專利名稱：無應力和熱穩(wěn)定的介質濾波器的制作方法
背景技術：
此發(fā)明領域涉及到多層光學干涉濾波器和包括此濾波器的裝置，尤其在光學通訊網絡中具有很強的運用性。通過波分復用器，多層光學干涉濾波廣泛被應用于光學通訊系統(tǒng)。此濾波器是目前較受歡迎的一種根據國際電信同盟柵格將光信號通道分開或結合進入不同的光波長的方法，不過由于此方法所引起的插損最小，這些光信號通道會在共同的波導下傳播。然而，要增加可運用于現有的光纖結構中信號通道的數量，這就要求減小相鄰通道間的光波距離。同時減小有源和無源器件的體積也是很有必要的，如開光內的濾波器，并通過將濾波器與其它器件結合起來降低整個器件的成本。因此，光學干涉濾波器的性能要求已變得更為重要。然而，通過增加層數能夠滿足這一性能要求時，其物理性能如濾波器變厚則是對減小濾波器體積及與其它器件結合起來后的整個器件體積提出了更大的挑戰(zhàn)。
此濾波器的另一要求則是其光學性能，也就是其光波功能之一的傳播特性不能引起周圍溫度大幅度的變化。最大傳播區(qū)域或中心波長位置飄移是濾波器熱穩(wěn)定性的特征，也就是說當溫度范圍為0℃到70℃之間時，其最大傳播區(qū)域或中心波長位置飄移小于2pm/℃，更為可取的是中心波長的移動在上述溫度范圍之內小于約0.5pm/℃。
將光學薄膜材料置于一個基座上做成一種光學干涉濾波器，但這不可避免地會在多層結構中產生一種純殘余應力態(tài)。這種殘余應力可能是本身固有的，也就說當把材料以薄膜形式置放時，這些材料本身固有的一種特性。另一種殘余應力來自于外界，并由于基座與薄膜材料間不同的熱膨脹系數而引起的。當將這些有用的光學材料放入多層薄膜時，其固有特性不可避免地會純殘余應力態(tài)。由于增加層數可以提高薄膜光纖的性能，并且彎曲時間是厚度與應力的乘積，純殘余應力作用增加了薄層與基座的彎曲度。殘余應力對可應用基座提出限制?；仨氂凶銐虻暮穸纫员苊庥捎诒觾鹊臍堄鄳σ鸹膹澢冃巍?br> 簡單的增加基座的厚度，試圖將外圍變形減到最小，這種做法是不可接受的，原因有以下幾個；使用更厚的墊片會防礙將即可靠又有效的物體裝入體積較小的裝置中，同時又不利于將濾波器與其它有源或無源器件結合在一起。由于墊片的光學特性，厚墊片還會增加插損。應力引起的限制并不限制由于散焦作用尤其是反射或快速信號引起的光纖彎曲；應力引起產生偏振相關損耗PDL和位置感應CWL變化的鍍膜層內的雙折射。
殘余應力也可能是導致器件故障的一個因素，并且可能會限制今后增加信號功率密度，不過可以通過對激光發(fā)射器的開發(fā)來增加信號功率密度。
對熱穩(wěn)定干涉濾波器而言，選好熱片的重要性已顯而易見。正如H.Takahashi(原文中將其名拼寫錯為Takashashi)在其1995年發(fā)表的《應用光學34(40)》一書中第667至675頁中所述通過選取線性膨脹系數材料改變或穩(wěn)定可讓光束通過的中心波長多層介質帶通濾光片以改變周圍環(huán)境的溫度。
自約1995年以來，許多熱膨脹高的玻璃和玻璃/陶制材料不是被運用于其它發(fā)明就是被研發(fā)成商業(yè)用途的具有光學性能的基座材料。運用于不同類型玻璃的代表商業(yè)產品有以下幾種i)由Schott玻璃工藝制成的″F7″和″DWDM-12″。
