CN113885116B - 一种非对称截止波长的带通滤光片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非对称截止波长的带通滤光片，包括：基片、在基片上形成的若干个法布里‑帕罗腔级联；法布里‑帕罗腔的结构包括(HL)^m n(2H)(iLjH)^m；H为四分之一波长的高折射率材料、L为四分之一波长的低折射率材料；i≥0.2,i≤1.8,j≥0.2,j≤1.8,i+j＝2；通过调整i和j的值，实现通带两边的截止波长带宽的调整。本发明通过调整带通滤光片高低折射率的光学厚度比，从而调整在通带两边的截止波长范围，从而减少截止膜的需求，从而实现降低成本。且本发明的非对称截止波长的带通滤光片结合了传统基于法布里‑帕罗腔级联设计的带通滤光片叠加长短波通的优点，使得该方案对比传统意义上的方式要膜层更薄，成本更低。
Description
技术领域
本发明涉及滤光片领域，特别涉及一种非对称截止波长的带通滤光片。
背景技术
常规的带通滤光片通常设计采用1/4波长(Quarter-Wave)光学厚度的高折射率膜层和低折射率膜层交替堆叠的膜系结构，其截止波段范围即反射带宽与1/4波长(Quarter-Wave)膜堆的反射镜是一致的，其反射带宽的最大值是由膜层的高低折射率差决定的。其反射带的半高宽为：
其中2Δg为反射带的半高宽，nH为高折射率材料的折射率，nL为低折射率材料的折射率；膜层的高低折射率差约大则反射带半高宽就越大。而在膜层材料决定的情况下，其极限的反射带宽已经被决定了。
常规情况下，带通滤光片的都是由1/4光学厚度的高低折射率介质膜层交替堆叠，构成多级的法布里-帕罗腔级联形成。
绝大多数的带通滤光片采用的设计通过多级的法布里-帕罗腔级联能起到扩展通带带宽，使得陡度变陡，对截止波段起不到调节作用。
而在光通讯领域中，光纤通讯常使用的波段范围覆盖有O、E、S、C、L、U等几个波段。具体的波段范围如下表。
| 波段 | 波长范围 |
| O band | 1260-1360nm |
| E band | 1360-1460nm |
| S band | 1460-1530nm |
| C band | 1530-1565nm |
| L band | 1565-1625nm |
| U band | 1625-1675nm |
表1
在实际应用中就会出现Oband对应通道的透过，而Oband到Cband范围其他通道都需要截止的要求等。而由于采用常规的1/4光学厚度的高低折射率介质膜层设计方案，会导致截止宽度无法覆盖所有需要截止的波长范围，因此需要继续叠加截止膜，从而使得光谱曲线满足所有的需要截止的波长范围。
有鉴于此，实有必要开发一种非对称截止波长的带通滤光片，用以解决上述问题。
发明内容
为了克服上述灰尘过滤方法所存在的问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种非对称截止波长的带通滤光片，其解决了传统方法中带通滤光片通带两端，大致对称，无法满足需要截止的波长范围的技术问题。
本发明为解决上述技术问题的一种非对称截止波长的带通滤光片，包括：
基片、在基片上形成的若干个法布里-帕罗腔级联；
所述法布里-帕罗腔的结构包括(HL)^m n(2H)(iLjH)^m；
其中，H为四分之一波长的高折射率材料、L为四分之一波长的低折射率材料；m≥1,n≥0,i≥0.2,i≤1.8,j≥0.2,j≤1.8,i+j＝2；通过调整i和j的值，实现通带两边的截止波长带宽的调整；
(HL)^m和(iLjH)^m为反射镜；n(2H)为space层。
进一步地，所述高折射率材料为Ta2O5、Nb2O5、TiO2中的至少一种。
进一步地，所述低折射率材料为SiO2、Al2O3、MgF2中的至少一种。
进一步地，所述非对称截止波长的带通滤光片在1480nm-1502nm的透过插损小于0.3dB。
进一步地，所述非对称截止波长的带通滤光片在1260-1441nm及1539-1630nm的截止插损大于40dB。
进一步地，所述非对称截止波长的带通滤光片在1442-1450nm及1530-1538nm的截止插损大于30dB。
进一步地，所述基片为二氧化硅材料成型或者硅材料成型。
进一步地，所述法布里-帕罗腔之间的连接层采用低折射率膜层。
进一步地，i＝1.05，j＝0.95，
对应的所述法布里-帕罗腔的结构按顺序依次包括：
HLHL2H(1.05L0.95H)^2
HLHLHL2H(1.05L0.95H)^2
HLHLHL2H(1.05L0.95H)^3
HLHLHL2H(1.05L0.95H)^3
