专利名称：一种单纤三向消偏振截止滤光片的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤通讯领域中的滤光片领域，更具体的说是一种一种单纤三向消偏振截止滤光片。
背景技术：
随着用户端视频点播、电子商务、端对端等新型业务的兴起，则必然要求在用户端进行集成的音频、视频、数据传输。单纤三向技术是在无源光网络(PON)的光接入网(OAN)实现音频、视频、数据集成传输的一个主要技术之一，是目前国际上正在开发的光通讯技术热点。重点是一个光接入网单纤的三向分波合波，现有技术中光信号从光线路终端(OLT)传送到光网络终端(ONT)，其中1490nm波段承载数据信号，1550nm承载有线电视信号，1310nm承载上行反馈信号，要求在光网络终端(ONT)内对这三个波段实现分波合波。
通用的技术是用光学薄膜实现无源光网络的波分复用。通过三块滤光片来实现不同波长的光线的分离，光接入网系统的接收模块要求这三块滤光片的光线入射角度是45度。而斜入射会造成S偏振光和P偏振光的特性产生分离，造成自然光从通带位置到截止位置这一段曲线不平滑、不陡峭。特别是对第1片的三分波滤光片，在45°大角度入射时截止位置边缘的1540nm与通带位置边缘的1500nm仅相距40nm，滤光片的光谱特性除了要满足光接入网系统对插损、隔离度等要求外，还要特别要求透过率曲线非常陡，因此这块滤光片的制备难度要远高于传统的第2和第3块滤光片。目前国内外只有极少数的滤光片供应商能生产此三分波滤光片，但普遍还存在S分量与P分量截止位置不重合的偏振截止分离问题，影响了滤光片偏振相关损耗的稳定性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，设计一种能满足透过率曲线非常陡峭、插损低，消除偏振影响的单纤三向消偏振截止滤光片。
本发明通过以下技术方案来实现其发明目的。
本发明提供了一种单纤三向消偏振截止滤光片，包括基片和镀膜层，镀膜层的膜系结构为G|{0.5L(HL)^30.13 H(LH)^30.5L}^4|A，其中低折射材料为SiO2，高折射率材料为Ta2O5，G代表基片，A代表空气，^3或^4代表周期数，0.13为失调因子、0.5代表了光学厚度为O.5个四分之一中心波长，中心波长为1590nm。
采用矩形多半波带通滤光片可以制备出窄带宽，高透射率并且深抑制的滤光片，其基本结构为G|[(HL)S1H 2mL H(LH)S1L]S2|G(1)式中G代表基片，S2为周期数，S1为主膜系层数，m为干涉级次。
把(1)式基本结构修改成G|
S2|G (2)失调因子ρ＝2m时就是一般的截止滤光片，它们在光线倾斜入射时P分量和S分量发生分离，形成偏振。在ρ≠2m时就可得到消偏振的截止滤光片。ρ值是消偏振截止滤光片设计的关键参数，可以通过先设定ρ＝2m计算出S1、S2，然后再通过边界条件、选用的高折射率材料和低折射率材料的参数计算出ρ。
为提高光线1490±10nm的透过率，通过计算机优化，在主膜系加镀匹配膜，最后膜系结果为G|2H{0.5L(HL)^30.13 H(LH)^30.5L}^4(2.38H)^1(1.41L)^1|A匹配膜的膜系结构为在基片与主膜系之间加镀2H，在主膜系外侧加镀(2.38H)^1(1.41L)^1。
本发明相对于现有技术具有以下突出的实质性特点和显著的进步1.采用本膜系结构的滤光片可以同时具备窄带宽、高透射率、深抑制并且能够消偏振截止的特点；2.本发明膜系结构克服了在大角度入射下S分量与P分量截止位置不重合的偏振截止分离问题，消除了偏振分离影响。