ii)由Ohara玻璃公司生產的″WMS-01″和″WMS-02″。
iii)在其它的玻璃當中，還有Ohara玻璃公司生產的″WMS-11″，″WMS-12″和″WMS-13″。
在這些玻璃當中，前面提到的4種才是真正的玻璃，很大程度上，這4種玻璃的高線性膨脹系數歸功于它們的合金成份，這些成份含有大量的堿性氧化物。不過這些堿性成份卻會降低玻璃周圍環(huán)境的穩(wěn)定性。這一不穩(wěn)定性可能對成品器件的環(huán)境性能將會產生相當不良的影響。
第(iii)組是玻璃/陶制合成物結構的代表，″WMS-11″，″WMS-12″和″WMS-13″就屬于這種玻璃。通過適當的選擇材料并在相應的加工條件下進行加工，基座可以被制成所需的高膨脹系數。跟大多的傳統(tǒng)玻璃一樣，這些材料并不采用堿性成分來獲得相應的高膨脹特性，這樣反而更能使周圍溫度穩(wěn)定。這些材料還有比較硬的優(yōu)勢，這可以使其自身更能承受由薄膜結構引起的高應力。但是，混合玻璃/陶制品的特性卻減弱了它們整體的傳播能力，比如在相位散射和紅外線間的界面。
從墊片中除去一些簡單的涂層以形成具有獨一無二光纖特性的顏料。如美國第4,434,010號專利(由Ash等人所著)所述，從濾波器的載體墊片中除去一層金屬/絕緣濾波器使墊片成為一種很小的薄片并具有反射各種顏色染料。這樣的例子有很多。但是Ash發(fā)現度膜層的光學特性受到衰減，并建議這種方法只適用于低操作性能的應用中。
另一個類似例子是美國第4,826,553號專利(Armitage等人所著.)發(fā)明的一種方法，即從鏡鍍的載體中除去一種鏡鍍，并將此鍍膜完整的鍍于另一個基座中以改變絕緣鏡了的外形(彎曲度)。在以后的出版物中，Schmidt等人(在1995年5月的《光電譜》一書中)闡述說這種方法適用于一些更低操作性能的電信濾波器。
Solberg等人在美國第5,944,964號和5,930,046號專利中提出另一種方法，就是通過將高反射率材料晶體化以平衡硅石的壓力并減少應力。氧化鈦和氧化鋯是兩種常見的高反射率氧化材料。將氧化鈦和氧化鋯薄膜層硬化并穩(wěn)定下來的通常做法涉及到放置后退火過程。由于這些薄層被固定在一個不會收縮基座上，硬化過程中會在薄膜層中引起張應力。實際上，由于多層薄膜中有著過多的凈張應力，同時由于沒有了機械完整性或只有低光學性能，總張應力可能會超過硅石總的壓力。再者，退火期間引起晶體化可能會造成光學分散，這種光學分散還會減弱光學性能。
Solberg指出，這一過程的結合將晶體化的許多有害影響減到最小，而這種晶體化被用來作為減少由鍍入薄膜而引起的凈應力的一種方法。不過，這種方法并不適用于應用于波分復用器(WDM)濾波中作為晶體化過程的可讓光束通過的濾波器中，因為這會引起光分散和應力的雙折射，因為這會降低傳播能力又反而增加了偏振相關損耗(PDL)。
WDM濾波器的另一個要求是光學性能，也就是作為波長功能的傳播特性在光學信號光束所照亮的區(qū)域內應該具有空間一致性。到目前為止，除了知道更高性能的WDM濾波器周邊范圍內的傳播中有著很強的空間非一致性，這一非一致性還被證明在高級應用的裝配中限制了濾波器的小型化。雖然在某種程度上很希望將濾波器減小到比一束小于500微米的光束還小，但這么做反而會降低器件的性能。除非邊緣處的空間非一致性得到某種程度糾正，這樣根據濾波器的平均性能光束內的光信號通道在光束照明以上區(qū)域將會得一緩和。
