CN1271427C - 薄膜滤波器 - Google Patents
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Abstract
一种应用于密集波分复用的薄膜滤波器包括一基底(11)和一薄膜叠层(12)。该薄膜叠层包括多个腔(13)，每一腔均包括第一组膜层(21)、第二组膜层(22)及一位于第一组膜层(21)与第二组膜层(22)之间的间隔层(23)，每一组膜层均包括多个高折射率薄膜(31)及低折射率薄膜(32)，其相互交替沉积，高折射率薄膜的材料为氧化铟锡。该薄膜滤波器以制造160层薄膜为佳，其可达到甚至超过常规180层薄膜的密集波分复用滤波器的光学性能。
Description
【技术领域】
本发明是关于一种应用于密集波分复用的薄膜滤波器，尤指一种应用于密集波分复用具有高折射率薄膜的薄膜滤波器。
【背景技术】
应用于密集波分复用的薄膜滤波器通常包括沉积于玻璃基底的多腔薄膜结构。
美国第6,215,592号专利揭示一用于过滤光学输入具有较宽频率响应通带的光学薄膜滤波器，该频率响应通带包括传输波长中的多个复合光波长和反射波长中的多个复合波长，该薄膜滤波器具有通过一内间隔层分离的第一和第二内膜层、一通过第一外间隔层而与第一内膜层分离的第一外膜层、一通过第二外间隔层而与第二内膜层隔离的第二外膜层。该内膜层具有比外膜层更高的反射率，每一内膜层包括高折射率材料的介质层及低折射率材料的介质层，其交替沉积形成一堆栈结构。该光学薄膜滤波器第一、第二内膜层与第一、第二外膜层中的各层通常包括二氧化硅(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(ZrO2)中之一。
上述光学薄膜滤波器的奇、偶数的标准ITU频道以200G的频率间隔分离，现代薄膜滤波器逐渐要求具有100GHZ、50GHZ甚至更小的频率间隔。因此，需要提供一种多腔薄膜滤波器以适应通行带宽与隔离带宽的要求。然而，该多层薄膜滤波器所固有的大量腔增加了光学滤波器的内应力，使得其在制造和使用过程中容易断裂，且制成的光学薄膜滤波器具有较高的插入损耗。。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种应用于密集波分复用的薄膜滤波器，其具有相对少的薄膜层数和较小的内应力。
本发明的另一目的在于提供一种应用于密集波分复用的薄膜滤波器，其制造相对简单、便宜，且其制造和使用过程中不易损坏。
本发明的目的是这样实现的：提供一种应用于密集波分复用的薄膜滤波器包括一基底和一薄膜叠层，该薄膜叠层包括多个腔，每一腔均包括多个第一组膜层、第二组膜层及一位于第一组膜层与第二组膜层之间的间隔层。每一膜层包括多个相互交替沉积的高折射率薄膜与低折射率薄膜，其中高折射率薄膜为氧化铟锡。
与现有密集波分复用模组相比较，本发明通过具有较高折射率的氧化铟锡制造高折射率薄膜，其仅需少量薄膜即可达到常规大量薄膜所能达到之光学性能。
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
【附图说明】
图1是本发明薄膜滤波器的剖面示意图。
图2是图1的薄膜滤波器其中一腔的示意图。
图3是根据本发明制造的具有160层薄膜的薄膜滤波器透光率与波长的关系曲线图，其中透光率在-0.5dB与0dB之间。
图4是图3的薄膜滤波器的透光率与波长的关系曲线图，其中透光率在-25dB与0dB之间。
图5是具有180层膜的常规氧化钽薄膜滤波器透光率与波长的关系曲线图，其中透光率在-0.5dB与0dB之间。
图6是图5的薄膜滤波器的透光率与波长的关系曲线图，其中透光率在-25dB与0dB之间。
其中，图3至图6透光率与波长的关系曲线图的测绘条件为：
光源：白 角度：0度
介质：空气 参考波长：1550(nm)
基底：F7 偏振：AVE-
出口：空气 第一表面：前
探测器：理想状态 标注：5腔滤波器
【具体实施方式】
