CN1734293A

CN1734293A - 具有四个信道的cwdm滤光片

Info

Publication number: CN1734293A
Application number: CNA2004100591099A
Authority: CN
Inventors: 张陈益升
Original assignee: Asia Optical Co Inc
Current assignee: Dongguan Xintai optics Co., Ltd.
Priority date: 2004-08-10
Filing date: 2004-08-10
Publication date: 2006-02-15
Anticipated expiration: 2024-08-10
Also published as: CN100371742C

Abstract

本发明关于一种多信道CWDM滤光片，包括基板与N个堆叠结构，其中N为不小于2的奇数，每一堆叠结构自基板侧包括一个法布里―珀罗谐振腔结构与一个耦合层。其中，第[(N+1)/2－1]堆叠结构的耦合层与第[(N+1)/2+1]堆叠结构的耦合层皆为(2n+1)L，n为正整数，L表示λ₀/4的低折射率膜层，λ₀表示该等信道的中心波长。同时，每个法布里―珀罗谐振腔结构自基板侧依序为H(LH)^akL(HL)^aH，且a为正整数，k为不小于2的整数，L表示λ₀/4的低折射率膜层，H表示λ₀/4的高折射率膜层，λ₀表示该等信道之中心波长。

Description

具有四个信道的CWDM滤光片

技术领域

本发明关于一种滤光片，尤其是一种适用于粗波分多任务系统(CWDM；Coarse Wavelength Division Multiplex)、同时具有四个信道的CWDM滤光片。

背景技术

光滤波器，或者称滤光器(optical filter)是一种波长选择器件，在光纤通信系统和光传感器系统中有着重要应用。光滤波器分为无源和有源两大类型，无源光滤波器的基础是棱镜、衍射光栅和光谱(频率)滤波器；而有源光滤波器是无源器件和可调谐检波器的组合，每个检波器调谐到一个特定的频率。

无源光滤波器中有一种干涉膜型滤光器，其采用高、低折射率的材料以预先设计的厚度(通常为λ/4)沉积在玻璃等材质制成的基片上，以达到要求的波长响应特性。通常，介质膜干涉滤光器由每层厚度为λ/4的高折射率和低折射率的薄膜交叠制成，高折射率层内反射的光线的相位不会偏移，而低折射率层内反射的光线的相位则会偏移180°。由于光线行程的差异(2*λ/4的倍数)，逐次的反射光线在前面重叠复合，产生狭窄波长范围内的高强度反射光束，而在此波长范围以外的输出波长则会突然减小。这类滤光器可用作高通滤光器、低通滤光器或高反射层。而且，由于其光学特性取决于光学膜的反射、透射特性，其光学膜一般镀制成带通滤光片(band-passfilter)、低通或高通滤光片(low pass filter or high pass filter)或带止滤光片(band reject filter)。

图2所示为现有技术的四信道CWDM滤光片。此四信道CWDM滤光片的整体膜层结构为：N₀/L(HLH)4L(HLH)L(HLH)2L(HLH)L(HLHLH)2L(HLHLH)L(HLH)4L(HLH)L(HLHLH)2L(HLHLH)L(HLH)4L(HLH)L(HLHLH)2L(HLHLH)L(HLH)4L(HLH)L(HLHLH)2L(HLHLH)L(HLH)4L(HLH)L(HLHLH)2L(HLHLH)L(HLH)4L(HLH)L(HLHLH)2L(HLHLH)L(HLH)2L(HLH)L(HLH)4L(HLH)/N_s；其中，N_S表示基板折射率1.658，N₀表示空气，L表示λ₀/4的低折射率膜层，H表示λ₀/4的高折射率膜层，λ₀表示该等信道的中心波长。如图2所示，从左边开始起算其第67层和第87层皆为耦合层，且分别为一倍四分之一中心波长膜厚的低折射率膜层。

相应的光谱特性图请参考图3所示。此现有技术的四信道CWDM滤光片中，由于第67层和第87层的耦合层的膜厚都只设为一倍四分的一中心波长。然而，该CWDM滤光片在1500-1505nm和1575-1580nm两个波段通带的噪声的光透射率较大因而产生较大的干扰波纹(ripple)，使光透射率下降。以一般的设计，会在整体膜层结构的最后两层以非四分之一中心波长的膜厚进行所谓的优化。但是，堆叠非四分之一中心波长的膜厚却是较为复杂的制程。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种适用于粗波分多任务系统(CWDM；coarse wavelength division multiplex)、同时具有四个信道的CWDM滤光片，其可降低CWDM组装上整体的损失。