因此，發(fā)明一種多層薄膜濾波器是很有必要的，這種濾波器能夠在大的周圍溫度范圍內具有穩(wěn)定波長的特性，并且在中心波長具有高傳播功能，而且具有低分散特點并將插損和偏振相關損耗(PDL)減到最小。
另一相應的必要就是減小這種光學干涉濾波器的體積以便能夠和如透鏡，開關，激光，調節(jié)器，光探測器等無源，有源光學器件結合在一起。因此，此發(fā)明的另一目的就是找到消除WDM濾波器內產生非一致性的根源。
雖然已經找到空間非一致性與剩余應力的根源，但此發(fā)明的還有另一個目的，就是在充分減小剩余應力的同時保留光學干涉濾波器能適用于WDM的特性。
發(fā)明摘要撇開這一理論，我們還發(fā)現很厚的多層光學干涉濾波器在與產生高剩余應力的傳播中有著空間非一致性。這一非一致性對高級應用器件的包裝來說是一種限制，即限制濾波器的小型化。那么將這種濾波器小型化以容納一束小光束便會在光束范圍內引起空間的改變。
此發(fā)明的一個具體應用即獨立式光濾波器就是將薄膜層按順序地放置于第一個墊片上。然后再從這一個墊片上一層層地移去薄膜層使該墊片作為一個單塊集成電路，這一單塊集成電路會釋放出殘余應力。并已證明此具體應用事例能夠使光濾波器器件進一步小型化。
由于在原來的基座引起損耗和/或光束的失常，將光學鍍膜層從基座中移去有好幾個益處。而這種獨立的濾波器的熱穩(wěn)定性卻受到減弱，粘附上第二個基座則是此發(fā)明的另一方面，這樣這些更小的基座將會產生器件上方較大區(qū)域中傳播和反射的熱與空間的不一致性。第二個基座以及此基座的粘附方式為熱穩(wěn)定濾波器提供了一種方法。
此發(fā)明的另一方面是一個溫度在0到70度范圍內的中心飄移小于2pm/℃的部件，在此部件內經過多層介質干涉濾波器的光路并未通過第二個基座。在此具體裝置中，第二具基座是一個帶有所謂的光孔開口的框架或環(huán)形物。這樣，多層介質干涉濾波器的光孔處并未受到支撐。所選取用的框架用來提供中心波長位置的熱穩(wěn)定性。
圖示簡述通過以下的描述，所附的權利要求書和它的附圖將會對所有這些以及此發(fā)明其它的特點，方面和優(yōu)勢有一個更好的理解。


圖1是一個4-skip-0型帶通濾光片的傳輸圖，這個濾波片是鍍在一個直徑為6英寸，厚度為10毫米的基底上。
圖2是將圖1中半徑為6英尺的基底做成半徑為1.5毫米，厚度為1.4毫米的更小的方形墊片的″4-skip-0″型帶通濾波器傳播圖。
圖3為將薄膜層初次除去后，形成一個獨立的光濾波器，然后再光接觸的方式粘貼到長為1.5毫米、厚度只有1毫米的方形墊片上后，圖1上″4-skip-0″型帶通濾波器的傳播圖。
圖4為墊片與釋放層及保護層粘合物的截面示意圖，多層帶通濾波器就放置在這一粘合物上。
圖5為將不被固定的獨立濾波器與獨立濾波器的外圍固定在一個環(huán)形框架上，兩者在帶通中心波長的位置與溫度的關系圖。非固定多層介質帶通濾波器的中心波長移動大于9pm/℃，而邊緣固定的濾波器的中心波長移動小于0.5pm/℃。
