CN1388669A

CN1388669A - 菲涅尔全息型密集波分复用器及其制造方法和装置

Info

Publication number: CN1388669A
Application number: CN 02124993
Authority: CN
Inventors: 刘守; 张向苏; 刘川; 任雪畅
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 2002-06-26
Filing date: 2002-06-26
Publication date: 2003-01-01
Anticipated expiration: 2022-06-26
Also published as: CN1256821C

Abstract

涉及一种密集波分复用器,设有薄玻璃,玻璃上设具离轴Fresnel透镜结构的记录材料。其制造方法是在玻璃片上涂布记录材料;用球面波和平面波;经曝光、显影处理。其制造装置设有激光器;1个分光镜和1个反射镜,分光镜将反射光分为2束,分别送物光和干涉光产生装置;物光产生装置设有全反射镜和滤波器,物光经全反射镜后再经滤波器,到达记录介质;干涉光产生装置设有全反射镜和滤波器,由分光镜分给干涉光产生装置的另1束光经全反射镜后再经滤波器,到达记录介质与物光干涉。通道容量大,信道数量多;插入损耗小;同时具有解复用和耦合器的作用;相对于将来大容量光纤的扩容,具有成本低、插入损耗小、生产速率高的特点。

Description

菲涅尔全息型密集波分复用器及其制造方法和装置

本发明涉及一种密集波分复用器，尤其是一种菲涅尔全息型密集波分复用器及其制造方法和装置。

在光通讯领域，近年来世界上的各公司都把目光定在密集波分复用DWDM(WavelengthDivision Multiplexing)技术上。这是由于DWDM技术具有以下优点：(1)不需要安装新光纤就可以扩容，降低了网络费用。(2)网络可随时升级扩容，以满足用户及未来新业务的要求。

目前已有的DWDM有光栅型波分复用器、介质薄膜型波分复用器、熔锥型波分复用器、集成光波导波分复用器等。

1、光栅型波分复用器：

它属于角色散型器件，是利用角色散元件来分离和合并不同波长的光信号。最流行的衍射光栅，是在玻璃衬底上沉积环氧树脂，然后再在环氧树脂上制造光栅线，构成所谓反射型闪烁光栅。入射光照射到光栅上后，由于光栅的角色散作用，不同波长的光信号以不同的角度反射，然后经透镜会聚到不同的输出光纤，从而完成波长选择功能；反过程也可行。闪烁光栅的优点是高分辨的波长选择作用，可以将特定波长的绝大部分能量与其他波长进行分离，且方向集中。闪烁光栅型滤波器具有优良的波长选择性，可以使波长的间隔缩小到数nm甚至0.5nm左右。另外，光栅型器件是并联工作的，插入损耗不会随复用通路波长数的增加而增加，因而可以获得较多的复用通路数，已能实现131个波长间距O.5nm的复用。其隔离度也较好，当波长间隔为1nm时可以高达55dB。它的缺点是插入损耗较大，通常有3～8dB，对极化很敏感，光通路带宽/通路间隔比尚不很理想，使光谱利用率不够高，对光源和WDM器件的波长容差要求较高。此外，其温度漂移随所用材料的热膨胀系数和折射率变化而变化，典型器件的温度漂移大约为0.012nm/℃，比较大。若采用温度控制措施，则温度漂移可以减少至0.0004nm/℃。因此，对于DWDM器件采用温控措施是可行和必要的。这类光栅在制造上要求较精密，不适合于大批量生产，因此往往在实验室的科学研究中应用较多。除上述传统的光纤器件外，布拉格光纤光栅滤波器的制造技术逐渐成熟起来，它的制造方法是利用高功率紫外光波束干涉在光纤芯区中形成周期性的折射率变化，精细度可达每厘米1000线。布拉格光纤光栅的设计和制造比较快捷方便，成本较低，插入损耗很小，温度特性稳定，其滤波特性带内平坦，而带外十分陡峭(滚降斜率优于150dB/nm，带外抑制比高达50dB)，整个器件可以与系统中光纤熔为一体，它具有理想的滤光特性、便于设计制造、效率高等优点，因此可以制作成信道间隔非常小的带通、带阻滤波器，目前在DWDM系统中得到了广泛的应用。然而这类光纤光栅滤波器的波长适用范围较窄，只适用于单个波长；带来的好处是可以随着使用的波长数变化增减滤波器，应用比较灵活。

