用于密集波分復(fù)用的可堆疊窄帶濾波器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于密集波分復(fù)用的可堆疊窄帶濾波器。平面平行光學(xué)窗口是在用于DWDM應(yīng)用的堆疊中的單腔濾波器的隔離器。在光學(xué)窗口的每側(cè)上沉積高度反射的四分之一波堆疊并且如此獲得的單腔濾波器被切割以產(chǎn)生多個濾波器。從該光學(xué)窗口如此制造的每個單腔濾波器具有相同的透射波長并且因此對于DWDM應(yīng)用容易地可堆疊。替代地，在單側(cè)上涂敷具有等于單腔濾波器的隔離器所需的一半的厚度的光學(xué)窗口。該窗口然后被劃分為多個可以通過使其光學(xué)接觸而成對地組合的相同的部件，以便形成具有相同的透射峰值波長的單獨的單腔濾波器。濾波器的透射峰值可以通過控制固體隔離器材料的溫度來精細調(diào)諧。
【專利說明】用于密集波分復(fù)用的可堆疊窄帶濾波器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電信的一般領(lǐng)域，并且具體地說，涉及在用于電信的密集波分復(fù)用(DffDM)中使用的多層薄膜光學(xué)濾波器。
【背景技術(shù)】
[0002]在光通信中，一條光纖可以承載許多通信信道，其中，每一個信道具有其本身的載波頻率。不同頻率的光通過在本領(lǐng)域中稱為復(fù)用器(“復(fù)用(mux)”)的裝置被合并到光纖內(nèi)，并且之后通過被稱為解復(fù)用器(“解復(fù)用(de-mux)”)的裝置被分離到不同的端口內(nèi)。復(fù)用和解復(fù)用裝置通常利用諸如薄膜濾波器的技術(shù)來隔離感興趣的波長；在電信中，這些是被國際通信聯(lián)盟ITU電網(wǎng)設(shè)定的頻率。
[0003]通常使用的光纖基于所謂的法布里一珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的結(jié)構(gòu)，該法布里一珀羅標(biāo)準(zhǔn)具通常由具有兩個反射表面的透明隔離器構(gòu)成。該隔離器限定了標(biāo)準(zhǔn)具的腔。對于電信應(yīng)用，隔離器是具有被調(diào)諧到感興趣的透射峰值波長的半波光學(xué)厚度的電介質(zhì)材料的薄層，并且反射表面是具有峰值在設(shè)計波長處的寬帶反射率的四分之一波堆疊。以連續(xù)的沉積步驟來制作四分之一波堆疊和其間的電介質(zhì)隔離器，并且兩個或更多的這樣的濾波器可以通過所謂的虛設(shè)層分離地而被沉積在彼此的頂部，以形成多腔濾波器。
[0004]圖1示出了腔的數(shù)量對于具有IOnm FffHM的通常干涉濾波器的通帶形狀的影響。
以FWHM單位從中心波長的偏離 是.V =)。應(yīng)注意:實際的FWHM在每種情況下不同。


r π IIM
如圖1中所示，增大腔的數(shù)量對于具有用于電信應(yīng)用的期望特性的通帶形狀具有顯著的影響。帶斜率越陸，近帶阻(near-band rejection)提高,并且通帶峰值越平坦,接近正方形。因此，通常在每一個光學(xué)電信濾波器中使用至少兩個法布里一珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的堆疊。
[0005]在理論上，只要每一個半波堆疊隔離器的光學(xué)厚度和相位是相同的，則每一個腔的透射波長將是相同的。然而，因為每一個標(biāo)準(zhǔn)具結(jié)構(gòu)的透射峰值波長對于在隔離器和反射表面的結(jié)構(gòu)上的微小差別敏感，所以堆疊的標(biāo)準(zhǔn)具的通帶峰值不總是對準(zhǔn)，并且作為結(jié)果的雙色濾波器經(jīng)常不適于電信應(yīng)用。當(dāng)前，在密集波分復(fù)用(DWDM)濾波器中使用的法布里一珀羅干涉儀的隔離器僅有幾個微米厚，但是對于一些應(yīng)用，需要隔離器更大。因為作為結(jié)果的結(jié)構(gòu)不均勻和伴隨的透射率差別，用于制造這樣的更厚隔離器濾波器的傳統(tǒng)沉積方法不起作用。因此，繼續(xù)需要一種用于制造這樣的可堆疊濾波器的經(jīng)濟和實用的方法，并且本發(fā)明提供了一種克服了這些問題的替代的濾波器結(jié)構(gòu)和其制造方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明在于如下思想:使用平面平行光學(xué)窗口而不是具有反射涂層的沉積的電介質(zhì)材料來作為在用于DWDM應(yīng)用的堆疊中的每一個濾波器的隔離器。在最簡單的實施例中，該光學(xué)窗口具有半波厚度，并且在其拋光側(cè)的每一個上沉積高度反射的四分之一波堆疊。該光學(xué)窗口具有比簡單濾波器大得多的面積，由此獲得大的涂敷光學(xué)窗口，從其可以產(chǎn)生許多單腔濾波器。因為作為結(jié)果的半波隔離器在整個窗口區(qū)域上具有相同的厚度，并且在相同的條件下貫穿各處執(zhí)行四分之一波堆疊沉積處理，所以從光學(xué)窗口制造的每一個單腔具有在感興趣的范圍內(nèi)的相同的透射波長，并且因此對于DWDM應(yīng)用容易地可堆疊。