HLHLHL2H(1.05L0.95H)^3
HLHL2H(1.05L0.95H)^2。
进一步地，i＝0.65，j＝1.35，对应的所述法布里-帕罗腔的结构按顺序依次包括：
HLHLHL2H(0.65L1.35H)^3
HLHLHLHL2H(0.65L1.35H)^4
HLHLHLHL2H(0.65L1.35H)^4
HLHLHLHL2H(0.65L1.35H)^4
HLHLHLHL2H(0.65L1.35H)^4
HLHLHLHL2H(0.65L1.35H)^4
HLHLHLHL2H(0.65L1.35H)^4
HLHLHLHL2H(0.65L1.35H)^4
HLHLHL2H(0.65L1.35H)^3。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：本发明提供的一种非对称截止波长的带通滤光片，通过调整带通滤光片高低折射率的光学厚度比，从而调整在通带两边的截止波长范围，从而减少截止膜的需求，从而实现降低成本。且本发明的非对称截止波长的带通滤光片结合了传统基于法布里-帕罗腔级联设计的带通滤光片叠加长短波通的优点，使得该方案对比传统意义上的方式要膜层更薄，成本更低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制，其中：
图1为现有技术中1310nm为特征波长的单个法布里-帕罗腔((HL)^3 2H(LH)^3)的光谱曲线图；
图2为常规带通滤光片的光谱示意图；
图3为本发明实施例一的示意图；
图4为本发明实施例一的波长和插损的关系图；
图5为本发明实施例二的波长和插损的关系图。
附图标注：1、基底；2、高折射率层；3、低折射率层；4、连接层；5、法布里-帕罗腔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在附图中，为清晰起见，可对形状和尺寸进行放大，并将在所有图中使用相同的附图标记来指示相同或相似的部件。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
在下列描述中，诸如中心、厚度、高度、长度、前部、背部、后部、左边、右边、顶部、底部、上部、下部等用词是相对于各附图中所示的构造进行定义的，特别地，“高度”相当于从顶部到底部的尺寸，“宽度”相当于从左边到右边的尺寸，“深度”相当于从前到后的尺寸，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化，所以，也不应当将这些或者其他的方位用于解释为限制性用语。
涉及附接、联接等的术语(例如，“连接”和“附接”)是指这些结构通过中间结构彼此直接或间接固定或附接的关系、以及可动或刚性附接或关系，除非以其他方式明确地说明。
图1为现有技术中，一中单个法布里-帕罗腔((HL)^3 2H(LH)^3)的结构，(HL)^3和(LH)^3被称为反射镜，2H被成为Space层，由于其对称的结构，生成的光谱在通带的两边，截止波长的带宽基本一致，形成对称的光谱。
从图1-图2可以看出现有技术中绝大所述的带通滤光片采用的设计包括通过多级的法布里-帕罗腔级联能起到扩展通带带宽，使得陡度变陡，对截止波段起不到调节作用。且在现有技术中，采用常规的1/4光学厚度的高低折射率介质膜层设计方案，会导致截止宽度无法覆盖所有需要截止的波长范围，因此需要继续叠加截止膜，从而使得光谱曲线满足所有的需要截止的波长范围。
参考图3，本发明提供的一种非对称截止波长的带通滤光片，包括：
基片1、在基片1上形成的若干个法布里-帕罗腔5级联；
法布里-帕罗腔5的结构包括(HL)^m n(2H)(iLjH)^m；其中，H为四分之一波长的高折射率材料2、L为四分之一波长的低折射率材料3；m≥1,n≥0,i≥0.2,i≤1.8,j≥0.2,j≤1.8,i+j＝2；通过调整i和j的值，实现通带两边的截止波长带宽的调整，使得通带两边的截止波长带宽不一致。
具体地，(HL)^m和(iLjH)^m为反射镜；n(2H)为space层。space层为空间层，空间层位于两反射镜(HL)^m和(iLjH)^m之间。
高折射率材料为Ta2O5、Nb2O5、TiO2中的至少一种。
低折射率材料为SiO2、Al2O3、MgF2中的至少一种。
非对称截止波长的带通滤光片在1480nm-1502nm的透过插损小于0.3dB。
非对称截止波长的带通滤光片在1260-1441nm及1539-1630nm的截止插损大于40dB。
非对称截止波长的带通滤光片在1442-1450nm及1530-1538nm的截止插损大于30dB。
