CN103558666A - 提高波长选择开关通道间隔离度的光器件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高波长选择开关通道间隔离度的光器件及其制造方法，涉及光器件领域，该光器件包括横截面为等腰直角三角形的柱状玻璃棱镜，柱状玻璃棱镜包括入射面、反射面和与WSS芯片胶合的底面，入射面、反射面和底面均呈矩形，等腰直角三角形的斜边位于反射面上，等腰直角三角形的两个直角边分别位于入射面、底面上，入射面的外表面镀有近红外部分吸收透射膜，反射面的外表面镀有金属反射膜，与WSS芯片胶合的底面的外表面镀有红外增透膜。本发明采用45度契角形的光器件设计，增加了两次吸收，特别是近红外部分吸收透射膜的部分吸收，使杂散光被基本滤除，能有效提高通道间的隔离度。
Description
技术领域
本发明涉及光器件领域，特别是涉及一种提高波长选择开关通道间隔离度的光器件及其制造方法。
背景技术
WSS（Wavelength SelectiveSwitch，波长选择开关）是近年来发展迅速的ROADM（Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer，可重构光分插复用器）子系统技术。OXC（Optical Cross-Connect，光交插连接）设备和ROADM作为WDM（Wavelength DivisionMultiplexing，波分复用）网络中的核心光交换设备，需要能够在任一端口对任意波长进行配置，并且容易地实现Gbit/s、甚至Tbit/s的传输容量。而WSS正具有频带宽、色散低、输入波长从任意输出端口输出的功能，并且基于WSS的ROADM可以在所有方向提供波长粒度的信道，远程可重配置所有直通端口和上下端口，适宜于实现多方向的环间互联和构建无线网格网络，是用来实现OXC和ROADM的新一代技术。采用ROADM进行复用/解复用系统，被用在光网络的不同地方，相应的WSS通常分布在光网络的多个不同节点上。因此WSS的性能好坏决定了整个系统通信的质量。
在现有的WSS中，隔离度是一个非常重要的指标。信道隔离度说简单点就是考察分波器中一个波道信号对另一个波信道的干扰程度。通常情况下，光经过波长选择开关芯片后会在希望输出通道和其他通道上，都有多余的反射或者衍射的光。这对于整个光路的隔离度有比较大的影响。
现有的WSS可以按照其工作原理分为两类：机械式WSS和液晶式WSS（包含硅基液晶式WSS），其中机械式WSS依靠光学元件移动使光路变化，液晶式WSS则依靠液晶分子对电的物理响应来使光路变化。对于机械式WSS，其提高隔离度的方法就是提高其芯片上每一个反射镜的控制精确度，以及提高每一个微反射镜的镜面反射率。但是，由于控制的精度以及相关光路的固有问题，使得其通道间隔离度一般在大约50dB。对于液晶式WSS，由于控制液晶分子的每一个电极之间需要有电压变化量，因此在每一个控制电极之间就会必然存在空隙处，而造成光在通过该液晶后出现许多不需要的衍射，使通道间隔离度变得比较差。现有的产品如Finisar公司的WSS的产品的隔离度一般在大约30dB。因此，无论哪种原理的WSS其隔离度都没有达到理想值，这对于光通信的全光网络是比较不利的。
申请号为201120299252.0、名称为《高隔离度CWDM薄膜滤光片》的中国实用新型专利中，使用一面为吸收膜，另一面为高反射膜的反射镜，这样使光两次经过吸收面，从而通过此滤光片可以提高器件相邻通道隔离度，将隔离度从25dB提高到46dB。名称为《Wavelength Selective Reconfigurable Optical Cross-Connect》的美国专利申请中，在最后的光路中加上45度的反射镜，一方面缩短了光程，另外一方面便于最后芯片的固定，但是它只在45度镜的一个面上镀了介质反射膜，并没有在另外一个垂直面上镀上吸收膜。