CN103777281A

CN103777281A - 用于密集波分复用的可堆叠窄带滤波器

Info

Publication number: CN103777281A
Application number: CN201210593418.9A
Authority: CN
Inventors: 宋达元; 谢永杰
Original assignee: Optoplex Corp
Current assignee: Optoplex Corp
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2012-12-31
Publication date: 2014-05-07
Also published as: CN103777265A

Abstract

本发明涉及一种用于密集波分复用的可堆叠窄带滤波器。平面平行光学窗口是在用于DWDM应用的堆叠中的单腔滤波器的隔离器。在光学窗口的每侧上沉积高度反射的四分之一波堆叠并且如此获得的单腔滤波器被切割以产生多个滤波器。因为单腔结构在整个窗口区域上具有相同的厚度并且在相同的条件下贯穿各处执行四分之一波堆叠沉积处理，所以从该光学窗口制造的每个单腔滤波器具有相同的透射波长并且因此对于DWDM应用容易地可堆叠。替代地，在单侧上涂敷具有等于单腔滤波器的隔离器所需的一半的厚度的光学窗口。该窗口然后被划分为多个可以通过使其光学接触而成对地组合的相同的部件，以便形成具有相同的透射波长的单独的单腔滤波器。

Description

用于密集波分复用的可堆叠窄带滤波器

技术领域

本发明涉及电信的一般领域，并且具体地说，涉及在用于电信的密集波分复用中使用的多层薄膜光学滤波器。

背景技术

在光通信中，一条光纤可以承载许多通信信道，其中，每一个信道具有其本身的载波频率。不同频率的光通过在本领域中称为复用器（“复用（mux）”）的装置被合并到光纤内，并且之后通过被称为解复用器（“解复用（de-mux）”）的装置被分离到不同的端口内。复用和解复用装置通常利用诸如薄膜滤波器的技术来隔离感兴趣的波长；在电信中，这些是被国际通信联盟ITU电网设置的频率。

通常使用的光纤基于所谓的法布里－珀罗标准具的结构，该法布里－珀罗标准具通常由具有两个反射表面的透明隔离器构成。该隔离器限定了标准具的腔。对于电信应用，隔离器是具有被调谐到感兴趣的透射峰值波长的半波光学厚度的电介质材料的薄层，并且反射表面是具有峰值在设计波长处的宽带反射率的四分之一波堆叠。以连续的沉积步骤来制作四分之一波堆叠和其间的电介质隔离器，并且两个或更多的这样的滤波器可以通过所谓的虚设层分离地而被沉积在彼此的顶部，以形成多腔滤波器。

图1示出了腔的数量对于具有10nm FWHM的通常干涉滤波器的通带形状的影响。以FWHM单位从中心波长的偏离是

应注意：实际的FWHM在每种情况下不同。如图1中所示，增大腔的数量对于具有用于电信应用的期望特性的通带形状具有显著的影响。带斜率越陡，近带阻（near-band rejection）提高，并且通带峰值越平坦，接近正方形。因此，通常在每一个光学电信滤波器中使用至少两个法布里－珀罗标准具的堆叠。

在理论上，只要每一个半波堆叠隔离器的光学厚度和相位是相同的，则每一个腔的透射波长将是相同的。然而，因为每一个标准具结构的透射峰值波长对于在隔离器和反射表面的结构上的微小差别敏感，所以堆叠的标准具的通带峰值不总是对准，并且作为结果的双色滤波器经常不适于电信应用。当前，在密集波分复用（DWDM）滤波器中使用的法布里－珀罗干涉仪的隔离器仅有几个微米厚，但是对于一些应用，需要隔离器更大。因为作为结果的结构不均匀和伴随的透射率差别，用于制造这样的更厚隔离器滤波器的传统沉积方法不起作用。因此，继续需要一种用于制造这样的可堆叠滤波器的经济和实用的方法，并且本发明提供了一种克服了这些问题的替代的滤波器结构和其制造方法。

发明内容

本发明在于如下思想：使用平面平行光学窗口而不是具有反射涂层的沉积的电介质材料来作为在用于DWDM应用的堆叠中的每一个滤波器的隔离器。在最简单的实施例中，该光学窗口具有半波厚度，并且在其抛光侧的每一个上沉积高度反射的四分之一波堆叠。该光学窗口具有比简单滤波器大得多的面积，由此获得大的涂敷光学窗口，从其可以产生许多单腔滤波器。因为作为结果的半波隔离器在整个窗口区域上具有相同的厚度，并且在相同的条件下贯穿各处执行四分之一波堆叠沉积处理，所以从光学窗口制造的每一个单腔具有相同的透射波长，并且因此对于DWDM应用容易地可堆叠。