圖6為外圍固定在環(huán)形框架上的獨立式濾波器的示意圖。
圖7是將獨立式濾波器薄層放入兩框架間的示意圖。每個框架的邊緣與濾波器的的兩相對面粘固在一起。
圖8是將獨立式多層介質濾波器的外圍固定在環(huán)形框架的透視圖。
發(fā)明詳述產生薄層內應力的因素可能有好幾個。在鍍入薄層時，由于薄層內形成具體的微觀結構而使固有應力的得到發(fā)展。產生應力的另一個重要因素是由于薄層的熱膨脹系數與墊片的熱膨脹系數不同引起的或是相鄰薄層使得不同材料的熱脹冷縮引起的。因為典型的鍍層溫度高于周圍溫度，當溫度變化時，應力也開始變化。即使是在室溫中鍍入這些薄層，在放置和濃縮過程中也有可能使基座產生熱量。最后，在使用過程中溫度的變化也會引起應力的變化。由于薄層與基座材料的熱膨脹系數不同，熱膨脹信號引起的應力會從高到低，也有可能從低到高。因此，影響光學鍍膜層整體凈應力因素也有很多。由高反射率氧化材料和低反射材料氧化物組成的多層薄膜粘合物是光學鍍膜層或濾波器的首選材料，并且這些材料的排列順序可以對調。將材料粘合組成多層光學薄膜層，濾波器的環(huán)境穩(wěn)定是很有必要的，而且粘合多層光學薄膜層會產生固有的壓力。由于基座的彎曲，光學鍍膜層內多余的應力會使鍍膜層斷裂或分層。那么，對于特別厚的光學鍍膜層，如膜層厚于20μm，由于這些多層的壓力過大而不適用于WDM的應用器件。
具有凈張應力的光學鍍膜層會形成凹狀式墊片的彎曲率而壓力內的鍍膜層會形成凸狀式的彎曲率。基于這個原因，濾波器內的凈薄層應力可能大約是鍍膜墊片的凈彎曲率的值，也就是從單純的一個墊片到鍍膜后墊片彎曲后的應力差值。比如，測量曲率的一種方法就是用干涉儀選出一個波長并測量條紋的數量再將這一信息轉化為應力值。常規(guī)上說光鍍由一個鍍上多層并可調換位置的硅和高反射率金屬氧化材料基底組成，這些光鍍層通常都有一些凈應力，是壓力還是張力則取決于應用技藝和具體的錯層放置的材料。然而薄層材料內的凈應力是由放置方法產生的，如由于所鍍的膜層較濃厚并且比較穩(wěn)定，并能改變周圍的環(huán)境，所以用噴濺或離子方法來進行鍍膜是窄帶通濾波器的首選方法。但是這些含有錯層的硅層和高反射率金屬氧化物的厚鍍膜層的壓力大大的超過100×106Pa(N/m2)，或100MPa。
在先前發(fā)明的濾波器中，由于濾波器的厚度厚于40微米，這使得此濾波器很難應用于實際的器件。在這樣的設計器件中，介質層中的內應力會某種程度的扭曲基底以致于潛在的信號源丟失或消散，而且還會增大插損。因為應力可能確實會超過基底所能承受的斷裂力，所以高應力還會使該濾波器完全不能被做成更小或更薄的器件。
即使將基底和濾波器做到預期大小時，還會出現另一個限制；產生于小濾波器的，但不與其它器件相接觸邊的應力變化擴散到器件的整個表面，并使基底變形，因而縮小了發(fā)射和反射帶通區(qū)域，這種現象是不可接受的。
圖1，圖2和圖3中通過一個名為″4-skip-0″的高性能WDM濾波器說明了這種限制。這種設計會產生一個高傳播的波長范圍，所謂的“帶通”就是在波長中被100GHz分開的4個光信號通道將被發(fā)射。由于此圖示的邊緣為方形以及相鄰100GHz間的傳遞函數相差非常大，帶通范圍外的下一個相鄰光通道就被反射。因此這些間隔的通道中，無或0通道不是被發(fā)射或被濾波器拒絕。