因此其相应隔离度也只有35dB。申请号为201210118299.1、名称为《基于LCOS的波长选择开关及降低端口间串扰的方法》的中国发明专利申请中，通过计算调节各波长对应LCOS区域像素的相位，使最小偏转角度光信号输出到光纤阵列的任意指定端口。这种方法对不同波长间的隔离度可以很好的提高，而对于芯片在其他端口的相同波长的衍射部分是无法避免的。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种提高波长选择开关通道间隔离度的光器件及其制造方法，采用45度契角形的光器件设计，增加了两次吸收，特别是近红外部分吸收透射膜的部分吸收，使杂散光被基本滤除，能够有效提高通道间的隔离度。
本发明提供一种提高波长选择开关通道间隔离度的光器件，包括柱状玻璃棱镜，所述柱状玻璃棱镜的横截面为等腰直角三角形，柱状玻璃棱镜包括入射面、反射面和与WSS芯片胶合的底面，入射面、反射面和底面均呈矩形，等腰直角三角形的斜边位于反射面上，等腰直角三角形的两个直角边分别位于入射面、底面上，入射面的外表面镀有近红外部分吸收透射膜，所述近红外部分吸收透射膜对红外光的吸收是逐份进行的，与光强无关；反射面的外表面镀有金属反射膜，其主要作用是对光的反射，其次对红外光也有微量的吸收并转化为热能；与WSS芯片胶合的底面的外表面镀有红外增透膜；光信号通过该光器件后，到达WSS芯片，被WSS芯片进行相应通道切换后，再经该光器件出射，多余的光被金属反射膜以及近红外部分吸收透射膜吸收，消除多余的衍射光，提高WSS通道间的隔离度。
在上述技术方案的基础上，所述近红外部分吸收透射膜为15～20nm厚的二氧化钛薄膜，用于实现在1260～1620nm波段91%以上的透射率。
在上述技术方案的基础上，所述金属反射膜为100nm厚的铝膜、银膜或者黄金膜，当入射光45度入射时，实现在整个1260～1620nm波段内95%以上的反射。
在上述技术方案的基础上，所述红外增透膜为氟化镁膜或者氟化镧膜。
本发明还提供上述提高波长选择开关通道间隔离度的光器件的制造方法，包括以下步骤：
选择一个横截面为等腰直角三角形的柱状玻璃棱镜，柱状玻璃棱镜包括入射面、反射面和与WSS芯片胶合的底面，入射面、反射面和与WSS芯片胶合的底面均呈矩形，等腰直角三角形的斜边位于反射面上，等腰直角三角形的两个直角边分别位于入射面、底面上，在入射面的外表面镀上近红外部分吸收透射膜，近红外部分吸收透射膜对红外光的吸收是逐份进行的，与光强无关；在反射面的外表面镀上金属反射膜，其主要作用是对光的反射，其次其对红外光也有微量的吸收并转化为热能；在与WSS芯片胶合的底面的外表面镀上一层红外增透膜，整个光部件制造完毕。
在上述技术方案的基础上，所述近红外部分吸收透射膜为15～20nm厚的二氧化钛薄膜，用于实现在1260～1620nm波段91%以上的透射率。
在上述技术方案的基础上，所述金属反射膜为100nm厚的铝膜、银膜或者黄金膜，当入射光45度入射时，实现在整个1260～1620nm波段内95%以上的反射。
在上述技术方案的基础上，所述红外增透膜为氟化镁膜或者氟化镧膜。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
本发明采用45度契角形的光器件设计，增加了两次吸收，特别是近红外部分吸收透射膜的部分吸收，使杂散光被基本滤除，能够有效提高通道间的隔离度。
附图说明
图1是本发明实施例中提高波长选择开关通道间隔离度的光器件的结构示意图。
图2是本发明实施例中光器件及相应WSS光路中的原理示意图。
图3是光器件的透射部分模拟仿真实验结果示意图。
图4是光器件的反射部分模拟仿真实验结果示意图。
附图标记：1—入射面，2—反射面，3—底面。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
