TWI289219B - Tunable filter using nano-strain design - Google Patents

Description

1289219 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種可調光濾波器，尤指一種多層薄膜 可調光濾波器，其可用於長途通訊領域，例如高密度多工 分波器（DWDM)。 ^ 【先前技術】 一般來說，光濾波器包括一多層薄膜，其係利用光傳 播於多層結構中所産生之干涉現象，有選擇地透過入射光 或僅傳遞特定波長範圍之入射光。傳統薄膜光濾波器包括 一多層結構，該結構由不同折射率之非金屬材料經真空蒸 鍵形成於一玻璃基底。每層結構皆具有特定厚度及折射 率，由此形成對特定波長有特殊過濾作用之光濾波器。 DWDM係提高通訊系統容量所需之關鍵技術。先前之 DWDM技術中每一 DWDM通道至少需要一濾波器、一多 光纖准直裔及一單光纖准直器。通道愈多，所需濾波器數 量愈多，故，先前之DWDM系統具價格昂貴、體積大等 缺點。此外，因DWDM系統中具複數三埠裝置，系統之 機械及光學穩定性受限制。 本發明所提供之可調光濾波器能有選擇地從多波長網 路中增加或減少特定波長通道，可解決上述問題。 【發明内容】 爲克服先前技術之不足，本發明之目的在於提供一種 利用多層薄膜調節預定中心波長之可調光濾波器。 為實現上述目的，本發明提供一種可調光濾波器，其 1289219 包括一薄膜波導及一環繞該薄膜波導之圓環。於徑向外力 作用下’該圓環可向内部機械壓縮或沿該薄膜波導向外拉 伸’據此可調節該可調光濾波器之中心波長。該薄膜波導 包括一基底及形成於該基底之一多層薄膜。該多層薄膜由 高折射率層及低折射率層交替疊加而成。 【實施方式】 下面將結合附圖及實施例對本發明進行詳細說明。 請參閱第一圖，本發明提供一種多層薄膜可調光濾波 器30，其包括一薄膜波導1〇、一環繞該薄膜波導1〇之圓 環 308 〇 請參閱第二圖，薄膜波導10包括一基底102及形成於 該基底之多層薄膜綱。該基底搬係一魏璃基底。該 多層，膜104 φ高折射率層施及低折射率層1〇8彼此交 替重4:而成。每層南折射率層1〇6由高折射率光學材料或 電介質材料組成，如五氧化二叙巾2()5)。每層低折射率 層108由低折射率光學材料組成，如二氧化石夕（恥：）。 本發明之最佳實闕巾，有觸〜㈣層薄膜沈積於 璃基底102,該多層薄膜由高折射率層施及低折射率声 108彼此交替重疊而成。大部分用於光學之薄膜材料係二 機材料，包括金屬、金屬氧化物（二氧化鈦、二氧化錯^ 以及金屬氮化物（氮切、氮她、氮化辦）。其它^ 材料包括碳化物（碳切、碳化料）、氟化物、金梟、 物之/❿合物、或氧化物與氟化物之混合物。 該多層薄膜綱係多種光學材料或電介質材料沈積於 1289219 基底102而成，採用半導 濺鍍法、化學氣相沈積法 空蒸鍍法。 ' 體製程’如離子植人法、離束 、磁控管輯細及離子輔助真 部分佈之彎曲 =口：可_部分向“膜： 力3〇U r4最佳為熱固化環氧膠。於徑向外 H膜下’ 之彎曲部分可向内部機械墨縮 波^時，1=_申°#該徑向外力306傳遞至薄膜 u扳向外力306可控制多層薄膜104之形變。 以形£ θ對夕層薄膜1〇4之高、低折射率層娜、1〇8 之折射率產生影響，亦由此影響到可調域波H3G之中心 波長*(CWL)。不同徑向外力3〇6施加於多層薄膜谢會導 致該薄膜不同程度之形變，故，可調光濾mQ之中心波 長可由該控向外力306調節。 施加徑向外力306於薄膜波導1〇，每一薄層之光學厚 度發生相應改變，可於高折射率層1〇6、低折射率層 得到所需之折射率。故，該薄膜波導10可有選擇地通過特 定波長，該特定波長等於光學相鄰之二高折射率層1〇6或 二低折射率層108光學厚度之二倍。 根據國際電信聯盟之標準，相應於所需光學相鄰二高 折射率層或二低折射率層疊加之光學厚度，該可調濾波器 30之中心波長可被調至所需值。該中心波長之信道間距為 1289219 亞奈米。對於lOOGHzDWDM系統而言，該中心波長之信 道間距可調至0.8 nm，對於50 GHz DWDM系統而言，該 中心波長之信道間距可調至0.4 nm。 於實際應用中，該可調光濾波器30可與其它光學元器 件聯用。 請參閱第三圖，該圖所示爲入射光束202於一光學系 統20中濾去特定波長後之光路圖。由相同或不同輸入通道 傳出、具有不同波長之入射光束202進入可調光濾波器 30，依上述方式操作該可調光濾波器3〇，其波長爲多層薄 膜104中光學相鄰之二高折射率層1Q6或二低折射率層1〇8 光學厚度二倍之光束208方可選擇性地通過一普通波導 204。相對而言，入射光束2〇2中其它不滿足該波長範圍之 光束則不能通過該多層薄膜1〇4。該光束208通過第一準 直透鏡206被校準爲平行光束2〇8。該平行光束2〇8通過 第二准直透鏡210後直接進入預定輸出通道212。 本發明所提供之可調光濾波器3〇調制速度快，並能爲 不同通道提供多種波長。故，採職可調光舰器，可簡 化DWDM系統，減小其體積。 综上所述，本發明確已符合發明專利要 ^專利中請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳^施例k 牛凡熟悉本案技藝之人士’於援依本案發明精神所作之等 效修飾或變化’皆應包含㈣τ之申請補範圍内。 【圖式簡單說明】 第一圖係本發明多層薄膜可調光濾、波器之剖視圖。 1289219 第二圖係本發明可調光濾波器之多層薄膜之側視圖。 第三圖係裝有本發明可調濾波器之光學系統之光路示意 圖，表明入射光經過該光學系統、濾過預定波長前後之光 路。 【主要組件符號說明】 薄膜波導 10 可調光濾波器 30 基底 102 多層薄膜 104 高折射率層 106 低折射率層 108 普通波導 204 準直透鏡 206 輸出通道 212 缺口 302 環氧膠 304 徑向外力 306 圓環 308

