波長漸變膜的設計與制備
基于實際使用中的需求,使用磁控濺射的方法,在50 G 窄帶光學膜的基礎上,通過使用擋板遮擋,在玻璃上鍍制不同厚度的膜層,在不同物理位置實現中心波長漸變的50 G 窄帶光學膜。
光學薄膜是現代光學器件的重要組成部分,它通過在各種光學材料的表面鍍上一層和多層膜,利用光的干涉效應改變透射光或反射光的偏振、相位及能量。
光學薄膜器件廣泛地應用于光通信網絡中,隨著信息時代的到來、國際互聯網和各種信息業務迅速發展,尤其是視頻和語音等多媒體業務的發展,對光纖通信網絡帶寬和容量的需求越來越高,對光學薄膜的設計和工藝也提出越來越高的要求。
窄帶光學膜廣泛應用于光通訊DWDM,以及光纖干路中的檢測監控,設計和工藝相對比較成熟。但是,目前的光學薄膜多基于在基底上均勻鍍制膜層,整個基底上的各個部分的光學性能幾乎一致,很少見在同一基底上同時鍍制不同光譜性能薄膜的研究和報道。
隨著光通訊的發展,通訊干路中包含的信息容量以及光頻道越來越多,如果使用普通的光學薄膜, 需要每個通道使用一個光學薄膜以及配套的光學器件, 但是波長漸變膜只需要一套器件就可以實現在干路中同時檢測多達40 個頻道的光信號,節省了大量的空間以及器件。
波長漸變膜是指薄膜通帶的中心波長從中心向邊緣逐漸變大,基于普通的50 G 窄帶,通過膜層厚度的空間漸變來實現中心波長的空間變化。一般使用具有固定輪廓的掩模板,基片靠近掩模板并相對于掩模板旋轉,基片不同半徑處相對于濺射源的張角不同,得到不同的平均沉積速率。
本文介紹了波長漸變膜的設計方法和光學性能,使用自制的掩模板和掩模板切換裝置,在磁控濺射機內鍍制波長漸變膜的工藝過程并分析結果。
1、波長漸變膜的設計和光學性能
根據使用需求,波長漸變膜需要包含40 個通道,每個通道的光譜性能要求如表1:
表1 波長漸變膜各通道的光學性能
其光譜曲線示意圖如圖1 所示(僅標出其中的幾個通道作為示例)。
圖1 波長漸變膜不同頻道的光譜性能
波長漸變膜在基片半徑方向的結構如圖2所示:
圖2 波長漸變膜在基片半徑方向的結構
本文在雙面拋光的玻璃上鍍膜,一面為波長漸變膜,另一面為增透膜。增透膜反射率<-38 dB,因增透膜工藝已經很成熟,且多見于報道,本文不作詳述。
本文使用基于Matlab 編程的TFO 設計軟件,參考50 G 窄帶的設計,以玻璃為基底,使用SiO2和Ta2O5/Nb2O5 為高低折射率材料,圖3 是一個設計實例:
圖3 用于波長漸變膜的50G 窄帶膜系設計
用該設計模擬的薄膜光譜性能如圖4 所示。
圖4 50 G 窄帶設計的模擬光譜曲線
5、結論
介紹了波長漸變膜的光學性能和設計方法,鍍膜工藝,測量方法。使用自行設計的掩模板和掩模板切換裝置,在高真空環境下鍍制了波長漸變膜。測量結果表明,這種技術制備的波長漸變膜符合設計要求,能滿足市場需求。