[0007]在本發(fā)明的另一個實施例中，該光學(xué)窗口被選擇具有等于半波板所需的一半的厚度，并且在單側(cè)上被涂敷有四分之一波堆疊反射器。因為單沉積步驟，而不是用于涂敷光學(xué)窗口的兩側(cè)所需的兩個步驟，這進一步消除了在涂敷板的結(jié)構(gòu)中的非同質(zhì)的機會。該窗口然后被劃分為多個相同部件，該多個相同部件可以通過將它們光學(xué)接觸而被成對地組合，以便形成具有作為結(jié)果的半波隔離器和相同的透射波長的單獨的單腔濾波器。這些濾波器有益地類似地可堆疊以用于DWDM應(yīng)用。
[0008]在本發(fā)明的任一實施例中，優(yōu)選地使用對熱變化光學(xué)敏感的材料來制作該堆疊，使得該透射峰值可以由耦合到濾波器的溫度控制系統(tǒng)維持在期望的設(shè)定點?？梢砸詡鹘y(tǒng)反饋控制方式來使用加熱器、用于該加熱器的能量源、用于測量濾波器溫度的熱敏電阻、和處理器/控制器，來將該濾波器的透射波長調(diào)諧和維持在期望波長處。
[0009]通過在隨后的說明書中的本發(fā)明的說明和在所附的權(quán)利要求中具體指出的新穎特征，各種其他優(yōu)點將變得清楚。因此，為了實現(xiàn)如上所述的目的，本發(fā)明由在以下附圖中圖示、在優(yōu)選實施例的詳細說明中充分說明并且在權(quán)利要求中具體指出的特征構(gòu)成。然而，這樣的附圖和說明僅公開了可以實施本發(fā)明的各種方式的僅一些。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1圖示堆疊相同的薄膜濾波器對于通過其相對于中心波長的偏離而以半最大值全寬度(FffHM)為單位量度的標(biāo)準(zhǔn)化的透射率的形狀的影響。
[0011]圖2是通過在透明襯底上依序沉積反射涂層、電介質(zhì)隔離器和另一個反射涂層而制造的傳統(tǒng)法布里-珀羅薄膜濾波器的示意截面。
[0012]圖3是通過在光學(xué)窗口的兩側(cè)上沉積反射涂層而根據(jù)本發(fā)明制造的法布里-珀羅濾波器的示意截面。
[0013]圖4是通過在光學(xué)窗口的單側(cè)上沉積反射涂層并且隨后組合兩個分割的部件以形成濾波器的標(biāo)準(zhǔn)具隔離器而根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例制造的法布里-珀羅濾波器的示意截面。
[0014]圖5圖示通過虛設(shè)層耦合的、如圖3或圖4中所示的濾波器的雙腔堆疊。
[0015]圖6A、6B和6C圖示適合于制造具有虛設(shè)層的雙腔堆疊或三腔堆疊的單腔結(jié)構(gòu)。
[0016]圖7A、7B和7C圖示適合于制造具有虛設(shè)層的雙腔堆疊或三腔堆疊的另一個單腔結(jié)構(gòu)。
[0017]圖8是在本發(fā)明的處理的一個實施例中涉及的步驟的流程圖。
[0018]圖9是在本發(fā)明的處理的另一個實施例中涉及的步驟的流程圖。
[0019]圖10是根據(jù)本發(fā)明的濾波器的示意性表示，其中固體隔離器與用于精細調(diào)諧并維持濾波器的透射波長峰值的溫度控制系統(tǒng)耦合。
【具體實施方式】
[0020]參見附圖，其中，使用相似的標(biāo)號和符號貫穿各處指定相似的部分。圖2示意地圖示通過依序沉積各個層而制造的傳統(tǒng)薄膜濾波器10的結(jié)構(gòu)部件。四分之一波反射器涂層12首先沉積在透明襯底14上，然后沉積半波電介質(zhì)隔離器層16，然后沉積另一個四分之一波反射器層12。(本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員可以認識到，隔離器層和反射器涂層的相對厚度未按照比例示出，而是為了更容易圖示和清楚，對于反射器堆疊夸大該相對厚度)當(dāng)產(chǎn)生多腔濾波器時，在腔之間沉積虛設(shè)層后重復(fù)這個沉積序列，這可以導(dǎo)致因為在各個制作階段期間在沉積條件上的不良和變化而在堆疊的腔中的小差別。結(jié)果，堆疊的標(biāo)準(zhǔn)具的通帶峰值可能未對準(zhǔn)，并且濾波器不適合于電信應(yīng)用。
[0021]與此相比，圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的制造的濾波器20的結(jié)構(gòu)。由體電介質(zhì)材料制成的平面平行光學(xué)窗口 22替換傳統(tǒng)上通過在第一反射器層12上沉積而形成的半波電介質(zhì)隔離器層16。相反，直接地在光學(xué)窗口 22的每側(cè)上沉積四分之一波堆疊12，由此產(chǎn)生完整的單腔濾波器。如果光學(xué)窗口比濾波器所需的大小(面積)寬得多，則可以將如此產(chǎn)生的單腔分割以獲得許多大體相同的單腔濾波器。因為光學(xué)窗口平行并且被調(diào)整大小以得到半波光學(xué)隔離器，所以它在整個窗口區(qū)域上具有相同厚度，并且從其獲得的每一個單腔濾波器具有相同的透射波長。應(yīng)注意，實際上，根據(jù)濾波器的FSR，透射特性是周期性的并且是重復(fù)的，但是為了電信目的，感興趣的是單個透射峰值波長；因此，為了簡化，在此僅涉及該波長。