2、介质薄膜型波分复用器：

它是山介质薄膜(DTF)构成的一类芯交互型WDM器件。DTF干涉滤波器是由几十层不同材料、不同折射率和不同厚度的介质膜，按照设计要求组合起来的，每层的厚度为1/4波长(90°)，一层为高折射率，一层为低折射率，交替迭合而成。当光入射到高折射层时，反射光没有相移；当光入射到低折射层时，反射光经历180°相移。由于层厚1/4波长(90°)，因而经低折射率层反射的光经历360°相移后与经高折射率层的反射光同相叠加。这样在中心波长附近，各层反射光叠加，在滤波器前端面形成很强的反射光。在这高反射区之外，反射光突然降低，大部分光成为透射光。据此可以使之对一定波长范围呈通带，而对另外波长范围呈阻带，形成所要求的滤波特性。介质薄膜型波分复用器的主要特点是，设计上可以实现结构稳定的小型化器件，信号通带平坦，且与极化无关，插入损耗低，通路间隔度好。缺点是通路数不会很多。具体特点还与结构有关，例如，薄膜滤波器型波分复用器在采用软型材料的时候，由于滤波器容易吸潮，受环境的影响而改变波长；采用硬介质薄膜时材料的温度稳定性优于O.0005nm/℃。另外，这种器件的设计和制造过程较长，产量较低，光路中使用环氧树脂时隔离度不宜很高，带宽不宜很窄。在DWDM系统中，当只有4至8个波长波分复用时，使用该型的波分复用器件，是比较理想的。

3、熔锥型波分复用器：它是将两根或多根光纤靠贴在一起适度熔融而成的一种表面交互式器件，可以通过控制融合段的长度和不同光纤之间的互相靠近程度，实现不同波长的复用或解复用。在传统的1310nm/1550nm波分复用系统中多采用两纤的熔锥型滤波器，这种滤波器的插入损耗小(单级最大小于0.5dB，典型值为0.2dB)，无需波长选择器件，工艺简单，适于批量生产，但相邻信道的隔离度较差(20dB左右)，且外形尺寸稍大，采用多个熔融式藕合器级联应用的方法，可以改进隔离度(提高到30～40dB)。

4、集成光波导波分复用器：它是以光集成技术为基础的平面波导型器件，典型制造过程是在硅晶片上沉积一层薄薄的二氧化硅玻璃，并利用光刻技术形成所需要的图案，腐蚀成型。该器件可以集成生产，在今后的接入网中有很大的潜在应用，而且，除了波分复用器之外，还可以作成矩阵结构，对光信道进行上下分插(OADM)，是今后光传送网络中实现光交换的优选方案。

使用集成光波导波分复用器较有代表性的是日本NTT公司制作的阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Grating)光合波分波器，它具有波长间隔小、信道数多、通带平坦等优点，非常适合于超高速、大容量WDM系统使用。

本发明的目的在于提供一种通道容量大，同时具有解复用和藕合器的作用，成本低、插入损耗小、生产速率高的菲涅尔全息型密集波分复用器及其制造方法和装置。

所说的菲涅尔全息型密集波分复用器(FH—DWDM)设有一薄玻璃，玻璃上设有一层具有离轴Fresnel透镜结构的记录材料。

所说的制造菲涅尔全息型密集波分复用器的方法是：

1、选用薄玻璃片，并在玻璃片上涂布一层记录材料；

2、用一球面波和平面波，或者两束球面波进行干涉；

3、经曝光、显影处理，即制成具离轴Fresnel透镜结构的菲涅尔全息型密集波分复用器。

所说的薄玻璃片的厚度最好为0.5～1mm。

所说的制造菲涅尔全息型密集波分复用器的装置设有1个波长能对记录材料感光的激光器；1个分光镜和1个反射镜，用于将激光器发出的光反射到分光镜上，分光镜将反射镜的反射光分为2束，分别送物光产生装置和干涉光产生装置；

物光产生装置设有全反射镜和扩束及空间滤波器，由分光镜分给物光产生装置的1束光(物光)经全反射镜后再经扩束及空间滤波器，到达记录介质；在扩束及空间滤波器与记录介质之间可设有透镜准直或会聚；

干涉光产生装置设有全反射镜和扩束及空间滤波器，由分光镜分给干涉光产生装置的另1束光(干涉光)经全反射镜后再经扩束及空间滤波器，到达记录介质与物光干涉；在扩束及空间滤波器与记录介质之间可设有透镜会聚或准直。

所说的记录介质(材料)为感光胶，可选用光刻胶(Photoresist)，光聚合物(Photopolymer)或DCG材料。

与已有的密集波分复用器相比，本发明的显著优点在于：

1、通道容量大，信道数量多，信道数可达4～131个波长，波长间隔0.4～0.6nm，而已有的DWDM除光栅型外，一般只有4、8个波长，最多仅有64个波长；

2、插入损耗小，达4～6dB，隔离度≤40dB；

3、同时具有解复用和藕合器的作用，它既可以将复用在一根光纤中的多个光信道波长分开(解复用)，又能会聚(藕合)到各路光纤中，缩小了DWDM模块的尺寸，节省了组装元件。

4、相对于将来大容量光纤的扩容，具有成本低、插入损耗小、生产速率高的特点。目前DWDM一个波长最低市价是1000元人民币/λ，而FH—DWDM的成本不到2元人民币／λ。

