую) толщину π на центральной частоте полосы пропускания. Они являются резонаторами фильтра. Остальные диэлектрические слои имеют электрическую толщину π/2. Они образуют многослойные диэлектрические зеркала, отделяющие резонаторы друг от друга (внутренние зеркала) и от внешнего пространства (наружные зеркала). Количество слоев в наружных и внутренних зеркалах определяется предложенными математическими формулами, описывающими зависимость только от двух величин - от отношения показателей преломления двух используемых материалов и от относительной ширины полосы пропускания фильтра.

Недостатком известного трехрезонаторного фильтра являются низкие селективные свойства, выражающиеся в слабом ослаблении проходящего света за пределами полосы пропускания и малой крутизне склонов самой полосы пропускания. Этот недостаток обусловлен малым числом резонаторов, равным трем. Причем увеличение числа резонаторов в аналоге не предусмотрено согласно формуле изобретения. Другим недостатком аналога является принципиальная невозможность реализации фильтра с точно заданной шириной полосы пропускания света и точно заданной неравномерностью коэффициента прохождения в этой полосе, так как количество слоев в наружных и внутренних зеркалах фильтра, определяющих эти характеристики, не может быть дробным.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является многорезонаторный фильтр [Прототип: P. Baumeister. Application of microwave technology to design an optical multilayer bandpass filter // Applied Optics. 2003. Vol.42, №13, p.2407-2414, Fig.7]. Фильтр содержит чередующиеся диэлектрические слои из материалов с высоким и низким показателями преломления, нанесенные на одну сторону стеклянной подложки. В нем все слои с высоким показателем преломления (nH) выполнены из одного материала, а все слои с низким показателем преломления (nL) выполнены из второго материала. Часть слоев с низким показателем преломления (nL) имеют электрическую толщину π на центральной частоте полосы пропускания. Они являются резонаторами фильтра. Остальные слои образуют многослойные диэлектрические зеркала, отделяющие каждый резонатор от соседнего резонатора, стеклянной подложки или внешнего пространства. В каждом зеркале электрическая толщина всех слоев, за исключением трех слоев, расположенных один за другим, равна π/2.

Недостатком многорезонаторного фильтра является то, что он может быть реализован не для любых требуемых значений ширины полосы пропускания и не для любых требуемых значений неравномерности коэффициента прохождения света в этой полосе. Этот недостаток связан с тем, что отклонение электрической толщины от π/2 только для трех слоев в каждом многослойном зеркале не всегда бывает достаточным для того, чтобы фильтр имел требуемые параметры полосы пропускания.

Техническим результатом заявляемого изобретения является возможность реализации практически любой требуемой ширины полосы пропускания при практически любой неравномерности коэффициента прохождения света в этой полосе, что расширяет область применения многослойного полосно-пропускающего фильтра.

Технический результат достигается тем, что в оптическом многослойном полосно-пропускающем фильтре, содержащем диэлектрическую подложку с нанесенными на нее тонкопленочными слоями диэлектриков с чередующимися высоким показателем преломления nH и низким показателем преломления nL, в которых часть слоев с низким показателем преломления nL является резонаторами, имеющими электрическую толщину π на центральной частоте полосы пропускания, а все остальные слои образуют многослойные диэлектрические зеркала, отделяющие каждый резонатор от соседнего резонатора, диэлектрической подложки или внешнего пространства. В каждом i-ом зеркале электрическая (т.е. фазовая) толщина θLi слоев с показателем преломления nL меньше π/2, а электрическая толщина θHi слоев с показателем преломления nH превышает π/2 на ΔθHi и 2ΔθHi для наружных и внутренних слоев, соответственно, где величины θLi и ΔθHi удовлетворяют уравнению .

Заявляемый оптический многослойный полосно-пропускающий фильтр отличается от прототипа тем, что в каждом i-ом зеркале электрическая толщина θLi слоев с показателем преломления nL меньше π/2, а электрическая толщина θHi слоев с показателем преломления nH превышает π/2 на ΔθHi и 2ΔθHi для наружных и внутренних слоев, соответственно, где величины θLi и ΔθHi удовлетворяют уравнению

.

Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна». Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежных областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию «изобретательский уровень».

Сущность изобретения поясняется чертежами и таблицами.