[0022]可以通過涂敷光學(xué)窗口 30的單側(cè)以產(chǎn)生用于半波濾波器標(biāo)準(zhǔn)具的中間結(jié)構(gòu)32來獲得可比較的結(jié)果。兩個這樣的結(jié)構(gòu)32可以沿著它們的未涂敷的表面34接合在一起，并且然后按照需要被切割以制造給定較小大小的濾波器，如圖4中所示。替代地，涂敷的光學(xué)窗口 20可以首先被切割，并且然后來自相同窗口的兩個部分被接合在一起以得到單腔濾波器。
[0023]當(dāng)法布里-珀羅干涉儀的隔離器相對厚(例如，50微米)時，它變得對通過沉積來制造它是不實用和不經(jīng)濟的，因為沉積時間的長度和非常厚的沉積膜變差的質(zhì)量。插入損失變得比相同厚度的體材料大得多。例如，如在下面對于自由光譜范圍(FSR)=400GHz的表格中所示，隔離器厚度對于硅是107 μ m,并且對于BK7玻璃是250 μ m。因此，使用光學(xué)窗口作為隔離器具有很大的優(yōu)點。不需要長的沉積處理，并且隔離器自動地貫穿各處具有與窗口的體材料相同的均勻?qū)傩浴?br> [0024]基于FSR的BK7玻璃和硅隔離器厚度
[0025]BK7
[0026]
【權(quán)利要求】
1.一種制作用于電信應(yīng)用的多腔濾波器的方法，包括步驟: 選擇具有適合于所述應(yīng)用的厚度的平面平行光學(xué)窗口； 將光學(xué)窗口的兩側(cè)涂敷有四分之一波反射器堆疊，以產(chǎn)生單腔濾波器結(jié)構(gòu)； 將所述單腔濾波器結(jié)構(gòu)切割為多個單獨的單腔濾波器；以及 組合兩個或更多個所述單腔濾波器以產(chǎn)生多腔濾波器堆疊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述平面平行光學(xué)窗口的所述厚度對應(yīng)于半波隔離器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在組合兩個或更多個所述單腔濾波器以產(chǎn)生多腔濾波器堆疊的所述步驟之前，所述單腔濾波器結(jié)構(gòu)的至少一側(cè)被進一步涂敷有涂層以形成虛設(shè)層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述平面平行光學(xué)窗口的所述厚度對應(yīng)于半波隔離器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括步驟:在所述涂敷步驟之前拋光所述光學(xué)窗口的所述側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述平面平行光學(xué)窗口的所述厚度對應(yīng)于半波隔離器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括步驟:在所述涂敷步驟之前拋光所述光學(xué)窗口的所述側(cè)；并且其中，在組合兩個或更多個所述單腔濾波器以產(chǎn)生多腔濾波器堆疊的所述步驟之前，所述單腔濾波器結(jié)構(gòu)的至少一側(cè)被進一步涂敷有涂層以形成虛設(shè)層；并且其中，所述平面平行光學(xué)窗口`的所述厚度對應(yīng)于半波隔離器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述光學(xué)窗口包括光學(xué)熱敏感材料，所述方法進一步包括步驟:控制所述材料的溫度，以使得所述濾波器以預(yù)定透射峰值操作。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述材料是硅。
10.一種制作用于電信應(yīng)用的多腔濾波器的方法，包括步驟: 選擇具有適合于所述應(yīng)用的厚度的一半的平面平行光學(xué)窗口； 將光學(xué)窗口的一側(cè)涂敷有四分之一波反射器堆疊； 將如此涂敷的所述光學(xué)窗口劃分為兩個或更多個部件； 將兩個所述部件沿著其未涂敷側(cè)接合，以產(chǎn)生單腔濾波器結(jié)構(gòu)； 將所述單腔濾波器結(jié)構(gòu)切割為多個單獨的單腔濾波器；以及 組合兩個或更多個所述單腔濾波器以產(chǎn)生多腔濾波器堆疊。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述平面平行光學(xué)窗口的所述厚度對應(yīng)于半波隔離器的厚度的一半。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，在組合兩個或更多個所述單腔濾波器以產(chǎn)生多腔濾波器堆疊的所述步驟之前，所述單腔濾波器結(jié)構(gòu)的至少一側(cè)被進一步涂敷有涂層以形成虛設(shè)層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述平面平行光學(xué)窗口的所述厚度對應(yīng)于半波隔離器的厚度的一半。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進一步包括步驟:在所述涂敷和接合步驟之前拋光所述光學(xué)窗口的所述側(cè)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述平面平行光學(xué)窗口的所述厚度對應(yīng)于半波隔離器的厚度的一半。