在本发明的另一个实施例中，该光学窗口被选择具有等于半波板所需的一半的厚度，并且在单侧上被涂敷有四分之一波堆叠反射器。因为单沉积步骤，而不是用于涂敷光学窗口的两侧所需的两个步骤，这进一步消除了在涂敷板的结构中的非同质的机会。该窗口然后被划分为多个相同部件，该多个相同部件可以通过将它们光学接触而被成对地组合，以便形成具有作为结果的半波隔离器和相同的透射波长的单独的单腔滤波器。这些滤波器有益地类似地可堆叠以用于DWDM应用。

通过在随后的说明书中的本发明的说明和在所附的权利要求中具体指出的新颖特征，各种其他优点将变得清楚。因此，为了实现如上所述的目的，本发明由在以下附图中图示、在优选实施例的详细说明中充分说明并且在权利要求中具体指出的特征构成。然而，这样的附图和说明仅公开了可以实施本发明的各种方式的仅一些。

附图说明

图1图示堆叠相同的薄膜滤波器对于通过其相对于中心波长的偏离而以半最大值全宽度（FWHM）为单位量度的标准化的透射率的形状的影响。

图2是通过在透明衬底上依序沉积反射涂层、电介质隔离器和另一个反射涂层而制造的传统法布里-珀罗薄膜滤波器的示意截面。

图3是通过在光学窗口的两侧上沉积反射涂层而根据本发明制造的法布里-珀罗滤波器的示意截面。

图4是通过在光学窗口的单侧上沉积反射涂层并且随后组合两个分割的部件以形成滤波器的标准具隔离器而根据本发明的另一个实施例制造的法布里-珀罗滤波器的示意截面。

图5图示通过虚设层耦合的、如图3或图4中所示的滤波器的双腔堆叠。

图6A、6B和6C图示适合于制造具有虚设层的双腔堆叠或三腔堆叠的单腔结构。

图7A、7B和7C图示适合于制造具有虚设层的双腔堆叠或三腔堆叠的另一个单腔结构。

图8是在本发明的处理的一个实施例中涉及的步骤的流程图。

图9是在本发明的处理的另一个实施例中涉及的步骤的流程图。

具体实施方式

参见附图，其中，使用相似的标号和符号贯穿各处指定相似的部分。图2示意地图示通过依序沉积各个层而制造的传统薄膜滤波器10的结构部件。四分之一波反射器涂层12首先沉积在透明衬底14上，然后沉积半波电介质隔离器层16，然后沉积另一个四分之一波反射器层12。（本领域内的技术人员可以认识到，隔离器层和反射器涂层的相对厚度未按照比例示出，而是为了更容易图示和清楚，对于反射器堆叠夸大该相对厚度）当产生多腔滤波器时，在腔之间沉积虚设层后重复这个沉积序列，这可以导致因为在各个制作阶段期间在沉积条件上的不良和变化而在堆叠的腔中的小差别。结果，堆叠的标准具的通带峰值可能未对准，并且滤波器不适合于电信应用。

与此相比，图3示出了根据本发明的制造的滤波器20的结构。由体电介质材料制成的平面平行光学窗口22替换传统上通过在第一反射器层12上沉积而形成的半波电介质隔离器层16。相反，直接地在光学窗口22的每侧上沉积四分之一波堆叠12，由此产生完整的单腔滤波器。如果光学窗口比滤波器所需的大小（面积）宽得多，则可以将如此产生的单腔分割以获得许多大体相同的单腔滤波器。因为光学窗口平行并且被调整大小以得到半波光学隔离器，所以它在整个窗口区域上具有相同厚度，并且从其获得的每一个单腔滤波器具有相同的透射波长。

可以通过涂敷光学窗口30的单侧以产生用于半波滤波器标准具的中间结构32来获得可比较的结果。两个这样的结构32可以沿着它们的未涂敷的表面34接合在一起，并且然后按照需要被切割以制造给定较小大小的滤波器，如图4中所示。替代地，涂敷的光学窗口20可以首先被切割，并且然后来自相同窗口的两个部分被接合在一起以得到单腔滤波器。