圖1是將濾波器作為波長的函數鍍在一個直徑為6英寸，厚度為10毫米的基底上后的傳播情況。實際傳播與從光學參數推算的理論性能很接近。
圖2是將一個直徑為6英寸基底的厚度從10毫米減到1.4毫米后而成的1.5毫米方形濾波器的傳播情況。在帶通區(qū)域邊緣，高凈應力會使濾波器的發(fā)射功能不能以理想的方形圖示來體現，并且如濾波器大小的環(huán)形邊緣被減小。這種4-skip-0的設計只適用于2毫米的方形濾波器，因此也限制了該設計只能應用于相應的大體積器件。不過，理論上，可以通過增加層數任意地改變?yōu)V波器的形狀，但由于只是簡單地增加層數卻會使應力增大，這樣反而會使問題更為復雜化。
我們還發(fā)現厚的多層介質濾波器，尤其是多層-穴體帶通濾波器能夠以獨立式薄層的方式從基底移去，這種移動可以很大程度上減少應力。一旦從基底上移去，濾波器強大的固有內在應力就被釋放出來。先前在許多重要應用中限制多層介質帶通濾波器的強大凈應力的有害影響不再限制濾波器的光學設計或對器件的體積有何特別要求。
圖3是圖1和圖2中濾波器的傳播圖示，不過是先將光薄膜層從原基底上移下再將其粘附到另一個厚為1毫米寬為1.5毫米的方形玻璃基底上后的傳播圖示。這個幾乎方形的帶通區(qū)域被部分恢復到圖1形式，這就是一個比圖2的情形更為理想或是一個更為理論的形狀。
移去基底有助于器件的小型化并能通過消除濾波器內的中心波長的空間變化改善器件的光學性能。盡管獨立式多層介質帶通濾波器有這些或那些的優(yōu)點，但中心波長的高熱膨脹變化使得這樣結構的器件不適用于如電信WDM系統(tǒng)的高性能應用。能伴隨溫度變化而變化的光學性能是尤其重要的，如果包裝好的光學器件的熱膨脹不夠穩(wěn)定，就不適用于WDM的應用器件。特別是這種獨立式濾波器中作為溫度函數的中心波長有著很大的變性，這一變性使得這種獨立式濾波器不適用于許多的電信應用器件。
獨立式濾波器的做法濾波器傳統(tǒng)的做法是用一個適當的基底來做。不過，在將多層帶通濾波器鍍上前，基底是用來將基底與做成帶通濾波器的薄膜層的粘牢度減到最小，這有利于濾波器的移取。這種移取方法可以是某一材料的一層薄層，該薄層將從基底或薄膜層上取下，這樣整個帶通濾波器在裝制過程的某一適宜時刻會分離出來。而所被分離的基底可能會被毀壞或是受到損壞因而就變得可溶解，否則就很難與其下面的基底粘牢。
如圖4所示，當前采用的移取方法是鍍上一層可溶于水的薄層，最好是無機材料。雖然有很多材料適合作為移動層，但我們現在采用的是用氯化鈉。在操作過程中，最好是將這一移動釋放層放在一個真空室內。因為空氣濕度的原因，這種可溶于水的材料很容易碎，為了免受環(huán)境的影響，最好給移動釋放層鍍上一層薄的保護層。由于這一層或這些層將會被分離開作為釋放層并成為成品多層介質帶通濾波器的第一層的一部分或全部，它的厚度就要相應地受到控制，因此，它的厚度應該至少是100毫米。氯化鈉層的厚度最好控制在10到20毫米間。
