CN100446447C - 薄膜滤波器 - Google Patents

Abstract

一薄膜滤波器包括一玻璃基板和一薄膜叠堆。该薄膜叠堆具多个腔体，每一腔体包括第一反射层组、第二反射层组、一位于第一、第二反射层组间的间隔层及连接层。每一反射层组具有多个低反射率薄膜和多个高反射率薄膜，其中该高、低反射率薄膜相互交替沉积。该高反射率薄膜由氧化铌Nb₂O_5-x构成，其中X值范围是0到0.5之间，其所对应的反射率范围是2.15到2.40之间。从而形成本发明的具较少膜层的薄膜滤波器。该薄膜滤波器可获得与现有的具较多膜层的用于波分复用装置的薄膜滤波器相同或更好的光学性能。

Description

薄膜滤波器

【技术领域】

本发明是关于一种薄膜滤波器，尤其是关于一种用于波分复用装置(Wavelength Division Multiplexing，DWDM)的薄膜滤波器。

【背景技术】

薄膜滤波器通常包含沉积于玻璃基底上的具多个腔体的薄膜叠堆。

美国第6,215,592号专利揭示一具宽谐振频率通带的光学薄膜滤波器以过滤输入光信号，其中该输入光信号具第一组透射波长和第二组反射波长。该光学薄膜滤波器包括第一、第二内反射镜和第一、第二外反射镜，且该内反射镜的反射率高于该外反射镜的反射率。该第一、第二内反射镜间通过一内隔离装置基本隔离，该第一外反射镜和该第一内反射镜间通过第一外隔离装置基本隔离，该第二外反射镜和该第二内反射镜间通过第二外隔离装置基本隔离。每一内反射镜具有多个由高反射率材料制成的绝缘层和多个由低反射率材料制成的绝缘层，且二者相互交替沉积以形成一叠堆。在光学薄膜滤波器中，第一、第二内反射镜的每一层和第一、第二外反射镜的每一层基本包含以下材料之一：二氧化硅(SiO₂)、五氧化二钽(Ta₂O₅)、二氧化钛(TiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、二氧化铪(HfO₂)及二氧化锆(TrO₂)。

上述光学薄膜滤波器的相邻通道间隔是200GHz。但目前对光学薄膜滤波器的要求逐渐提高，相邻通道间隔需达100GHz、50GHz，甚至更小。因此，需增加薄膜叠堆的腔体数量以适应带宽的需求，解决带宽问题。一般内应力随薄膜叠堆腔体数量的增加而增大，故在薄膜滤波器及薄膜沉积过程中内应力会随腔体数量增加而显著增大，从而影响制造良率。又，由于腔体数量的多少直接关系到薄膜滤波器的制造成本和制造过程的复杂度，较多腔体必然导致成本较高且制造复杂。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种薄膜滤波器，其具有较少的膜层和低内应力，且制造过程相对简单、良率较高且成本较低。

本发明的目的是这样实现的：提供一种薄膜滤波器，其包括一玻璃基板和一薄膜叠堆。该薄膜叠堆具多个腔体，每一腔体具第一反射层组、第二反射层组、一位于第一、第二反射层组间的间隔层及连接层。每一反射层组包括多个高反射率薄膜和多个低反射率薄膜，其中高、低反射率薄膜相互交替沉积。该高反射率薄膜的材料是由铌氧化物Nb₂O_5-x构成，其中X值范围是0到0.5之间，对应的反射率范围是2.15到2.40之间。

与现有的技术相比较，本发明具有以下优点：本发明薄膜滤波器具较少膜层和低内应力，较少膜层使得成本较低、制造过程相对简单，低内应力使其具较高良率，而且其形成的波形基本没有变化，接近于理想波形，与现有具较多膜层的薄膜滤波器相比具相同或更好的光学性能。

【附图说明】

图1是现有的180层钽氧化薄膜的薄膜滤波器的透射率随波长的变化图。

图2是本发明薄膜滤波器的剖面图。

图3是图2的薄膜滤波器的一腔体的示意图。

图4是本发明具140层薄膜的薄膜滤波器的透射率随波长变化图。

其中，图1和图4中λ表示波长，T表示透射率，其测试条件为：采用白光垂直入射，薄膜滤波器之基底型号为F7，探测器为理想状态，测试介质为空气，参考波长为1550nm波段，偏振态为AVE-。