本发明的技术要点是：提供一种多信道CWDM滤光片，包括基板与N个堆叠结构，其中N为不小于2的奇数，每一堆叠结构自基板侧包括一个法布里-珀罗谐振腔结构与一个耦合层。

每一堆叠结构自基板侧包括一第一膜堆、一空间层、一第二膜堆与一耦合层；且相对于空间层，第一膜堆与第二膜堆系对称设置。其中，空间层为kL，k为大于等于2的正整数，最好为正偶数，L表示λ₀/4的低折射率膜层，λ₀表示该等信道之中心波长。

并且，其第[(N+1)/2-1]堆叠结构的耦合层与第[(N+1)/2+1]堆叠结构的耦合层皆为(2n+1)L，n为正整数，L表示λ₀/4的低折射率膜层，λ₀表示该等信道之中心波长。

每一法布里-珀罗谐振腔结构自基板侧依序为H(LH)^akL(HL)^aH，且a为正整数，k为不小于2的整数，L表示λ₀/4的低折射率膜层，H表示λ₀/4的高折射率膜层，λ₀表示该等信道之中心波长。其中，第一膜堆为H(LH)^a，且第二膜堆为(HL)^aH。

其余堆叠结构的耦合层为L，L表示λ₀/4的低折射率膜层，λ₀表示该等信道之中心波长。

当本发明多信道CWDM滤光片提供1510nm、1530nm、1550nm与1570nm四个信道时，自基板侧的法布里-珀罗谐振腔结构依序为HLH4LHLH、HLH2LHLH、H(LH)²2L(HL)²H、HLH4LHLH、H(LH)²2L(HL)²H、HLH4LHLH、H(LH)²2L(HL)²H、HLH4LHLH、H(LH)²2L(HL)²H、HLH4LHLH、H(LH)²2L(HL)²H、HLH4LHLH、H(LH)²2L(HL)²H、HLH2LHLH、HLH4LHLH。

本发明多信道CWDM滤光片的中心波长λ₀为1540nm。另外，自基板侧的耦合层依序为L、L、L、L、L、L、3L、L、3L、L、L、L、L、L、L。

本发明具有四个光信道的CWDM滤光片的膜层设计技巧在于：采用了奇数倍的四分之一中心波长的低折射率匹配层(couplinglayer)，以减小通带所产生的波纹(Ripple)、进而提升整个滤光片的光透射率，从而可降低组装完成后的CWDM上整体的损失。

附图说明

图1是本发明具有四个信道的CWDM滤光片的膜层结构示意图；

图2是一现有技术CWDM滤光片的整体膜层结构与对应光透率关系示意图；

图3是图2对应的光谱特性图；

图4是本发明具有四个信道的CWDM滤光片的整体膜层结构与对应光透率关系示意图；及

图5是本发明CWDM滤光片的光谱特性图。

具体实施方式

现结合说明书附图，对本发明具有四个信道的CWDM(coarsewavelength division multiplex)滤光片1作进一步详细说明。

如图1所示，本发明的具有四个信道的CWDM滤光片1，包括基板10与N个堆叠结构40；其中N为不小于2的奇数。每一堆叠结构自基板侧包括一第一膜堆21、一空间层(spacer layer)25、一第二膜堆22与一耦合层30。因此，上述第一膜堆21、空间层25及第二膜堆22构成法布里-珀罗谐振腔(Fabry-Perot Cavity)结构20。而且相对于空间层25，第一膜堆21与第二膜堆22为对称设置。其中，空间层25为kL，k为大于等于2的正整数，最好为正偶数。

参考图1与图4，第[(N+1)/2-1]堆叠结构40’的耦合层30’与第[(N+1)/2+1]堆叠结构40”的耦合层30”皆为(2n+1)L，n为正整数，L表示λ₀/4的低折射率膜层，λ₀表示该等信道之中心波长。而其余堆叠结构的耦合层30为L，L表示λ₀/4的低折射率膜层，λ₀表示该等信道之中心波长。

每一法布里-珀罗谐振腔结构自基板10侧依序为H(LH)^akL(HL)^aH，且a为正整数，k为不小于2的整数，L表示λ₀/4的低折射率膜层，H表示λ₀/4的高折射率膜层，λ₀表示本发明各信道的中心波长。其中，第一膜堆可表达为H(LH)^a，且第二膜堆可表达为(HL)^aH。

