专利名称：光学超窄带滤波器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光学领域，主要是涉及光学器件，具体讲是一种光学超窄带滤波器，可参考光学元件/系统 G02B 6/27 5/20。
光学窄带滤波器应用很广，尤其是在当今的信息时代，通讯事业的迅猛发展，宽带网的大面积实施，特别是全光网络的建设，急需大量性能优良、价格低廉的光学超窄带滤波器。目前用于数据传输网的光学窄带滤波器，大多数是法布里—珀罗(Fabry-Perot)型光学窄带滤波器。
现有Fabry-Perot型光学窄带滤波器有两种结构形式第一种是“玻璃|高反射膜堆|空气间隔层|高反射膜堆|玻璃”，在这种结构中，玻璃只是作为高反射膜堆的载体，窄带滤波器的功能是完全由“高反射膜堆|空气间隔层|高反射膜堆”所具有的多光束干涉特性产生的，与其中的玻璃无关。第二种是在玻璃基片上镀制窄带滤波膜堆而成，如“玻璃|(LH)72L(HL)7”，再如“玻璃|HLH2LHLHLHLH2LHLHL”，等等，在这种结构中，玻璃仍然只是作为窄带滤波膜堆的载体，窄带滤波器的功能是完全由窄带滤波膜堆的光学干涉特性产生的，与其中的玻璃无关。第一种结构容易形成超窄带滤波器，但其通带波形为三角形，空气间隔层的光学性能易随温度和湿度的变化而变化，因此，这种窄带滤波器的性能稳定性比较差，只能用于环境条件变化很小的场合。第二种结构形式紧凑简单，但是，这种全薄膜干涉窄带滤波器，对膜层厚度的准确性要求很高，例如光纤通讯中使用的全薄膜干涉窄带滤波器要求膜层厚度的误差不大于0.1％，因此制造极其困难。一个窄带滤波器有时需要镀制一百五十多层薄膜，一是膜层的厚度很难准确控制，二是积累误差严重，三是温度和湿度变化引起的波长漂移严重，因而限制了这种光学窄带滤波器的批量生产和大范围应用。中国专利96222468《双半波滤光片》仍然用玻璃仅仅作为滤光片的载体，而采用“空气”、“光学胶粘剂”、“光学匹配液”作双半波滤光片的“耦合层”，将两个单半波滤光片粘接成一个双半波滤光片，虽然简化了工艺，也可降低生产成本，但其光学性能的温度稳定性较差，通带波长温漂严重，因而工作可靠性差，同时也难以构成矩形度好的超窄带滤波器。现有这些光学滤波器的性能和造价已不能满足日益增长的工程需要。
本实用新型的目的是从根本上解决光学窄带滤波器性能易随温度和湿度变化，膜层制作精度要求太高，大批量生产制造困难的问题。通过改变滤波器的光学结构，减少膜层数，改善滤波器性能的温度和湿度稳定性，分解制造困难，降低器件成本，便于大批量生产，这将有力的推动由光学滤波器支持的密集波分复用(DWDM)技术在包括本地网在内的整个数据通信光纤网络扩建工程中的广泛应用。为此，本实用新型要设计一种最适用于光纤通信系统的光学滤波器，替代现行的一百多层全薄膜光学滤波器，使膜层厚度的制造允差由0.1％放松到10％；将通带波形由三角形改善为矩形，使通带既窄矩形度又好；使窄带滤波器通带的波长温漂由0.05nm/℃减小到0.001nm/℃以下，以增强光学窄带滤波器对环境的适应能力，并能大幅度降低器件生产成本的光学超窄带滤波器。
以下结合附图对本实用新型作详细说明。
图1是本实用新型单半波超窄带滤波器的结构示意图；图2是本实用新型多半波超窄带滤波器的结构示意图。
本实用新型的实现在于用低膨胀系数的光学介质1作半波长间隔层形成单半波超窄带滤波器，即在低膨胀系数光学介质1两个平行表面镀制高反射膜堆2形成单半波超窄带滤波器，如