На фиг.1 изображена конструкция фильтра. Здесь R - однослойные резонаторы, M1, М2, М3, - многослойные зеркала, А - воздушная окружающая среда, G - стеклянная подложка.

На фиг.2 представлены амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) для приведенного примера фильтра. Сплошная линия изображает зависимость коэффициента прохождения света S21, а штриховая линия - зависимость коэффициента отражения S11 (Sij - элементы матрицы рассеяния). Значения обоих коэффициентов выражены в децибелах, текущая частота f нормирована на центральную частоту полосы пропускания f0.

В табл.I приведены электрические толщины тонкопленочных слоев в зеркалах фильтра.

Пример осуществления изобретения.

Оптический многослойный полосно-пропускающий фильтр выполнен из двух диэлектрических материалов: рутила (TiO2) с показателем преломления nH=2.39 и кварца (SiO2) с показателем преломления nL=1.46. Тонкопленочные диэлектрические слои нанесены на подложку из стекла (BK7) с показателем преломления nG=1.517. Конструкция фильтра показана на фиг.1. Фильтр содержит всего 67 тонкопленочных слоев. Из них 5 слоев являются резонаторами. Они выполнены из материала с показателем преломления nL и имеют электрическую толщину π. На фиг.1 резонаторы обозначены букой R. Средами, окружающими фильтр, являются воздух (слева) и стеклянная подложка (справа). Они обозначены буквами А и G, соответственно. Остальные 62 тонкопленочных слоя образуют 6 многослойных диэлектрических зеркал, обозначенных как М1, М2, М3 и . Крайние зеркала М1 и содержат по 5 слоев. Остальные зеркала, то есть М2 и М3, содержат по 13 слоев. Значения электрических толщин слоев в зеркалах фильтра с относительной шириной полосы пропускания 2% и величиной неравномерности частотной характеристики в полосе пропускания, характеризуемой уровнем максимального отражения S11 max=-15 дБ, приведены в Таблице I. Все эти значения удовлетворяют единому для всех зеркал условию

Достижение технического результата, а именно возможности реализации практически любой требуемой ширины полосы пропускания (в данном примере это 2%) при практически любой неравномерности коэффициента прохождения света в этой полосе (в данном примере это S11 max=-15 дБ) подтверждается амплитудно-частотной характеристикой на фиг.2, рассчитанной для параметров слоистой структуры, представленных в Таблице I.

Приведенный пример осуществления изобретения отличается от известных конструкций фильтров тем, что в каждом i-ом зеркале электрическая толщина θLi слоев с показателем преломления nL меньше π/2, а электрическая толщина θHi слоев с показателем преломления nH превышает π/2 на ΔθHi и 2ΔθHi для наружных и внутренних слоев, соответственно, где величины θLi и ΔθHi удовлетворяют уравнению (1).

Фильтр работает следующим образом. На центральной частоте полосы пропускания f0 каждое многослойное зеркало Mi эквивалентно другому многослойному зеркалу с четвертьволновыми слоями. Слои этого эквивалентного зеркала имеют показатели преломления nH и ni (nH>ni>nL). Такие многослойные зеркала не возмущают резонансные частоты резонаторов в фильтре, что существенно упрощает конструирование многослойных фильтров. Поэтому конструирование фильтра сводится только к нахождению оптимальных значений ni.

Эквивалентность сопоставляемых многослойных зеркал означает равенство отвечающих им ABCD-матриц (т.е. характеристических матриц). В частности, равенство диагональных элементов ABCD-матриц дает уравнение (1). Оно выражает требование, чтобы все слои эквивалентного зеркала имели электрическую толщину π/2.

Таким образом, преимуществом заявляемого оптического многослойного фильтра является то, что в нем при использовании всего двух материалов с неодинаковыми показателями преломления имеется возможность плавной перестройки как ширины его полосы пропускания, так и величины неравномерности коэффициента прохождения света в этой полосе.