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進一步包括步驟:在所述涂敷步驟之前拋光所述光學(xué)窗口的所述側(cè)；并且其中，在組合兩個或更多個所述單腔濾波器以產(chǎn)生多腔濾波器堆疊的所述步驟之前，所述單腔濾波器結(jié)構(gòu)的至少一側(cè)被進一步涂敷有涂層以形成虛設(shè)層；并且其中，所述平面平行光學(xué)窗口的所述厚度對應(yīng)于半波隔離器。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法,其中所述光學(xué)窗口包括光學(xué)熱敏感材料,所述方法進一步包括步驟:控制所述材料的溫度，以使得所述濾波器以預(yù)定透射峰值操作。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述材料是硅。
19.一種制作用于電信應(yīng)用的多腔濾波器的方法，包括步驟: 選擇具有適合于所述應(yīng)用的厚度的一半的平面平行光學(xué)窗口； 將光學(xué)窗口的一側(cè)涂敷有四分之一波反射器堆疊； 將如此涂敷的所述光學(xué)窗口分割為多個單獨結(jié)構(gòu)； 將所述單獨結(jié)構(gòu)的對沿著其未涂敷側(cè)接合，以產(chǎn)生多個單腔濾波器； 組合兩個或更多個所述單腔濾波器以產(chǎn)生多腔濾波器堆疊。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述平面平行光學(xué)窗口的所述厚度對應(yīng)于半波隔離器的厚度的一半。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，在所述切割步驟之前，所述四分之一波反射器堆疊被進一步涂敷有涂層以形成虛設(shè)層。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述平面平行光學(xué)窗口的所述厚度對應(yīng)于半波隔離器的厚度的一半。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，進一步包括步驟:在所述涂敷和接合步驟之前拋光所述光學(xué)窗口的所述側(cè)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述平面平行光學(xué)窗口的所述厚度對應(yīng)于半波隔離器的厚度的一半。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，進一步包括步驟:在所述涂敷和接合步驟之前拋光所述光學(xué)窗口的所述側(cè)；并且在所述切割步驟之前，所述四分之一波反射器堆疊被進一步涂敷有涂層以形成虛設(shè)層；并且其中，所述平面平行光學(xué)窗口的所述厚度對應(yīng)于半波隔離器的厚度的一半。
26.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法,其中所述光學(xué)窗口包括光學(xué)熱敏感材料,所述方法進一步包括步驟:控制所述材料的溫度，以使得所述濾波器以預(yù)定透射峰值操作。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述材料是硅。
28.一種通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法產(chǎn)生的多腔濾波器。
29.一種通過根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法產(chǎn)生的半波濾波器堆疊。
30.一種通過根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法產(chǎn)生的多腔濾波器。
31.一種通過根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法產(chǎn)生的多腔濾波器。
32.—種通過根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法產(chǎn)生的半波濾波器堆疊。
33.一種通過根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法產(chǎn)生的多腔濾波器堆疊。
34.一種通過根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法產(chǎn)生的多腔濾波器。
35.一種通過根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法產(chǎn)生的半波濾波器堆疊。
36.一種通過根據(jù)權(quán)利要求26所述 的方法產(chǎn)生的多腔濾波器堆疊。
【文檔編號】G02B5/28GK103777265SQ201310364929
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月25日
【發(fā)明者】宋達元, 謝永杰 申請人:捷迅光電有限公司