当本发明多信道CWDM滤光片1提供1510nm、1530nm、1550nm与1570nm四个信道时，自基板10一侧的法布里—珀罗谐振腔结构依序可表达为HLH4LHLH、HLH2LHLH、H(LH)²2L(HL)²H、HLH4LHLH、H(LH)²2L(HL)²H、HLH4LHLH、H(LH)²2L(HL)²H、HLH4LHLH、H(LH)²2L(HL)²H、HLH4LHLH、H(LH)²2L(HL)²H、HLH4LHLH、H(LH)²2L(HL)²H、HLH2LHLH、HLH4LHLH。

本发明CWDM滤光片1采用多个(可以是15个)四分之一中心波长膜厚的法布里-珀罗谐振腔膜堆20堆叠而成，同时具有1510nm、1530nm、1550nm和1570nm四个光信道。本发明CWDM滤光片的中心波长位于所述四个光信道的中心点λ₀，为1540nm；且所有膜层的膜厚皆为四分之一的中心波长λ₀。

其中，各空间层30系采用四分之一中心波长λ₀膜厚的膜层；每个法布里-珀罗谐振腔膜堆20分别由两个单数或偶数层的多层膜(stack)组成，且法布里-珀罗谐振腔膜堆20的耦合层(spacer layer)25则采用奇数倍的四分之一中心波长的低折射率膜层。

而分别位于第67和87层的耦合层30可为(2n+1)倍四分之一中心波长λ₀膜厚的低折射率膜层。本发明中，最好采用三倍的四分之一中心波长膜厚的低折射率膜层。

本发明的玻璃基板10的表面抛光直径为90mm，厚度为10mm；峰值透过率大于90％；带通为1502nm-1578nm。前述低折射率膜层可采用氧化硅材质，而高折射率膜层则采用氧化钽材质，基板为氧化硅、钡、锂、钠等元素所组成。其中，低折射率膜层的折射率为1.44高折射率膜层的折射率为2.1-2.5。

如图4所示为本发明的具体实施例。该图中，从左边开始起算为本发明的第一层膜层，其第67层和第87层亦为耦合层，且分别为三倍四分之一中心波长膜厚的低折射率膜层。图5为该实施例对应的光谱特性图，从图5中可以看出，该实施例中在1500-1505nm和1575-1580nm两个波段通带的噪声波纹已经被消除，从而使滤光片1的整体光透射率得以提升。

综上所述，本发明的一个关键技术点就在于：其连结法布里-珀罗谐振腔膜堆与法布里-珀罗谐振腔膜堆之间的匹配层30采用奇数倍的四分之一中心波长的膜厚，以减小通带所产生的波纹，进而提升滤光片1的整体光透射率。这样，整个设计完全不采用非四分之一波长的膜厚，使得相应的生产制程得以简化，从而得以降低相应的生产成本。

本发明具有四个光信道的CWDM滤光片1的膜层设计技巧系在于，采用了奇数倍的四分之一中心波长的低折射率空间层(couplinglayer)，以减小通带所产生的波纹(Ripple)、进而提升整个滤光片的光透射率，从而可降低组装完成后的CWDM上整体的损失。

Claims

1、一种多信道CWDM滤光片，包括基板与N个堆叠结构，其中N为不小于2的奇数，每一堆叠结构自基板侧包括一法布里—珀罗谐振腔结构与一耦合层，其特征在于：

第[(N+1)/2-1]堆叠结构的耦合层与第[(N+1)/2+1]堆叠结构的耦合层皆为(2n+1)L，n为正整数，L表示λ0/4的低折射率膜层，λ0表示其信道的中心波长。

2、如权利要求1所述的多信道CWDM滤光片，其中：每一法布里—珀罗谐振腔结构自基板侧依序为H(LH)^akL(HL)^aH，且a为正整数，k为不小于2的整数，L表示λ₀/4的低折射率膜层，H表示λ₀/4的高折射率膜层，λ₀表示其信道的中心波长。

3、如权利要求2所述的多信道CWDM滤光片，其中：剩余堆叠结构的耦合层为L，L表示λ₀/4的低折射率膜层，λ₀表示其信道的中心波长。

4、如权利要求2所述的多信道CWDM滤光片，其中k最好为不小于2的偶数。

5、如权利要求2所述的多信道CWDM滤光片，其中：当提供1510nm、1530nm、1550nm与1570nm四个信道时，自基板侧的法布里—珀罗谐振腔结构依序为HLH4LHLH、HLH2LHLH、H(LH)²2L(HL)²H、HLH4LHLH、H(LH)²2L(HL)²H、HLH4LHLH、H(LH)²2L(HL)²H、HLH4LHLH、H(LH)²2L(HL)²H、HLH4LHLH、H(LH)²2L(HL)²H、HLH4LHLH、H(LH)²2L(HL)²H、HLH2LHLH、HLH4LHLH，且λ₀为1540nm。