Claims (1)

1289219 十、申請專利範圍 1. 一種可調光濾波器，包括：一薄膜波導，一環接該薄膜 波導之圓環，該圓環至少有一缺口；於徑向外力作用下， 該圓環可向内部機械壓縮或沿該薄膜波導向外拉伸；該可 調光濾、波器之中心波長可由該徑向外力調節。 2·如申請專利範圍第1項所述之可調光濾波器，其中該薄 膜波導包括一基底及形成於該基底之一多層薄膜。 3·如申請專利範圍第2項所述之可調光濾波器，其中該基 底包括一矽玻璃基底。 4·如申請專利範圍第2項所述之可調诚波器，其中該多 層薄膜由高折射率層與低折射率層交替疊加組成。 5·如申請專利範圍第4項所述之可調光濾波器，其中該高 折射率層包括五氧化二鈕。 6·如申請專利範圍第4項所述之可調光濾波H，其中該低 折射率層包括二氧化矽。 If申請專利範11第1項所述之絲祕，其中該圓環由 |氧膠或其它等同之雖材料麟該薄膜波導。 8.

種光學系統’其包括一可調光濾波器，及與該可調濾 镇-相鄰排列之輪出裝置，其中，該可調光濾波器包括一 口膜波導與—環接該薄膜波導之圓環，該圓環至少有一缺 薄於傻向外力作用下，該圓環可向内部機械壓縮或沿該 、;皮導向外拉伸，該可調光濾波器之中心波長可由該徑 向外力調節。 •如申請專利範圍第8項所述之光學系統，其中該薄膜波 11 1289219 導包括一基底及形成於該基底之一多層薄膜。 10·如申請專利範圍第9項所述之光學系統，其中該基底包 括一梦玻璃基底。 11.如申請專利範圍第9項所述之光學系統，其中該多層薄 膜由咼折射率層與低折射率層交替疊加組成。 12·如申請專利範圍第u項所述之光學系統，其中該高折 射率層包括五氧化二钽。 13·如申請專利範圍第u項所述之光學系統，其中該低折 射率層包括二氧化石夕。 14·如申請專利範圍第8項所述之光學系統，其中該圓環由 環氧膠或其它等同之粘性材料粘於該薄膜波導。 15·如申請專利範圍第8項所述之光學系統，其中該光學系 統係一高密度分波多工器。 16·如申請專利範圍第8項所述之光學系統，其中該輸出裝 置包括一第一準直透鏡、第二準直透鏡及至少一輸出通道。 17· —種可調光濾波器，其包括：一薄膜波導，及一環接於 該薄膜波導之外圍設備，該外圍設備包括一硬度較高之外 部元件及一硬度較低之内部元件，該外部元件至少有一缺 口，其中，該外圍設備可通過向内或向外之輕微移動產生 一作用於薄膜波導之向内或向外之作用力，該濾波器之中 心波長可由該作用力調節。 12 1289219 七、指定代表圖： (一) 本案指定代表圖為：第（一）圖。 (二) 本代表圖之組件符號簡單說明： 薄膜波導 10 徑向外力 306 缺口 302 圓環 308 環氧膠 304 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學 式：