图1所示；由这样相同的多个单半波超窄带滤波器F1、F2、…Fn无间隙串置，构成矩形通带的多半波超窄带滤波器。也可以说是将多个用低膨胀系数光学介质1作为半波长间隔层的Fabry-Perot单半波超窄带滤波器无间隙串置，组成了矩形通带的Fabry-Perot多半波超窄带滤波器，如图2所示。对于单半波超窄带滤波器来说，由于作为滤波器半波长间隔层的低膨胀系数光学介质1的厚度通常大于0.01mm，比膜层厚度厚100～20000倍，使得这种超窄带滤波器的膜层总数，4～12层，比具有类似光学性能的全薄膜超窄带滤波器的膜层数19～51层大大减少，同时，使膜层厚度的制造允差由0.1％放松到了10％，这种结构改变从根本上解决了光学超窄带滤波器制作成本高、批量生产困难的问题；还使超窄带滤波器通带的波长温漂由0.05nm/℃减小到了0.001nm/℃以下，增强了超窄带滤波器对环境的适应能力。多个用低膨胀系数光学介质1作为半波长间隔层的单半波超窄带滤波器F1，F2，…Fn无间隙紧密串置，例如光胶，使超窄带滤波器的通带波形由三角形改善为矩形，从而扩宽了超窄带滤波器所允许的使用环境温度和湿度的变化范围温度变化范围至少扩大两倍；同时也放宽了使用超窄带滤波器的仪器和系统对信号光波波长不稳定性的允许波动范围扩大10～50倍，降低了超窄带滤波器对使用环境条件和信号光源的单色性及其波长稳定性的苛刻要求，这对降低使用超窄带滤波器的系统的工程造价提供了可能性。
本实用新型的实现还在于，在低膨胀系数光学介质1两平行表面镀制高反射膜堆2形成的单半波超窄带滤波器的光学结构为“高反射膜堆2|玻璃|高反射膜堆2”，位于两个高反射膜堆2之间的玻璃，既是高反射膜堆2的载体，又作为超窄带滤波器的半波长间隔层，形成了玻璃腔型单半波超窄带滤波器。也可以说是将Fabry-Perot窄带滤波器中仅仅作为高反射膜堆2支撑体的玻璃基板取消，而将高反射膜堆2直接镀制在作为半波长间隔层的光学玻璃的两个平行表面，构成了玻璃腔型Fabry-Perot单半波超窄带滤波器。由于玻璃厚度大于0.01mm，比膜层厚度厚100～20000倍，光学玻璃半波长间隔层的加入使得与全薄膜超窄带滤波器具有类似光学性能的玻璃腔型超窄带滤波器的膜层数大大减少只是全薄膜超窄带滤波器膜层数的1/5～1/4；同时，使膜层厚度的制造允差由0.1％放松到了10％；还使超窄带滤波器通带的波长温漂由0.05nm/℃减小到了0.001nm/℃，增强了超窄带滤波器对环境的适应能力，降低了超窄带滤波器对使用环境条件的苛刻要求。单就这样的单半波超窄带滤波器，已经形成了一种进步，采用这种结构的单半波超窄带滤波器，可大大降低生产成本，使其大批量工业化生产和大范围推广使用成为可能。
本实用新型的实现还在于，用低膨胀系数的光学介质作半波长间隔层的单半波超窄带滤波器，是由两个镀有相同高反射膜堆2的玻璃无间隙串置构成“高反射膜堆2|玻璃|玻璃|高反射膜堆2”结构的玻璃腔型单半波超窄带滤波器。由于这种结构中半波长间隔层玻璃两侧的高反射膜堆2具有完全相同的结构和性能，由此构成的超窄带滤波器具有理想的对称性，因此，除了具备结构为“高反射膜堆2|玻璃|高反射膜堆2”的单半波超窄带滤波器的所有优点外，这种单半波超窄带滤波器的通带波形更加接近理想波形。