当法布里-珀罗干涉仪的隔离器相对厚（例如，50微米）时，它变得对通过沉积来制造它是不实用和不经济的，因为沉积时间的长度和非常厚的沉积膜变差的质量。插入损失变得比相同厚度的体材料大得多。例如，如在下面对于FSR=400GHz的表格中所示，隔离器厚度对于硅是107μm，并且对于BK7玻璃是250μm。因此，使用光学窗口作为隔离器具有很大的优点。不需要长的沉积处理，并且隔离器自动地贯穿各处具有与窗口的体材料相同的均匀属性。

基于FSR的BK7玻璃和硅隔离器厚度

BK7

硅

通过下面的关系式来给出根据法布里-珀罗标准具的隔离器的厚度改变dT的波长移位。

移位=波长×dT/T，

其中，T是隔离器的厚度。自由光谱范围FRS=c/(2nT)。

因此，上面的表格示出隔离器的厚度变化（dT）需要被保持为在几个纳米的数量级的最小值，以便具有小得足以允许用于DWDM应用的滤波器堆叠的波长移位。这可以使用平面平行光学窗口作为标准具隔离器，而不是通过隔离器的沉积来容易地实现。因此，可以对于DWDM应用连续地堆叠从相同窗口获得的多个滤波器，只要良好地控制窗口的平行。另一方面，极难在这样严格的厚度容限内将分开产生的两个窗口匹配。

而且，为了获得双腔滤波器，可以简单地使用例如热接合或其他传统处理来接合两个单腔滤波器。实际上，可以利用中间虚设层40将由涂敷的窗口构成的腔20的两个大的部分接合在一起，如图5中所示，并且然后按照需要切割以制造给定较小大小的双腔滤波器42。这可以使用图4的单腔滤波器来进行。因此，本发明避免了在制造多腔滤波器中的最难的部分，即控制隔离器的厚度和匹配单独的半波滤波器，使得将其堆叠来产生具有单个通带峰值的两个或更多腔滤波器。结果，通过本发明显著地提高了滤波器性能和产量。

优选地，在窗口上沉积的一个或多个反射器层上执行虚设层的沉积。在参考图3的单腔20而在图6A中所示的一个实施例中，涂敷的结构的一侧被进一步完全涂敷有虚设材料，以形成层44，而另一侧在涂敷处理期间使用掩模而仅被部分地涂敷有面积较小的虚设层46。作为结果的结构可以然后被切割，并且将单独的单腔部分组合以仅通过将反射器层与如此沉积的虚设层接触来形成双腔或三腔滤波器，如图6B和6C中所示。

在参考图3的相同单腔20而在图7A中所示的另一个实施例中，将涂敷的结构的仅一侧进一步涂敷有虚设材料，但是仅在整个区域的一部分上使用掩模来涂敷以形成虚设材料的层48，而在涂敷处理期间留下该区域的其他部分不涂敷。作为结果的结构可以然后被切割，并且将单独的单腔部分组合以再次通过适当地将反射器层与如此沉积的虚设层接触而形成双腔或三腔滤波器，如图7B和7C中所示。显然，要涂敷的部分的优选的大小取决于是否计划制造双腔或三腔滤波器。

图8和9概述了在使用如上所述的两个制作处理的每一个来制造多腔滤波器时涉及的步骤。该各种步骤的细节，诸如切割光学窗口和接合作为结果的部件是传统的且在本领域中公知的。例如，优选地在涂敷和接合之前抛光光学窗口的未涂敷的表面。

因此，已经公开了一种简单方式以使得能够制作单腔滤波器，该单腔滤波器具有适合于堆叠以产生对于DWDM应用理想的多腔滤波器的大体相同的光学属性。虽然已经以被相信是最实用和优选的实施例示出和描述了本发明，但是可以认识到，可以在本发明的范围内从其做出偏离。因此，本发明不限于在此公开的细节，而是符合权利要求的完整范围，以便涵盖任何和所有等同的设备和方法。