参见图1所示，本发明实施例提供一种提高波长选择开关通道间隔离度的光器件，包括柱状玻璃棱镜，柱状玻璃棱镜的横截面为等腰直角三角形，柱状玻璃棱镜包括入射面1、反射面2和与WSS芯片胶合的底面3，入射面1、反射面2和底面3均呈矩形，等腰直角三角形的斜边位于反射面2上，等腰直角三角形的两个直角边分别位于入射面1、底面3上，入射面1的外表面镀有近红外部分吸收透射膜，例如15～20nm厚的二氧化钛薄膜，用于实现在1260～1620nm波段91%以上的透射率；近红外部分吸收透射膜对红外光的吸收是逐份进行的，与光强无关；反射面2的外表面镀有金属反射膜，例如100nm厚的铝膜、银膜或者黄金膜，其主要作用是对光的反射，其次其对红外光也有微量的吸收并转化为热能等其他形式；与WSS芯片胶合的底面3的外表面镀有一层常规的红外增透膜，例如氟化镁膜或者氟化镧膜等。
参见图2所示，光信号通过该光器件后，到达WSS芯片，被WSS芯片进行相应通道切换后，再经该光器件出射，多余的光被金属反射膜以及近红外部分吸收透射膜吸收，消除了多余的衍射光，从而提高了WSS通道间的隔离度。
本发明实施例提供一种提高波长选择开关通道间隔离度的光器件的制造方法，包括以下步骤：
参见图1所示，选择一个横截面为等腰直角三角形的柱状玻璃棱镜，柱状玻璃棱镜包括入射面1、反射面2和与WSS芯片胶合的底面3，入射面1、反射面2和与WSS芯片胶合的底面3均呈矩形，等腰直角三角形的斜边位于反射面2上，等腰直角三角形的两个直角边分别位于入射面1、底面3上，在入射面1的外表面镀上近红外部分吸收透射膜，例如15～20nm厚的二氧化钛薄膜，用于实现在1260～1620nm波段91%以上的透射率，近红外部分吸收透射膜对红外光的吸收是逐份进行的，与光强无关；在反射面2的外表面镀上金属反射膜，例如100nm厚的铝膜、银膜或者黄金膜，其主要作用是对光的反射，其次其对红外光也有微量的吸收并转化为热能等其他形式；在与WSS芯片胶合的底面3的外表面镀上一层常规的红外增透膜，例如氟化镁膜或者氟化镧膜等，整个光部件制造完毕。
下面以二氧化钛薄膜与铝膜为例（其折射率的虚部都不为零），对这两种膜系分别进行仿真计算：将二氧化钛镀在入射面1上，其厚度为15～20nm，之所以选择这个范围的厚度，是为了让透过的光充分被吸收，而又不影响透射率，用来实现在1260～1620nm波段91%以上的透射率，以及微小的光吸收；经过相应薄膜设计软件TFCalc仿真后，其仿真实验结果参见图3所示。在反射面2的外表面镀上100nm厚的铝膜，当入射光45度入射时，能够实现在整个1260～1620nm波段内95%以上的反射（银膜、黄金膜的效果更好），其经过软件TFCalc仿真后的结果参见图4所示，图4中S偏振光是指光矢量（电场强度矢量）的振动方向垂直于入射面，P偏振光为光矢量的振动方向平行于入射面，入射面是界面法线和入射光线的波矢方向组成的平面；最后在与WSS芯片表面直接接触的底面3上，镀上一层常规的红外增透膜，例如氟化镁或者氟化镧等。
下面以一个特殊光路为例进行说明。
对于WSS芯片反射（衍射）出的杂散光（假设能量是0.05mW）的能量，可以基本上一次吸收完全，而这0.05mW的能量相对主返回光（假设能量是3mW）只是1.67%，对于整体器件性能基本没有影响。所以，通过在WSS光路最后加上这种45度契角形的光器件，既能够实现器件隔离度的提高，又方便WSS芯片的固定。但是，这种方法当吸收膜系固定后只能在一定入射光功率范围内实现隔离度的提高。
本发明实施例的原理详细阐述如下：