3.为一种在45度入射下偏振分量截止位置重合的消偏振截止的滤光片，透过率曲线陡峭、插损低，消除偏振分离影响，满足了光接入网单纤三向系统的要求；4.本发明加上另外两块滤光片的配合，使这三块滤光片构成的器件能够很好地在接入网光纤到家这一段实现上行传输1490nm、1550nm波段的光信息，并下行传输1310nm波段光波作为反馈信息，将可广泛应用于光接入网建设中铺开的光线路终端、光网络终端中。
图1为本发明引用于光接入网系统单纤三向分波合波示意图；图2为本发明理论计算的插损曲线图；图3本发明实际测得的插损曲线图。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明做进一步的说明。
光接入网(OAN)单纤三向技术是实现光纤到户的一个主要技术之一，是目前国际上正在开发的光通讯技术热点。光接入网单纤三向系统中，大角度入射造成偏振光分裂是限制信道分离的一个重要因素。如图1所示，无源光接入网的下行采用两个传输窗口1550nm和1490nm，分别承载有线电视模拟信号和数据信号，上行采用1310nm窗口波长。因此无源光网络在光线路终端(OLT)、光网络终端(ONT)需要波分复用器对这三个传输窗口的波长进行分波/合波。通用的系统均采用滤光片实现无源光网络的波分复用滤光片1高透1490nm波长的光，而高反1310、1550nm波长的光；滤光片2高透1550nm波长的光，而高反1310nm波长的光；滤光片3高反1550nm波长的光。光接入网系统的接收模块要求这三块滤光片的光线入射角度是45度。
本发明运用光学薄膜消偏振截止原理，设计并研制了一种单纤三向消偏振截止滤光片作为滤光片1，克服了必须在大角度入射下S分量与P分量截止位置不重合的偏振截止分离问题，消除了偏振分离影响。本发明设计的原理如下在上述公式(2)中失调因子ρ＝2m时就是一般的截止滤光片，在光线倾斜入射时P分量和S分量发生分离，形成偏振。在ρ≠2m时就可得到消偏振的截止滤光片。因此ρ值是消偏振截止滤光片设计的关键参数，下面对ρ值的计算进行公式推导。
式(2)的结构也可以写成G|[(0.5L H 0.5L)S1(0.5LρH 0.5L)(0.5L H 0.5L)S1]S2|G (3)式(3)是由三个对称膜系组成的周期性膜系，因为对称膜系a1A1a2A2...anAn...a2A2a1A1的特征矩阵和单层膜的特征矩阵具有相同性质，在数学上可以等效为单层膜[8]，根据式(3)膜系的干涉矩阵为M=(cos(S1δ1)jsin(S1δ2)/η1jη1sin(S1δ1)cos(S1δ1)cos(δ2)jsin(δ2)/η2jη2sin(δ2)cos(δ2)cos(S1δ1)jsin(S1δ2)/η1jη2sin(S1δ1)cos(S1δ1))S2]]>
=M11M12M12M22]]>其中δ1=arccos[cos2δ-12(ηLηH+ηHηL)sin(2δ)]---(5a)]]>η1=12ηLsin(2δ)+ηHcos2δ2cosδ-ηL2ηHsin2δ2sinδ12ηLsin(2δ)+1ηHcos2δ2sinδ-ηHηL2sin2δ2cosδ---(5b)]]>δ2=arccos[cosδ2cos(ρδ)-12(ηLηH+ηHηL)sinδ2cos(ρδ)]---(5c)]]>η2=ηLsinδcos(ρδ)+ηHcos2δ2cos(ρδ)-ηL2ηHsin2δ2sin(ρδ)1ηLsinδcos(ρδ)+1ηHcos2δ2sin(ρδ)-ηHηL2sin2δ2cos(ρδ)---(5d)]]>式中等效位相厚度d＝pg/2，波数g＝λ/λ0，λ0是中心波长，ηH和ηL分别表示H、L材料的等效折射率。