图1为菲涅尔全息型密集波分复用器制造装置实施例1结构图。

图2为菲涅尔全息型密集波分复用器制造装置实施例2结构图。

图3为菲涅尔全息型密集波分复用器制造装置实施例3结构图。

图4为菲涅尔全息型密集波分复用器制造装置实施例4结构图。

图5为菲涅尔全息型密集波分复用器制造装置实施例5结构图。

图6为菲涅尔全息型密集波分复用器制造装置实施例6结构图。

图7为菲涅尔全息型密集波分复用器的工作原理及过程。

以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。

本发明所说的菲涅尔全息型密集波分复用器是根据经典的相干光干涉理论和衍射理论，采用激光全息技术制作的，实践证明它属于角色散和聚集器件，其结构是在薄玻璃(0。5～1mm)上涂一层记录材料感光胶(光刻胶或光聚合物或DCG材料等)，然后用一球面波和一平面波(或两束球面波)以一定的角度(30°～50°)进行干涉而形成离轴Fresnel透镜结构。

其制作工艺、步骤、条件、过程及其制造装置的结构如图1～6所示。设有波长能对记录材料感光的蓝光或紫光激光器LASER；M为反射镜；BS为可调分光镜；SF为扩束及空间滤波器：FH为记录材料，它可以是光刻胶版(Photoresist)、光聚合物(Photopolymer)或DCG材料；L为镀有增透膜的透镜或相机镜头。

其制作过程是从LASER发出的光经全反射镜M₁反射到分光镜BS上，BS将光分为二束，其中一束物光经全反镜M₂后再经空间滤波器SF₁，然后经透镜L₁准直(图1、图2)；或经L₁会聚(图3、图6)：或直接到达记录介质FH(图4、图5)。另一束干涉光经全反射镜M₃后再经空间滤波器SF₂，然后经透镜L₂汇聚(图、1、图5)：或经L₂准直(图3、图4)：或直接到达记录介质FH(图2、图6)与第一束光干涉。经曝光、显影处理，就形成了FH—DWDM。

以上所述的6种装置都可制作FH—DWDM，可按用户要求的参数选取一种进行制作即可。

图7为菲涅尔全息型密集波分复用器的工作原理及过程。扩容(复用)在一根光纤(Fiber)中的多个光信道波长λ1，λ2，λ3……λn经准直透镜L后，到达FH—DWDM的光按波长λ1、λ2、λ3……λn分开(解复用)，并藕合到各路光纤Fb₁、Fb₂、Fb₃……Fb_n中。反之就是起扩容合波(复用)作用。

Claims

1、菲涅尔全息型密集波分复用器，其特征在于设有一薄玻璃，玻璃上设有一层具有离轴Fresnel透镜结构的记录材料。

2、如权利要求1所述的菲涅尔全息型密集波分复用器，其特征在于所说的记录材料为感光胶。

3、如权利要求1所述的菲涅尔全息型密集波分复用器，其特征在于所说的薄玻璃片的厚度为0.5～1mm。

4、制造菲涅尔全息型密集波分复用器的方法，其特征在于：

1)、选用薄玻璃片，并在玻璃片上涂布一层记录材料；

2)、用一球面波和平面波，或者两束球面波进行干涉：

3)、经曝光、显影处理，即制成具离轴Fresnel透镜结构的菲涅尔全息型密集波分复用器。

5、如权利要求4所述的制造菲涅尔全息型密集波分复用器的方法，其特征在于所说的薄玻璃片的厚度为0.5～1mm。

6、如权利要求4所述的制造菲涅尔全息型密集波分复用器的方法，其特征在于所说的记录材料为感光胶。

7、如权利要求4所述的制造菲涅尔全息型密集波分复用器的方法，其特征在于所说的感光胶为光刻胶，光聚合物或DCG材料。

8、制造菲涅尔全息型密集波分复用器的装置，其特征在于设有1个波长能对记录材料感光的激光器：1个分光镜和1个反射镜，用于将激光器发出的光反射到分光镜上，分光镜将反射镜的反射光分为2束，分别送物光产生装置和干涉光产生装置：所说的物光产生装置设有全反射镜和扩束及空间滤波器，由分光镜分给物光产生装置的1束光经全反射镜后再经扩束及空间滤波器，到达记录介质；在扩束及空间滤波器与记录介质之间可设有透镜准直或会聚；所说的干涉光产生装置设有全反射镜和扩束及空间滤波器，由分光镜分给干涉光产生装置的另1束光经全反射镜后再经扩束及空间滤波器，到达记录介质与物光干涉。

9、如权利要求8所述的制造菲涅尔全息型密集波分复用器的装置，其特征在于所说的物光产生装置的扩束及空间滤波器与记录介质之间设有透镜会聚或准直。

10、如权利要求8所述的制造菲涅尔全息型密集波分复用器的装置，其特征在于所说的干涉光产生装置的扩束及空间滤波器与记录介质之间设有透镜会聚或准直。