基片为二氧化硅材料成型或者硅材料成型。
法布里-帕罗腔之间的连接层4采用低折射率膜层。
具体地，参见实施例一和实施例二。
实施例一：
本实施例为其中一种非对称截止波长的带通滤光片，根据10G-PON上行波长(1290-1330nm)/下行波长(1480-1500nm)、G-PON上行波长(1260-1280nm)/下行波长(1575-1580nm)、应用设计并制作满足下表中规格参数的带通滤光片。
表1非对称截止波长的带通滤光片指标
在本实施例中，i＝1.05，j＝0.95，
对应的法布里-帕罗腔的结构按顺序依次包括：
HLHL2H(1.05L0.95H)^2
HLHLHL2H(1.05L0.95H)^2
HLHLHL2H(1.05L0.95H)^3
HLHLHL2H(1.05L0.95H)^3
HLHLHL2H(1.05L0.95H)^3
HLHL2H(1.05L0.95H)^2。
其膜系结构包含76层由两种材料堆叠而成的膜系，其初始结构如下：HLHL2H(1.05L0.95H)^2L
HLHLHL2H(1.05L0.95H)^3L
HLHLHL2H(1.05L0.95H)^3L
HLHLHL2H(1.05L0.95H)^3L
HLHLHL2H(1.05L0.95H)^3L
HLHL2H(1.05L0.95H)^2 1.33L
其中，H为1/4波长的高折射率材料，L为1/4波长的低折射率材料，通过优化获得以1490nm为特征波长的堆叠顺序和每一层膜厚的控制方式如下表2所示：
表2实施例一膜系结构
高折射率膜层的材料为Ta2O5，在1490nm附近的折射率为2.094。
低折射率膜层的材料为SiO2，在1490nm附近的折射率为1.471。
基底材料为普通的K9光学玻璃，折射率为1.52。
本实施例的有益效果为：本实施例以传统带通设计相同膜层厚度实现传统带通叠加长拨通的效果，实现10G-PON下行波长信号、10G-PON上行信号、G-PON上行信号和下行信号截止的效果；采用溅射或离子束辅助沉积的硬介质镀膜，并且可以满足通讯类、汽车类产品的耐摩擦、耐高温高湿的可靠性需求。
图4为本实施例实测的波长和插损的关系图。实线以横坐标以及左侧纵坐标轴为坐标轴的插损与波长的对比图，其插损范围为-100dB～0dB，波长范围为1250-1650nm；点实线以横坐标以及右侧纵坐标轴为坐标轴的插损与波长的对比图，其插损范围为-1dB～0dB，波长范围为1250-1650nm；从图中可以看到，通带范围1480-1505nm的范围内的插损都小于-0.2dB。
实施例二
图5示出了本发明的实施例二的波长和插损的关系图。
本实施例为其中一种非对称截止波长的带通滤光片，根据全波CWDM的应用设计并制作满足下表中规格参数的带通滤光片。
| ITU波长(nm) | 1331 |
| 透射波段Pass Band | 1324-1338 |
| 截止波段Reject Band1 | 1260-1318 |
| 截止波段Reject Band2 | 1344-1580 |
| 透射波段插损IL(dB) | ≤0.35 |
| 透射波段插损纹波Ripple(dB) | ≤0.2 |
| 截止波段1插损IL(dB) | ≥30 |
| 截止波段2插损IL(dB) | ≥30 |
表3非对称截止波长的带通滤光片指标
在本实施例中，i＝0.65，j＝1.35，对应的法布里-帕罗腔的结构按顺序依次包括：
HLHLHL2H(0.65L1.35H)^3
HLHLHLHL2H(0.65L1.35H)^4
HLHLHLHL2H(0.65L1.35H)^4
HLHLHLHL2H(0.65L1.35H)^4
HLHLHLHL2H(0.65L1.35H)^4
HLHLHLHL2H(0.65L1.35H)^4
HLHLHLHL2H(0.65L1.35H)^4
HLHLHLHL2H(0.65L1.35H)^4
HLHLHL2H(0.65L1.35H)^3。
其膜系结构包含154层由两种材料堆叠而成的膜系。其初始结构如下：
HLHLHL2H(0.65L1.35H)^3L
HLHLHLHL2H(0.65L1.35H)^4L
HLHLHLHL2H(0.65L1.35H)^4L
HLHLHLHL2H(0.65L1.35H)^4L
HLHLHLHL2H(0.65L1.35H)^4L
HLHLHLHL2H(0.65L1.35H)^4L
HLHLHLHL2H(0.65L1.35H)^4L
HLHLHLHL2H(0.65L1.35H)^4L
HLHLHL2H(0.65L1.35H)^3L