Claims

1.一种制作用于电信应用的多腔滤波器的方法，包括步骤：

选择具有适合于所述应用的厚度的平面平行光学窗口；

将光学板的两侧涂敷有四分之一波反射器堆叠，以产生单腔滤波器结构；

将所述单腔滤波器结构切割为多个单独的单腔滤波器；以及

组合两个或更多个所述单腔滤波器以产生具有单个透射峰值的多腔滤波器堆叠。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述平面平行光学窗口的所述厚度对应于半波隔离器。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，在组合两个或更多个所述单腔滤波器以产生具有单个透射峰值的多腔滤波器堆叠的所述步骤之前，所述单腔滤波器结构的至少一侧被进一步涂敷有涂层以形成虚设层。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述平面平行光学窗口的所述厚度对应于半波隔离器。

5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：在所述涂敷步骤之前抛光所述光学板的所述侧。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述平面平行光学窗口的所述厚度对应于半波隔离器。

7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：在所述涂敷步骤之前抛光所述光学板的所述侧；并且其中，在组合两个或更多个所述单腔滤波器以产生具有单个透射峰值的多腔滤波器堆叠的所述步骤之前，所述单腔滤波器结构的至少一侧被进一步涂敷有涂层以形成虚设层；并且其中，所述平面平行光学窗口的所述厚度对应于半波隔离器。

8.一种制作用于电信应用的多腔滤波器的方法，包括步骤：

选择具有适合于所述应用的厚度的一半的平面平行光学窗口；

将光学板的一侧涂敷有四分之一波反射器堆叠；

将如此涂敷的所述光学板划分为两个或更多个部件；

将两个所述部件沿着其未涂敷侧接合，以产生单腔滤波器结构；

将所述单腔滤波器结构切割为多个单独的单腔滤波器；以及

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述平面平行光学窗口的所述厚度对应于半波隔离器的厚度的一半。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，在组合两个或更多个所述单腔滤波器以产生具有单个透射峰值的多腔滤波器堆叠的所述步骤之前，所述单腔滤波器结构的至少一侧被进一步涂敷有涂层以形成虚设层。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述平面平行光学窗口的所述厚度对应于半波隔离器的厚度的一半。

12.根据权利要求8所述的方法，进一步包括步骤：在所述涂敷和接合步骤之前抛光所述光学板的所述侧。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述平面平行光学窗口的所述厚度对应于半波隔离器的厚度的一半。

14.根据权利要求8所述的方法，进一步包括步骤：在所述涂敷步骤之前抛光所述光学板的所述侧；并且其中，在组合两个或更多个所述单腔滤波器以产生具有单个透射峰值的多腔滤波器堆叠的所述步骤之前，所述单腔滤波器结构的至少一侧被进一步涂敷有涂层以形成虚设层；并且其中，所述平面平行光学窗口的所述厚度对应于半波隔离器。

15.一种制作用于电信应用的多腔滤波器的方法，包括步骤：

将光学板的一侧涂敷有四分之一波反射器堆叠；

将如此涂敷的所述光学板分割为多个单独结构；

将所述单独结构的对沿着其未涂敷侧接合，以产生多个单腔滤波器；

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述平面平行光学窗口的所述厚度对应于半波隔离器的厚度的一半。

17.根据权利要求15所述的方法，其中，在所述切割步骤之前，所述四分之一波反射器堆叠被进一步涂敷有涂层以形成虚设层。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述平面平行光学窗口的所述厚度对应于半波隔离器的厚度的一半。

19.根据权利要15所述的方法，进一步包括步骤：在所述涂敷和接合步骤之前抛光所述光学板的所述侧。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述平面平行光学窗口的所述厚度对应于半波隔离器的厚度的一半。

21.根据权利要求19所述的方法，进一步包括步骤：在所述涂敷和接合步骤之前抛光所述光学板的所述侧；并且在所述切割步骤之前，所述四分之一波反射器堆叠被进一步涂敷有涂层以形成虚设层；并且其中，所述平面平行光学窗口的所述厚度对应于半波隔离器的厚度的一半。

22.一种通过根据权利要求1所述的方法产生的多腔滤波器。

23.一种通过根据权利要求7所述的方法产生的半波滤波器堆叠。

24.一种通过根据权利要求8所述的方法产生的多腔滤波器。

25.一种通过根据权利要求14所述的方法产生的半波滤波器堆叠。

26.一种通过根据权利要求15所述的方法产生的多腔滤波器。

27.一种通过根据权利要求21所述的方法产生的半波滤波器堆叠。