本发明实施例采用45度契角形的反射加部分吸收透镜的光器件设计，其整体的光路结构参见图2所示，入射光经过WSS芯片处理后，会被控制在一定出射方向。由于WSS芯片中小镜片的精确性，或者由于WSS芯片衍射的固有多级次性，在出射的光中有部分是我们不希望能接收到的光，而这部分光由于其占据了特定的切换角度位置，因此不能用光阑遮挡消除。这种45度契角形的光器件具有两处部分吸收近红外能量的薄膜，并且这两处薄膜对能量吸收是以光子的辐射能hv为单元的（频率为v的光子的能量为E＝hv，其中h为普朗克常数），将吸收的光能转换为其他波段的能量或者热能，其与光强没有关系。这样，这种薄膜就可以同时吸收相同份量的红外光，由于多余的出射光本身就比较少，从而使多余的光基本被吸收掉，从而提高了通道间的隔离度。
本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。
说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。
Claims (8)
1.一种提高波长选择开关通道间隔离度的光器件，包括柱状玻璃棱镜，其特征在于：所述柱状玻璃棱镜的横截面为等腰直角三角形，柱状玻璃棱镜包括入射面（1）、反射面（2）和与WSS芯片胶合的底面（3），入射面（1）、反射面（2）和底面（3）均呈矩形，等腰直角三角形的斜边位于反射面（2）上，等腰直角三角形的两个直角边分别位于入射面（1）、底面（3）上，入射面（1）的外表面镀有近红外部分吸收透射膜，所述近红外部分吸收透射膜对红外光的吸收是逐份进行的，与光强无关；反射面（2）的外表面镀有金属反射膜，其主要作用是对光的反射，其次对红外光也有微量的吸收并转化为热能；与WSS芯片胶合的底面（3）的外表面镀有红外增透膜；光信号通过该光器件后，到达WSS芯片，被WSS芯片进行相应通道切换后，再经该光器件出射，多余的光被金属反射膜以及近红外部分吸收透射膜吸收，消除多余的衍射光，提高WSS通道间的隔离度。
2.如权利要求1所述的提高波长选择开关通道间隔离度的光器件，其特征在于：所述近红外部分吸收透射膜为15～20nm厚的二氧化钛薄膜，用于实现在1260～1620nm波段91%以上的透射率。
3.如权利要求1所述的提高波长选择开关通道间隔离度的光器件，其特征在于：所述金属反射膜为100nm厚的铝膜、银膜或者黄金膜，当入射光45度入射时，实现在整个1260～1620nm波段内95%以上的反射。
4.如权利要求1至3中任一项所述的提高波长选择开关通道间隔离度的光器件，其特征在于：所述红外增透膜为氟化镁膜或者氟化镧膜。
5.权利要求1所述的提高波长选择开关通道间隔离度的光器件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
选择一个横截面为等腰直角三角形的柱状玻璃棱镜，柱状玻璃棱镜包括入射面（1）、反射面（2）和与WSS芯片胶合的底面（3），入射面（1）、反射面（2）和与WSS芯片胶合的底面（3）均呈矩形，等腰直角三角形的斜边位于反射面（2）上，等腰直角三角形的两个直角边分别位于入射面（1）、底面（3）上，在入射面（1）的外表面镀上近红外部分吸收透射膜，近红外部分吸收透射膜对红外光的吸收是逐份进行的，与光强无关；在反射面（2）的外表面镀上金属反射膜，其主要作用是对光的反射，其次其对红外光也有微量的吸收并转化为热能；在与WSS芯片胶合的底面（3）的外表面镀上一层红外增透膜，整个光部件制造完毕。
6.如权利要求5所述的提高波长选择开关通道间隔离度的光器件的制造方法，其特征在于：所述近红外部分吸收透射膜为15～20nm厚的二氧化钛薄膜，用于实现在1260～1620nm波段91%以上的透射率。
7.如权利要求5所述的提高波长选择开关通道间隔离度的光器件的制造方法，其特征在于：所述金属反射膜为100nm厚的铝膜、银膜或者黄金膜，当入射光45度入射时，实现在整个1260～1620nm波段内95%以上的反射。
8.如权利要求5所述的提高波长选择开关通道间隔离度的光器件的制造方法，其特征在于：所述红外增透膜为氟化镁膜或者氟化镧膜。
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