其中，H为1/4波长的高折射率材料，L为1/4波长的低折射率材料，通过调整法布里帕罗腔的一端反射板的结构，可以使得通带两边的截止波段发生变化，通过这一原理生成初始结构，在这基础上再优化获得以1331nm为特征波长的堆叠顺序和每一层膜厚的控制方式如下表4所示：
/>
/>
表4实施例二膜系结构
本实施例的有益效果为：本实施例以传统带通设计相同膜层厚度实现传统带通叠加长拨通的效果，实现ITU波长为1331nm波段的全波CWDM，ITU+/-7nm为通带波长，其他ITU波长截止的效果；采用溅射或离子束辅助沉积的硬介质镀膜，并且可以满足通讯类、汽车类产品的耐摩擦、耐高温高湿的可靠性需求。图5为本实施例实测的波长和插损的关系图。实线以横坐标以及左侧纵坐标轴为坐标轴的插损与波长的对比图，其插损范围为-150dB～0dB，波长范围为1250-1600nm；点实线以横坐标以及右侧纵坐标轴为坐标轴的插损与波长的对比图，其插损范围为-0.3dB～0dB，波长范围为1250-1600nm；从图中可以看到，通带范围1324-1338nm的范围内的插损都小于-0.2dB。
本发明提供的一种非对称截止波长的带通滤光片，通过调整带通滤光片高低折射率的光学厚度比，从而调整在通带两边的截止波长范围，从而减少截止膜的需求，从而实现降低成本。本发明的非对称截止波长的带通滤光片结合了传统基于法布里-帕罗腔级联设计的带通滤光片叠加长短波通的优点，使得该方案对比传统意义上的方式要膜层更薄，成本更低。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
本文中所描述的不同实施方案的零部件可经组合以形成上文未具体陈述的其它实施例。零部件可不考虑在本文中所描述的结构内而不会不利地影响其操作。此外，各种单独零部件可被组合成一或多个个别零部件以执行本文中所描述的功能。
此外，尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (7)
1.一种非对称截止波长的带通滤光片，其特征在于，包括基片、在基片上形成的若干个法布里-帕罗腔级联；
所述法布里-帕罗腔的结构包括(HL)^m n(2H) (iLjH)^m；
其中，H为四分之一波长的高折射率材料、L为四分之一波长的低折射率材料；m≥1,n≥0,i≥0.2,i≤1.8,j≥0.2,j≤1.8, i+j =2；通过调整i和j的值，实现通带两边的截止波长带宽的调整；
(HL)^m和(iLjH)^m为反射镜；n(2H)为space层；
所述非对称截止波长的带通滤光片在1480nm-1502nm的透过插损小于0.3dB；
所述非对称截止波长的带通滤光片在1260-1441nm及1539-1630nm的截止插损大于40dB；
所述非对称截止波长的带通滤光片在1442-1450 nm及1530-1538nm的截止插损大于30dB。
2.如权利要求1所述的非对称截止波长的带通滤光片，其特征在于，所述高折射率材料为Ta2O5、Nb2O5、TiO2中的至少一种。
3.如权利要求1所述的非对称截止波长的带通滤光片，其特征在于，所述低折射率材料为SiO2、Al2O3、MgF2中的至少一种。
4.如权利要求1所述的非对称截止波长的带通滤光片，其特征在于，所述基片为二氧化硅材料成型或者硅材料成型。
5.如权利要求1所述的非对称截止波长的带通滤光片，其特征在于，所述法布里-帕罗腔之间的连接层采用低折射率膜层。
6.如权利要求1所述的非对称截止波长的带通滤光片，其特征在于， i=1.05，j=0.95，
对应的所述法布里-帕罗腔的结构按顺序依次包括：
HLHL2H(1.05L0.95H)^2
HLHLHL2H(1.05L0.95H)^2
HLHLHL2H(1.05L0.95H)^3
HLHLHL2H(1.05L0.95H)^3
HLHLHL2H(1.05L0.95H)^3
HLHL2H(1.05L0.95H)^2。
7.如权利要求1所述的非对称截止波长的带通滤光片，其特征在于，i=0.65，j=1.35，对应的所述法布里-帕罗腔的结构按顺序依次包括：
HLHLHL2H(0.65L1.35H)^3
HLHLHLHL2H(0.65L1.35H)^4
HLHLHLHL2H(0.65L1.35H)^4
HLHLHLHL2H(0.65L1.35H)^4
HLHLHLHL2H(0.65L1.35H)^4
HLHLHLHL2H(0.65L1.35H)^4
HLHLHLHL2H(0.65L1.35H)^4
HLHLHLHL2H(0.65L1.35H)^4
HLHLHL2H(0.65L1.35H)^3。
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