CN1601949B - 一种介质膜型密集波分复用器滤波器 - Google Patents
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Abstract
一种介质膜型密集波分复用滤波器，其结构为：Sub/(HL)N1H8L(HL) 8HL(HL)N2H6L(HL)9HL(HL)9H4L(HL)9HL(HL)8H2L(HL) 8H0.404H1.21L/Air，式中H是五氧化二钽Ta2O5，L是二氧化硅SiO2，介质膜膜层系数N1＝8～11，N2＝9～11；本发明的另一种结构为：Sub/(HL) N3H6L(HL)8HL(HL)9H6L(HL)N4HL(HL)9H4L(HL)9HL(HL)8H2L(HL)8H0.404H1.21L/Air，式中H是Ta2O5五氧化二钽，L是二氧化硅SiO2，其中介质膜膜层系数N3＝8～12，N4＝9～11。本发明通过对介质膜型密集波分复用器滤波器进行合理的结构设计，及正确地控制膜层厚度，为信道间隔为50GHz的波分复用器提供了一种性能优良的滤波器，同时降低了通信成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种密集波分复用器滤波器，尤其涉及一种介质膜型密集波分复用器滤波器结构的改进。
背景技术
密集波分复用器件是波分复用系统的核心部件，其特性好坏在很大程度上决定了整个系统的性能。根据制造方法不同，密集波分复用器件可分成几种类型，介质膜型密集波分复用器是其中一种。这种类型的密集波分复用器利用多层膜的滤光作用进行复用和解复用，因此介质薄膜滤波器是其最基本的元件。滤波器的通带和阻带宽度决定了复用信道的波长范围，即影响最小通道间隔，而最小通道间隔是决定密集波分系统的最大复用路数的重要影响因素。原则上讲，密集波分复用系统允许的复用数越高，通信成本越低。因此，制作性能优良的宽带滤波器，对于提高波分复用系统的复用数，显得异常重要。
现有技术中，有各种方法制作的介质膜型波分复用滤波器，如《全光网络》(张宝富等，人民邮电出版社，2000.1)公开的一种多层介质膜型波分复用器，是利用两个折射率呈渐变型分布的棒透镜构成一个平行光路，在平行光路的两个1/4节距的棒透镜之内插入分光介质膜，构成滤波器。这种滤波器为初级波分复用器，只能实现200GHZ以下的间隔宽度。在100GHZ和200GHZ波分复用滤光片结构设计中，多采用三腔滤光片。如象设计Sub/(HL)6H6L(HL)144L(LH)146L(HL)6H/air，光谱特性件附图7。其光谱滤光通带范围内存在波纹，即通常所说的兔子耳朵效应，同时该种设计截止波长区与通带区的过渡部分陡度不够，影响不同信号隔离度(存在信号串绕)。另外，亦可以利用光周期光栅、布拉格光栅构成宽带滤波器，布拉格光栅结构密集波分复用器目前正处于实验室研究阶段，还不能实用和产业化。然而，由于需要充分利用现有电缆减小通带间隔，增加复用数，因此制作性能优良的波分复用器的宽带滤波器越来越困难。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种可以增加通道数、宽带且性能优良的介质膜型密集波分复用器滤波器。
本发明的技术解决方案之一是：一种介质膜型密集波分复用滤波器，其结构为：
Sub/(HL)N1H8L(HL)8HL(HL)N2H6L(HL)9HL(HL)9H4L(HL)9HL(HL)8H2L(HL)8H0.404H1.21L/Air
式中，Sub为基板材料，Air为入射介质空气，介质膜膜层系数N1＝8～11，N2＝9～11，H是Ta2O5(五氧化二钽)，L是SiO2(二氧化硅)，0.404H1.21L为靠空气一端加有的减反射膜层结构，减反射膜层材料采用了与主膜系结构相同材料，即H是五氧化二钽Ta2O5，L是二氧化硅SiO2，这两层进一步提高滤光片透射通带透过率，减小插入损耗，使通带内透射特性更加平滑。
H和L的光学厚度分别是(1/4)λ0(λ0＝1550nm)。
本发明的技术解决方案之二是：一种介质膜型密集波分复用器滤波片，其结构为；
Sub/(HL)N3H6L(HL)8HL(HL)9H6L(HL)N4HL(HL)9H4L(HL)9HL(HL)8H2L(HL)8H0.404H1.21L/Air
式中，Sub为基板材料，Air为入射介质空气，H是Ta2O5(五氧化二钽)，L是SiO2(二氧化硅)，介质膜膜层系数N3＝8～12，N4＝9～11，0.404H1.21L层为减反射膜结构，减反射膜层材料采用了与主膜系结构相同材料，即H是五氧化二钽Ta2O5，L是二氧化硅SiO2。这两层进一步提高滤光片透射通带透过率，减小插入损耗，使通带内透射特性更加平滑。
H和L的光学厚度分别是(1/4)λ0(λ0＝1550nm)。
本发明与现有技术相比具有的优点如下：
1.本发明结构为四腔，现有结构为三腔；
2.四腔滤光片具有更好的滤波通带的矩形，提高了通带效果，降低了插入损耗；
3.本发明结构加入了外层减反射膜，使滤光片透过通带平滑，消除现有结构的兔子耳朵效应。
4.通过对介质膜型密集波分复用器滤波器进行合理的结构设计，及正确地控制膜层厚度，为信道间隔为50GHz的波分复用器提供了一种性能优良的滤波器，同时降低了通信成本。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为本发明实施例1的特性曲线；