为更好理解本发明相关的薄膜滤波器结构，附图中部分组件未按比例绘制。

【具体实施方式】

请参阅图2，本发明的薄膜滤波器包括一玻璃基板11和一薄膜叠堆12。该薄膜叠堆12沉积在玻璃基板11上，其具有五个腔体13。请参阅图3，每一腔体13包括第一反射层组21、第二反射层组22及位于第一、第二反射层组21、22之间的间隔层23。腔体13的结构是(HL)^mH(yL)H(LH)^mC，其中m为一整数，y为一偶数，符号H表示高反射率薄膜，符号L表示低反射率薄膜，符号C表示邻接相邻二腔体13的连接薄膜24。连接薄膜24通常由低反射率金属材料制成。

每一反射层组21、22包括多个高反射率薄膜31和多个低反射率薄膜32，且高、低反射率薄膜31、32相互交替沉积。每一反射层组21、22的结构分别为(HL)^m和(LH)^m，其中m为一整数。每一高反射率薄膜31和每一低反射率薄膜32的厚度皆为该薄膜滤波器通过带宽的中心波长的四分之一。通常，薄膜滤波器的腔体数量是决定其通过波形的关键，反射层组的反射率决定薄膜滤波器的透射率。调节以下二参数可获得所需的反射率。第一参数是每一反射层组的薄膜数量，第二参数是每一反射层组中高、低反射率薄膜的反射率差值。低反射率薄膜32的材料可为二氧化硅(SiO₂)或氧化铝(Al₂O₃)，本实施例采用二氧化硅，其反射率为1.46。本实施例采用的高反射率薄膜31为铌氧化物Nb₂O_5-x构成，其x范围0到0.5之间，对应的反射率范围为从2.15到2.40，高于现有高反射率薄膜材料的反射率，如五氧化二钽反射率仅为2.0。因此，只需较少的膜层即可满足反射率的需求。

如上所述，每一间隔层23为H(yL)H结构，其中y为一偶数。每一低反射率薄膜32的光学厚度为该薄膜滤波器通过带宽的中心波长的四分之一，从而间隔层23的低反射率层33的厚度为该薄膜滤波器通过带宽的中心波长的四分之一的y倍。每一高反射率薄膜31的光学厚度为该薄膜滤波器通过带宽的中心波长的四分之一，从而间隔层23厚度为该薄膜滤波器通过频宽的中心波长的四分之一的(y+2)倍。该玻璃基板11可通过该薄膜滤波器的工作波长，其可由包括石英、光学塑料、硅及锗等材料交替制成。

一具140层的薄膜滤波器可依本实施例制成。该薄膜滤波器具与现有180层的密集波分复用装置的薄膜滤波器相同或更好的光学性能。图4与图1数据相比，本发明薄膜滤波器的通过带宽(25dB处1.088nm)接近于现有的薄膜滤波器的通过带宽(25dB处1.066nm)。此外，本发明的薄膜滤波器所形成的波形基本没有变化，接近于理想波形。

Claims (6)

1.一薄膜滤波器，包括一基板和一薄膜叠堆，该薄膜叠堆沉积于该基板上，该薄膜叠堆具有多个腔体，每一腔体包括第一反射层组、第二反射层组、一位于第一、第二反射层组间的间隔层及一连接层，该第一、第二反射层组分别由多个低反射率薄膜和多个高反射率薄膜构成，该多个低反射率薄膜与多个高反射率薄膜二者相互交叠沉积，其特征在于：每一高反射率薄膜是由满足Nb₂O_5-x的铌氧化物构成，其中x值范围是0到0.5之间。

2.如权利要求1所述的薄膜滤波器，其特征在于该基板是由石英、光学塑料、硅及锗材料或其部分制成。

3.如权利要求1所述的薄膜滤波器，其特征在于该间隔层的光学厚度是该薄膜滤波器通过带宽的中心波长的四分之一的偶数倍。

4.如权利要求1所述的薄膜滤波器，其特征在于该铌氧化物的反射率范围在2.15到2.40之间。

5.如权利要求1所述的薄膜滤波器，其特征在于该低反射率薄膜由二氧化硅或氧化铝材料制成。

6.如权利要求1所述的薄膜滤波器，其特征在于每一低反射率薄膜和每一高反射率薄膜的光学厚度分别为薄膜滤波器通过带宽的中心波长的四分之一。

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