Оптический многослойный полосно-пропускающий фильтр, содержащий диэлектрическую подложку с нанесенными на нее тонкопленочными слоями диэлектриков с чередующимися высоким показателем преломления n и низким показателем преломления n, в которых часть слоев из материала с показателем преломления n является резонаторами, имеющими электрическую толщину π на центральной частоте полосы пропускания, а все остальные слои образуют многослойные диэлектрические зеркала, отделяющие каждый резонатор от соседнего резонатора, диэлектрической подложки или внешнего пространства, отличающийся тем, что в каждом i-ом зеркале электрическая толщина θ слоев с показателем преломления n меньше π/2, а электрическая толщина θ слоев с показателем преломления n превышает π/2 на Δθ и 2Δθ для наружных и внутренних слоев, соответственно, где величины θ и Δθ удовлетворяют уравнению .
ОПТИЧЕСКИЙ МНОГОСЛОЙНЫЙ ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР
ОПТИЧЕСКИЙ МНОГОСЛОЙНЫЙ ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР
ОПТИЧЕСКИЙ МНОГОСЛОЙНЫЙ ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 42 items.
20.02.2013
№216.012.288c

Микрополосковый полосно-пропускающий фильтр

Микрополосковый полосно-пропускающий фильтр относится к технике сверхвысоких частот и может быть использован в селективных трактах приемных и передающих систем. Достигаемый технический результат-повышение технологичности изготовления, а также улучшение его селективных свойств. Микрополосковый...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475900
Дата охранного документа: 20.02.2013
27.04.2013
№216.012.3bc9

Микрополосковый двухполосный полосно-пропускающий фильтр

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и предназначено для частотной селекции сигналов на двух несущих частотах. Техническим результатом является улучшение селективных свойств двухполосного полосно-пропускающего фильтра за счет возможности расположения двух полос пропускания на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480866
Дата охранного документа: 27.04.2013
27.04.2013
№216.012.3bca

Полосно-пропускающий фильтр

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и предназначено для частотной селекции сигналов. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции и улучшение селективных свойств фильтра. Полосно-пропускающий фильтр, содержащий диэлектрическую подложку, на одну сторону...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480867
Дата охранного документа: 27.04.2013
20.07.2013
№216.012.5840

Микрополосковый диплексер

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и предназначено для объединения или разделения сигналов на двух несущих частотах. Технический результат - повышение частотно-селективных свойств диплексера за счет как угодно близкого расположения по частоте полосы пропускания низкочастотного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488200
Дата охранного документа: 20.07.2013
20.12.2013
№216.012.8d6d

Способ получения аморфных магнитных пленок со-р

Изобретение относится к области химического осаждения аморфных магнитных пленок Co-P, например, на полированное стекло и может быть использовано в вычислительной технике. Способ включает очистку стеклянной подложки, двойную сенсибилизацию в растворе хлористого олова с промежуточной обработкой в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002501888
Дата охранного документа: 20.12.2013
20.01.2014
№216.012.9903

Микрополосковый широкополосный полосно-пропускающий фильтр

Изобретение относятся к технике сверхвысоких частот и предназначено для частотной селекции сигналов. Технический результат заключается в расширении высокочастотной полосы заграждения полосно-пропускающего микрополоскового фильтра и уменьшении его размеров. Микрополосковый фильтр содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504870
Дата охранного документа: 20.01.2014
20.04.2014
№216.012.bb78

Полосковый фильтр с широкой полосой заграждения

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот. Технический результат - увеличение протяженности полосы заграждения фильтра и уровня затухания в ней. Полосковый фильтр с широкой полосой заграждения, содержащий подвешенную между экранами диэлектрическую пластину, на обе поверхности которой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513720
Дата охранного документа: 20.04.2014
10.05.2014
№216.012.c09e

Сквид-магнитометр для фотомагнитных исследований

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой СКВИД-магнитометр для фотомагнитных исследований и может быть использовано для измерения переменных магнитных величин при проведении магнитных измерений при изучении физики магнитных явлений, фотоиндуцированного магнетизма,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515059
Дата охранного документа: 10.05.2014
10.05.2014
№216.012.c28f

Управляемый фазовращатель

Управляемый фазовращатель относится к технике высоких и сверхвысоких частот и может использоваться для управления фазой сигналов в антенных решетках и системах передачи информации. Достигаемый технический результат - упрощение конструкции. Управляемый фазовращатель содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515556
Дата охранного документа: 10.05.2014
20.08.2014
№216.012.eb76