图3为本发明实施例2的结构示意图；
图4为本发明实施例2的特性曲线；
图5为本发明实施例3的结构示意图；
图6为本发明实施例3的特性曲线。
图7为现有三腔滤光片设计光谱透过率。
具体实施方式
本发明实施例1是一种全介质膜的带通滤波器，其结构如图1所示，该滤波器交替由较高折射率和较低折射率的两种介质材料组成，较高折射率介质材料H是Ta2O5(五氧化二钽)，其折射率nH＝2.05～2.06；较低折射率介质材料L是SiO2(二氧化硅)，其折射率nL＝1.46。H和L的光学厚度分别是(1/4)λ0，λ0是滤波器的中心波长，如λ0＝1550nm。该全介质滤波器基本上和具有介质反射膜的法布里-珀珞标准具相同，因此，对法布里-珀珞滤波器的分析也适用于全介质滤波器的情况，故利用法布里-珀珞滤波器特性分析公式计算出信道间隔和通带半宽度。由于简单的全介质法布里-珀珞滤光片的透射曲线并不是理想的形状，因此设计一种结构为：
Sub/(HL)8H8L(HL)8HL(HL)9H6L(HL)9HL(HL)9H4L(HL)9HL(HL)8H2L(HL)8H0.404H1.21L/Air的全介质膜滤波器，其中H是Ta2O5(五氧化二钽)，L是SiO2(二氧化硅)，N1＝8，N2＝9，通过正确控制膜层厚度，最后得到所希望的特性曲线如图2所示，其通带半宽度2Δλ＝0.72nm，相应的密集波分复用器的信道内隔Δf＝50GHz。
该滤光片用Veeco/Ion Tech.Inc公司SPECTOR镀膜机，采用离子束溅射技术，基片高速旋转，转动速度：1200转/min，膜层厚度监控用光源单色性好的激光光源，光源单色性Δλ/λ＜1/10000。光信号的信噪比优于105。所有膜层厚度采用透射方式一次监控完成。
如图3所示，本发明实施例2亦是一个全介质带通滤波器，其结构是：
Sub/(HL)11H8L(HL)8HL(HL)9H6L(HL)9HL(HL)9H4L(HL)9HL(HL)8H2L(HL)8H0.404H1.21L/Air
式中，H是Ta2O5(五氧化二钽)，L是SiO2(二氧化硅)，N1＝11，N2＝9，H和L分别具有(1/4)λ0的光学厚度，λ0是滤波器的中心波长，λ0＝1550nm。滤波器的特性曲线如图4所示，其通带半宽度2Δλ＝0.72nm，相应的密集波分复用器的信道内隔Δf＝50GHz。
该滤光片用Veeco/Ion Tech.Inc公司SPECTOR镀膜机，采用离子束溅射技术，基片高速旋转，转动速度：1200转/min，膜层厚度监控用光源单色性好的激光光源，光源单色性Δλ/λ＜1/10000。光信号的信噪比优于105。所有膜层厚度采用透射方式一次监控完成。
如图5所示，本发明实施例3的结构为：
Sub/(HL)8H6L(HL)8HL(HL)9H6L(HL)9HL(HL)9H4L(HL)9HL(HL)8H2L(HL)8H0.404H1.21L/Air
式中，H是Ta2O5(五氧化二钽)，N1＝8，N2＝9滤波器，L是SiO2(二氧化硅)，H和L的光学厚度分别是(1/4)λ0，λ0是滤波器的中心波长，滤波器的特性曲线如图6所示，通带半宽度2Δλ＝0.72nm，相应的密集波分复用器的信道内隔Δf＝50GHz。该滤光片用Veeco/Ion Tech.Inc公司SPECTOR镀膜机，采用离子束溅射技术，基片高速旋转，转动速度：1200转/min，膜层厚度监控用光源单色性好的激光光源，光源单色性Δλ/λ＜1/10000。光信号的信噪比优于105。所有膜层厚度采用透射方式一次监控完成。
Claims (4)
1.一种介质膜型密集波分复用器滤波器，其特征在于：介质膜层的结构是：
Sub/(HL)N1H8L(HL)8HL(HL)N2H6L(HL)9HL(HL)9H4L(HL)9HL(HL)8H2L(HL)8H0.404H1.21L/Air
式中，H是五氧化二钽Ta2O5，L是二氧化硅SiO2，0.404H1.21L为靠空气一端加有的减反射膜层结，Sub为基板材料，Air为入射介质空气，介质膜膜层系数N1＝8～11，N2＝9～11为对应介质膜堆周期数。
2.根据权利要求1所述的介质膜型密集波分复用器滤波器，其特征在于：所述的减反射膜层材料采用了与主膜系结构相同材料，即H是五氧化二钽Ta2O5，L是二氧化硅SiO2。
3.一种介质膜型密集波分复用器滤波器，其特征在于：介质膜层的结构是：
Sub/(HL)N3H6L(HL)8HL(HL)9H6L(HL)N4HL(HL)9H4L(HL)9HL(HL)8H2L(HL)8H0.404H1.21L/Air
式中，H是Ta2O5五氧化二钽，L是SiO2二氧化硅，0.404H1.21L为靠空气一端加有的减反射膜层结构，Sub为基板材料，Air为入射介质空气，介质膜膜层系数N1＝8～11，N2＝9～11为对应介质膜堆周期数。
4.根据权利要求3所述的介质膜型密集波分复用器滤波器，其特征在于：所述的减反射膜层材料采用了与主膜系结构相同材料，即H是五氧化二钽Ta2O5，L是二氧化硅SiO2。
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