请参照图1，本发明应用于密集波分复用的薄膜滤波器包括一玻璃基底11和一薄膜叠层12。该薄膜叠层12包括沉积于玻璃基底11的五个腔13。请参照图2，每一腔13均包括第一组膜层21、第二组膜层22及一位于第一组膜层21与第二组膜层22之间的间隔层23，每一腔13的结构是(HL)mH(xL)H(LH)mC，其中m为整数，x为偶数。符号H代表高折射率薄膜，符号L代表低折射率薄膜，符号C代表用以连接相连腔13的连接薄膜24，该连接薄膜24通常由具相对的低折射率材料制造，任一腔13的m及x的值均不同于其它任何一腔的m及x的值。
第一、二组膜层21、22均包括多个高折射率薄膜31和多个低折射率薄膜32，高折射率薄膜31与低折射率薄膜32相互交替沉积，如前所述，每一膜层21、22分别为(HL)m与(LH)m，这里m为整数，每一高折射率薄膜31和低折射率薄膜32的光学厚度与薄膜滤波器的四分之一通带中心波长相等。通常，薄膜滤波器腔的数目是决定通带曲线的关键，而该组膜层的反射率决定了薄膜滤波器的透光率，可调整二参数以获得期望的反射率，第一参数是每一组膜层的薄膜数目，第二参数是每一腔内部膜层的高折射率薄膜与低折射率薄膜的折射率的差别。低折射率薄膜L的材料可为二氧化硅或氧化铝，在最佳实施例中采用二氧化硅，二氧化硅的折射率为1.46。在最佳实施例中，高折射率薄膜H的材料为氧化铟锡，其使用的氧化铟锡的组成比例为20％的氧化铟与80％的氧化锡至17％的氧化铟与83％的氧化锡。氧化铟锡材料因其折射率为2.1而作为高折射率薄膜31的材料，其比常规的高折射率薄膜的材料如五氧化钽要高(五氧化钽折射率为2.0)，如此，要求的反射率可通过较少的薄膜层数达到。氧化铟锡应用于薄膜还具有特殊的优点，它比其它常规材料软、柔韧、易抵抗内应力。
如前所述，每一间隔层23是H(xL)H，这里x为偶数，各组低折射率薄膜32的光学厚度与薄膜滤波器四分之一通带中心波长相等，因此，间隔层23的低折射率层33的光学厚度为薄膜滤波器四分之一通带中心波长的x倍。每一高折射率薄膜31的光学厚度是与薄膜滤波器四分之一通带中心波长相等。因此，间隔层23具有四分之一薄膜滤波器通带中心波长(x+2)倍的光学厚度。
基底11对薄膜滤波器的工作波长是透明的，该基底可由玻璃石英、光学塑料、硅、锗制造。
在最佳实施例中，薄膜滤波器具有160层薄膜，该薄膜滤波器可达到常规具180层薄膜的密集波分复用滤波器相同甚至更好的光学性能。将图3、图4的数据与图5、图6的数据分别比较，本发明的薄膜滤波器(透光率在-25dB至-0.5dB之间的透光波长范围为1.028nm至0.644nm)比常规薄膜(透光率在-25dB至-0.5dB之间的透光波长范围为1.066nm至0.644nm)具有更窄的通带。另外，与常规的薄膜滤波器相比，本发明薄膜滤波器产生闭合的矩形方波。
Claims (10)
1.一种薄膜滤波器，其包括一玻璃基底和一薄膜叠层，该薄膜叠层设置于玻璃基底，其包括低折射率薄膜及高折射率薄膜，其特征在于每一高折射率薄膜是由氧化铟锡构成。
2.如权利要求1所述的薄膜滤波器，其特征在于其中基底的制成材料可由玻璃、石英、光学塑料、硅、锗中选择。
3.如权利要求1所述的薄膜滤波器，其特征在于其中薄膜叠层包括多个腔。
4.如权利要求3所述的薄膜滤波器，其特征在于每一腔包括一第一组膜层、第二组膜层、一间隔层及一连接层，且间隔层位于第一组膜层与第二组膜层之间。
5.如权利要求4所述的薄膜滤波器，其特征在于第一组膜层及第二组膜层均是由多个上述低折射率薄膜及高折射率薄膜相互交替沉积而成。
6.如权利要求4所述的薄膜滤波器，其特征在于间隔层具有四分之一薄膜滤波器通带中心波长整数倍的光学厚度。
7.如权利要求1所述的薄膜滤波器，其特征在于氧化铟锡的组成比例为20％的氧化铟与80％的氧化锡至17％的氧化铟与83％的氧化锡。
8.如权利要求5所述的薄膜滤波器，其特征在于低折射率薄膜由二氧化硅或氧化铝组成。
9.如权利要求5所述的薄膜滤波器，其特征在于低折射率薄膜及高折射率薄膜均具有四分之一薄膜滤波器通带中心波长整数倍的光学厚度。
10.如权利要求1所述的薄膜滤波器，其特征在于每一高折射率薄膜的折射率为2.1，且该薄膜叠层大约为160层。
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