In this work, a nanostructured guided-mode resonance filter matrix with high transmission efficiency and narrow bandwidth is demonstrated. The developed nano-filter arrays have various usages, e.g., combined with the CMOS image sensors to realize compact spectrometers for biomedical sensing applications. In order to optimize the filter performance, the spectral responses of filters with different structural parameters are carefully studied based on the variable-controlling method. A quality factor is carried out for quantitative characterization. In this case, a high fill factor of 0.9 can strongly suppress sidebands, while buffer layer thickness can be adjusted to mainly control the bandwidth. The transmission peaks shift from 386 nm to 1060 nm with good linearity when periods vary from 220 nm to 720 nm. The incident angle dependence is simulated to be ~ 1.1 nm/degree in ±30° range. The filters are then fabricated and characterized. The results obtained from both simulations and experiments agree well, where the filters with the period of 352 nm exhibit simulated and measured transmission peaks of 564 nm and 536 nm, the FWHM of 13 nm and 17 nm, respectively. In terms of metal material, besides aluminum, silver is also investigated towards optimization of the transmission efficiency. The transmission spectra of designed filters have high transmission and low sideband; its peaks cover the whole visible and near infrared range. These characteristics allow them to have the possibility to be integrated into image sensors for spectrometer applications.

中文翻译：

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基于导模共振的纳米结构透射光谱滤波器矩阵

在这项工作中，展示了具有高传输效率和窄带宽的纳米结构导模谐振滤波器矩阵。所开发的纳米滤波器阵列具有多种用途，例如与CMOS图像传感器结合使用，以实现用于生物医学传感应用的紧凑型光谱仪。为了优化滤波器性能，基于变量控制方法，仔细研究了具有不同结构参数的滤波器的光谱响应。进行品质因数定量表征。在这种情况下，0.9的高填充因子可以强烈抑制边带，同时可以调整缓冲层的厚度以主要控制带宽。当周期从220 nm更改为720 nm时，透射峰从386 nm移至1060 nm，并具有良好的线性。入射角依赖性在±30°范围内被模拟为〜1.1 nm /度。然后制造并表征滤波器。从仿真和实验获得的结果非常吻合，其中周期为352 nm的滤光片显示了564 nm和536 nm的模拟和测量透射峰，FWHM分别为13 nm和17 nm。在金属材料方面，除了铝以外，还研究了银，以优化传输效率。设计滤波器的透射光谱具有高透射率和低边带。它的峰覆盖了整个可见光和近红外范围。这些特性使它们有可能集成到光谱仪应用的图像传感器中。从仿真和实验获得的结果非常吻合，其中周期为352 nm的滤光片显示了564 nm和536 nm的模拟和测量透射峰，FWHM分别为13 nm和17 nm。在金属材料方面，除了铝以外，还研究了银，以优化传输效率。设计滤波器的透射光谱具有高透射率和低边带。它的峰覆盖了整个可见光和近红外范围。这些特性使它们有可能集成到光谱仪应用的图像传感器中。从仿真和实验获得的结果非常吻合，其中周期为352 nm的滤光片显示了564 nm和536 nm的模拟和测量透射峰，FWHM分别为13 nm和17 nm。在金属材料方面，除了铝以外，还研究了银，以优化传输效率。设计滤波器的透射光谱具有高透射率和低边带。它的峰覆盖了整个可见光和近红外范围。这些特性使它们有可能集成到光谱仪应用的图像传感器中。在金属材料方面，除了铝以外，还研究了银，以优化传输效率。设计滤波器的透射光谱具有高透射率和低边带。它的峰覆盖了整个可见光和近红外范围。这些特性使它们有可能集成到光谱仪应用的图像传感器中。在金属材料方面，除了铝以外，还研究了银，以优化传输效率。设计滤波器的透射光谱具有高透射率和低边带。它的峰覆盖了整个可见光和近红外范围。这些特性使它们有可能集成到光谱仪应用的图像传感器中。