化简式(4)可得M11=cos{S2arccos[cos(2S1δ1)cosδ2-12(η2η1+η1η2)sin(2S1δ1)sinδ2]}---(6)]]>当|M11|＞1时，等效光学导纳是虚数，等效位相厚度是复数，表示的是膜系的高反区；当|M11|＜1时，等效光学导纳和等效位相厚度都是实数，对应于膜系的透射带；|M11|＝1对应膜系截止位置，两膜系消偏振点必须对应两膜系截止位置重合。
因此根据式(6)，当选定S1、S2值后，M11仅是ρ和g的函数。在斜入射时，对S、P分量，在截止位置分别有 要消除偏振，即令两偏振分量截止位置重合，此时
gs＝gp(8)把(8)式代入方程组(7)可以求出ρ值的解，此ρ值即为满足两偏振分量截止位置(单侧)重合时所得的值。
对于第一块波滤光片，见图1，要使1490nm光波与1550nm和1310nm两光波的分离，可以用周期对称膜系失调中心间隔层的消偏振截止滤光片来实现。本发明采用Ta2O5作为高折射率材料，SiO2作为低折射材料为，要求1490±10nm透射率大于95％，1310±50nm与1550±10nm的反射率大于99％(20db)，依据通带宽度和截止度确定S1为3和S2为4后，运用消偏振截止原理解出ρ值为0.13。
为提高光线1490±10nm的透过率，通过计算机优化，在主膜系加镀匹配膜，最后膜系结果为G|2H{0.5L(HL)^30.13H(LH)^30.5L}^4(2.38H)^1(1.41L)^1|A，nH＝2.065，nL＝1.465，中心波长为1590nm，在45度入射下的理论光谱特性如图2所示。
采用本膜系结构在莱宝APS1104的镀膜机器上进行镀膜，高低折射率材料选取Ta2O5和SiO2，基片使用K9玻璃，监控波长是1590nm。将所镀样品用Lamda900分光光度计测量，测试角度是45度，分别测量S、P光的光谱，如图3所示。可见，所镀样品的S分量与P分量在1490～1550nm之间的截止位置基本重合，达到消偏振截止效果。
该截止位置偏振截止分离量Δλ＝|λES-λEP|＝3.6nm，而偏振截止分离量的理论计算结果为Δλ＝|λES-λEP|＝3.8nm。实验结果与理论结果接近。
因此，镀制的样品证明了本论文的消偏振截止设计效果显著，可以应用于无源光接入网中。这块滤光片加上另外两块滤光片的配合，使这三块滤光片构成的器件能够很好地在接入网光纤到家这一段实现上行传输1490nm、1550nm波段的光信息，并下行传输1310nm波段光波作为反馈信息。
权利要求
1.一种单纤三向消偏振截止滤光片，包括基片和镀膜层，其特征是镀膜层的膜系结构为G|{0.5L(HL)^30.13H(LH)^30.5L}^4|A其中低折射材料L为SiO2，高折射率材料H为Ta2O5，G代表基片，A代表空气，{0.5L(HL)^30.13H(LH)^30.5L}^4为主膜系，中心波长为1590nm。
2.根据权利要求1所述的单纤三向消偏振截止滤光片，其特征是在主膜系上还镀有消除通带波纹的匹配膜，加镀匹配膜后的膜系结构为G|2H{0.5L(HL)^30.13H(LH)^30.5L}^4(2.38H)^1(1.41L)^1|A匹配膜的膜系结构为在基片与主膜系之间加镀2H，在主膜系外侧加镀(2.38H)^1(1.41L)^1。
全文摘要
本发明涉及光纤通讯领域中的滤光片领域，目的在于克服现有技术的缺点，设计一种能满足透过率曲线非常陡峭、插损低，消除偏振影响的单纤三向消偏振截止滤光片。包括基片和镀膜层，镀膜层的膜系结构为G|2H{0.5L(HL)
文档编号G02B5/20GK1632625SQ20041007777
公开日2005年6月29日 申请日期2004年12月30日 优先权日2004年12月30日
发明者江绍基, 张甫光, 刘艳, 汪河洲 申请人:中山大学