6、如权利要求5所述的多信道CWDM滤光片，其中：自基板侧的耦合层依序为L、L、L、L、L、L、3L、L、3L、L、L、L、L、L、L。

7、一种多信道CWDM滤光片，包括基板与N个堆叠结构，其中N为不小于2的奇数，每一堆叠结构自基板侧包括一第一膜堆、一空间层、一第二膜堆与一耦合层，其特征在于：

第[(N+1)/2-1]堆叠结构的耦合层与第[(N+1)/2+1]堆叠结构的耦合层皆为(2n+1)L，n为正整数，L表示λ₀/4的低折射率膜层，λ₀表示其信道的中心波长。

8、如权利要求7所述的多信道CWDM滤光片，其中相对于空间层，第一膜堆与第二膜堆为对称设置。

9、如权利要求8所述的多信道CWDM滤光片，其中第一膜堆为H(LH)^a，且第二膜堆为(HL)^aH，其中a为正整数，L表示λ₀/4的低折射率膜层，H表示λ₀/4的高折射率膜层，λ₀表示其信道的中心波长。

10、如权利要求9所述的多信道CWDM滤光片，其中空间层为kL，k为大于等于2的正整数。

11、如权利要求10所述的多信道CWDM滤光片，其中k最好为正偶数。

12、如权利要求7所述的多信道CWDM滤光片，其中：剩余堆叠结构的耦合层为L，L表示λ₀/4的低折射率膜层，λ₀表示该等信道之中心波长。

13、如权利要求11所述的多信道CWDM滤光片，其中：当提供1510nm、1530nm、1550nm与1570nm四个信道时，自基板侧的每一堆叠结构依序为[HLH、4L、HLH、L]、[HLH、2L、HLH、L]、[H(LH)²、2L、(HL)²H、L]、[HLH、4L、HLH、L]、[H(LH)²、2L、(HL)²H、L]、[HLH、4L、HLH、L]、[H(LH)²、2L、(HL)²H、3L]、[HLH、4L、HLH、L]、[H(LH)²、2L、(HL)²H、3L]、[HLH、4L、HLH、L]、[H(LH)²、2L、(HL)²H、L]、[HLH、4L、HLH、L]、[H(LH)³、2L、(HL)²H、L]、[HLH、2L、HLH、L]、[HLH、4L、HLH、L]，且λ₀为1540nm。

14、一种四信道CWDM滤光片，四信道为1510nm、1530nm、1550nm与1570nm，其包括基板与奇数个堆叠结构，每一堆叠结构自基板侧包括一第一膜堆、一空间层、一第二膜堆与一耦合层，其特征在于：

第[(N+1)/2-1]堆叠结构之耦合层与第[(N+1)/2+1]堆叠结构之耦合层皆为(2n+1)L，n为正整数，L表示λ₀/4的低折射率膜层，λ₀表示四信道之中心波长1540nm。

15、如权利要求14所述的四信道CWDM滤光片，其中相对于空间层，第一膜堆与第二膜堆是对称设置的。

16、如权利要求15所述的四信道CWDM滤光片，其中第一膜堆为H(LH)^a，且第二膜堆为(HL)^aH，其中a为正整数，L表示λ₀/4的低折射率膜层，H表示λ₀/4的高折射率膜层，λ₀表示其信道的中心波长1540nm。

17、如权利要求16所述的四信道CWDM滤光片，其中空间层为kL，k为大于等于2的正整数。

18、如权利要求17所述的四信道CWDM滤光片，其中k最好为正偶数。

19、如权利要求14所述的四信道CWDM滤光片，其中：剩余堆叠结构的耦合层为L，L表示λ₀/4的低折射率膜层，λ₀表示其信道的中心波长1540nm。

20、如权利要求18所述的四信道CWDM滤光片，其中：自基板侧的每一堆叠结构依序为[HLH、4L、HLH、L]、[HLH、2L、HLH、L]、[H(LH)2、2L、(HL)2H、L]、[HLH、4L、HLH、L]、[H(LH)2、2L、(HL)2H、L]、[HLH、4L、HLH、L]、[H(LH)2、2L、(HL)2H、3L]、[HLH、4L、HLH、L]、[H(LH)2、2L、(HL)2H、3L]、[HLH、4L、HLH、L]、[H(LH)2、2L、(HL)2H、L]、[HLH、4L、HLH、L]、[H(LH)2、2L、(HL)2H、L]、[HLH、2L、HLH、L]、[HLH、4L、HLH、L]。