Спин-стекольный магнитный материал

Изобретение относится к разработке новых магнитных материалов с магнитным состоянием спинового стекла и может найти применение в химической промышленности и электронной технике, в частности, для разработки моделей новых типов устройств магнитной памяти. Спин-стекольный магнитный материал...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526086
Дата охранного документа: 20.08.2014
Showing 1-10 of 86 items.
20.02.2013
№216.012.288c

Микрополосковый полосно-пропускающий фильтр

Микрополосковый полосно-пропускающий фильтр относится к технике сверхвысоких частот и может быть использован в селективных трактах приемных и передающих систем. Достигаемый технический результат-повышение технологичности изготовления, а также улучшение его селективных свойств. Микрополосковый...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475900
Дата охранного документа: 20.02.2013
27.04.2013
№216.012.3bc9

Микрополосковый двухполосный полосно-пропускающий фильтр

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и предназначено для частотной селекции сигналов на двух несущих частотах. Техническим результатом является улучшение селективных свойств двухполосного полосно-пропускающего фильтра за счет возможности расположения двух полос пропускания на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480866
Дата охранного документа: 27.04.2013
20.07.2013
№216.012.5840

Микрополосковый диплексер

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и предназначено для объединения или разделения сигналов на двух несущих частотах. Технический результат - повышение частотно-селективных свойств диплексера за счет как угодно близкого расположения по частоте полосы пропускания низкочастотного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488200
Дата охранного документа: 20.07.2013
20.12.2013
№216.012.8d6d

Способ получения аморфных магнитных пленок со-р

Изобретение относится к области химического осаждения аморфных магнитных пленок Co-P, например, на полированное стекло и может быть использовано в вычислительной технике. Способ включает очистку стеклянной подложки, двойную сенсибилизацию в растворе хлористого олова с промежуточной обработкой в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002501888
Дата охранного документа: 20.12.2013
20.01.2014
№216.012.9903

Микрополосковый широкополосный полосно-пропускающий фильтр

Изобретение относятся к технике сверхвысоких частот и предназначено для частотной селекции сигналов. Технический результат заключается в расширении высокочастотной полосы заграждения полосно-пропускающего микрополоскового фильтра и уменьшении его размеров. Микрополосковый фильтр содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504870
Дата охранного документа: 20.01.2014
20.04.2014
№216.012.bb78

Полосковый фильтр с широкой полосой заграждения

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот. Технический результат - увеличение протяженности полосы заграждения фильтра и уровня затухания в ней. Полосковый фильтр с широкой полосой заграждения, содержащий подвешенную между экранами диэлектрическую пластину, на обе поверхности которой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513720
Дата охранного документа: 20.04.2014
10.05.2014
№216.012.c09e

Сквид-магнитометр для фотомагнитных исследований

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой СКВИД-магнитометр для фотомагнитных исследований и может быть использовано для измерения переменных магнитных величин при проведении магнитных измерений при изучении физики магнитных явлений, фотоиндуцированного магнетизма,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515059
Дата охранного документа: 10.05.2014
10.05.2014
№216.012.c28f

Управляемый фазовращатель

Управляемый фазовращатель относится к технике высоких и сверхвысоких частот и может использоваться для управления фазой сигналов в антенных решетках и системах передачи информации. Достигаемый технический результат - упрощение конструкции. Управляемый фазовращатель содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515556
Дата охранного документа: 10.05.2014
20.08.2014
№216.012.eb76

Спин-стекольный магнитный материал

Изобретение относится к разработке новых магнитных материалов с магнитным состоянием спинового стекла и может найти применение в химической промышленности и электронной технике, в частности, для разработки моделей новых типов устройств магнитной памяти. Спин-стекольный магнитный материал...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526086
Дата охранного документа: 20.08.2014
10.09.2014
№216.012.f2b9

Способ получения порошков гидрида магния в плазме высокочастотной дуги

Изобретение относится к неорганической химии и может быть использовано при гидрировании металла, в частности магния. Способ получения порошков гидрида магния в плазме высокочастотной дуги заключается в диспергировании порошка Mg в присутствии катализатора Ni в потоке гелия и водорода в плазме...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002527959
Дата охранного документа: 10.09.2014
+ добавить свой РИД