本实用新型用低膨胀系数的光学介质，例如用零膨胀光学玻璃，既作为高反射膜堆的载体，同时又是超窄带滤波器的半波长间隔层，大大减少了超窄带滤波器的膜层总数；光学结构的变化，既使超窄带滤波器通带的波长温漂由0.05nm/℃减小到0.001nm/℃以下，增强了对环境的适应能力；也使膜层厚度的制造允差由0.1％放松到了10％，解决了Fabry-Perot超窄带滤波器的因膜层厚度难以精确控制和膜层数很多而形成的制造效率低和制造成本高的问题；将多个玻璃腔型单半波超窄带滤波器无间隙串置，组成玻璃腔型多半波超窄带滤波器，将通带波形由三角形改善为矩形，通带既窄矩形度又好。总之，本实用新型从根本上解决了光学超窄带滤波器对膜层制作精度要求高、大批量生产制造困难的问题，降低了器件成本，改善了超窄带滤波器波形矩形度，增强了超窄带滤波器性能的温度和湿度稳定性，是一种最适用于光纤通信系统的超窄带滤波器。如，制成通道间隔为25GHz、50GHz、100GHz的密集波分复用器使用的光学超窄带滤波器，能满足由光学滤波器支持的DWDM在整个数据通信网络扩建和全光网络建设工程中的技术要求和使用条件要求，同时又为降低工程造价和成本提供了可能。
实施例1若在厚度分别为0.8mm、0.4mm、0.2mm的零膨胀石英(SiO2)玻璃两个平行表面镀制高反射膜堆HLH形成玻璃腔型单半波超窄带滤波器，再将三个同样的玻璃腔型单半波超窄带滤波器串置光胶组成玻璃腔型三半波超窄带滤波器，即可制成能满足通道间隔为25GHz、50GHz、100GHz的DWDM要求的光学超窄带滤波器。
实施例2将高反射膜堆(LH)3镀制在厚度为0.6mm的平行平板石英玻璃的两个平行平面，得到结构为(LH)3|(SiO2)|(HL)3、通带波长宽度为0.02nm的单半波超窄带滤波器。若将这种单半波超窄带滤波器制成通带中心波长连续渐变的系列超窄带滤波器，替代昂贵的可调协激光器，就可用廉价的普通光源得到连续渐变的单色光。
权利要求1.一种光学超窄带滤波器，主要由多层光学薄膜组成，其特征在于，用低膨胀系数的光学介质(1)作半波长间隔层形成单半波超窄带滤波器，即在低膨胀系数光学介质(1)的两个平行表面镀制高反射膜堆(2)形成单半波超窄带滤波器，由这样相同的多个单半波超窄带滤波器F1、F2、…Fn无间隙串置，构成矩形通带的多半波超窄带滤波器。
2.根据权利要求1所述的光学超窄带滤波器，其特征在于单半波超窄带滤波器的光学结构为“高反射膜堆(2)|玻璃|高反射膜堆(2)”，位于两个高反射膜堆(2)之间的玻璃，既是高反射膜堆(2)的载体，又作为超窄带滤波器的半波长间隔层，形成了玻璃腔型单半波超窄带滤波器。
3.根据权利要求1所述的光学超窄带滤波器，其特征在于，用低膨胀系数光学介质作间隔层的单半波超窄带滤波器是由两个镀有相同高反射膜堆(2)的玻璃无间隙串置光胶构成“高反射膜堆(2)|玻璃|玻璃|高反射膜堆(2)”结构的玻璃腔型单半波超窄带滤波器。
专利摘要本实用新型提供了一种光学超窄带滤波器,通过使用玻璃作干涉滤波器的间隔层,并将多个这种玻璃腔型单半波超窄带滤波器串置组成多半波超窄带滤波器,不仅减少了膜层数,放宽了膜层制造允差,解决了密集波分复用器用超窄带滤波器的制造难题,而且改善了滤波器的通带矩形度,提高了器件的环境稳定性。可广泛应用于各种需要使用光学超窄带滤波器的场合,如:可满足光纤宽带通讯网的工程急需,并且可广泛用于其他需要单色光的光学系统中。
文档编号G02B5/20GK2478125SQ0124036
公开日2002年2月20日 申请日期2001年4月30日 优先权日2001年4月30日
发明者卢进军 申请人:卢进军