保護層是防止移動釋放層在濾波器系統(tǒng)中待用時免受環(huán)境變化引起易碎的影響與釋放層一起準備的基底則被用作傳統(tǒng)鍍置系統(tǒng)，此系統(tǒng)符合理想應用器件所要求，并滿足應用于生產多層介質濾波器的質量要求。多層介質濾波器是以通常的方法來鍍置的，采用已接受的物理氣相沉淀(PVD)或化學氣相沉淀或物理氣相沉淀/化學氣相沉淀(PVD/CVD)混合法。
鍍上膜的基底從鍍膜器具上取下后，可能會被放入一個適宜的受控環(huán)境中(如一個手提式的小的真空器皿中)直到下一個程序。
如果需要，這種鍍膜的基底可以使后序中獨立濾波器結構更為簡易化。這種后序可以包括如濾波器的仿制。仿制雖然不是此發(fā)明的一個重要程序，但其通過提供具有獨特性的特征或允許濾光材料以預定的規(guī)格和形狀脫離基底來協助濾光層釋放的后道程序。這種規(guī)格的濾光材料不容易處理，但可以設計來用作今后的組裝或與其它光學器件進行組裝。
制作這種合適的具體規(guī)格的薄濾波器的另一個方法是在鍍上濾波器前先做好基底的模型，這種方法產生的效果與前者是一樣。
雖然在現實運用中，任何一種材料都會對基底的粘接度產生干擾，后來鍍上的薄層以釋放層形式起作用，這一釋放層很容易被某一具體的器件激活以將多層介質帶通濾波器從它的臨時基座移去，該基座處于一個受控的可設定的模式內，并且移動濾光層完全不會引起裂紋，發(fā)熱等其它瑕疵。
因此，對于NaCl來說，目前較受睛睞的釋放方法是在鍍膜層上刮一個地方以形成一個小的，深的凹槽。這會在凹槽前引起一層分層，該分層會延續(xù)到釋放層以使濾波器與基座分開。此分層現象是在表面上緩慢散開還是迅速散開則取決于濾波器的設計和殘余應力的程度。
現在，取處的帶通濾波器以塊狀形式存在，并且大的足夠可以用傳統(tǒng)的方法來夾取(如用鑷子)。而且濾波器還可被再次切割為所需的大小和形狀?？梢栽谶m當的溶液(對于NaCl，可以用de-ionized離子水)中將留在釋放層上的殘渣除去。
再者，再將釋放層移出基座前或后，可以對濾波器進行退火處理，以穩(wěn)定它的光學性能。
另一種釋放層可以用溶于水的材料如像金屬鹵化鹽(尤其是鍍銀氯化物)等其它鹽類，及可溶于水聚合物和類似物質做成。其它做釋放層材料可以是有機感光材料(此材料易受有機溶解劑的分解或溶解)，和薄金屬層(此層易與酸產生反應并受破壞或被溶解)及其它材料。
熱穩(wěn)定方法在沒有再引入一個不需要的應力層的情況下，我們還發(fā)現改善這種獨立式濾波器的熱穩(wěn)定性的方法。這可能需要再選一個基座以提供必要的熱穩(wěn)定性和/或簡化今后的處理或裝配方法。
因此，在本發(fā)明的另一個具體裝置中，獨立式濾波器從第一個基座上移出又粘接到第二個基座上。第二個基座可以選自具有相對較大的熱膨脹系數的光學玻璃，如先前設計的用來直接放置的材料。值得注意的是大多數薄層材料和熱膨脹系數CTE比用來熱穩(wěn)定基座的要小的多。硅玻璃被認為是薄層材料的代表，其CTE為4.5×10-7/°K，不過玻璃被做成波分復用器WDM后，它的CTE就為50到115×10-7/°K之間。在一些情況下，由于硅的CTE比硅玻璃高26×10-7/°，所以硅可以提供足夠的熱穩(wěn)定。
光纖器件的粘接方法一旦將未鍍入的薄層從基座移下，它可以再被粘到另一個基座。第二個基座可以是另一個光纖器件以通過小型化提供所需的整體粘合性同時與如自焦透鏡，棱鏡，反射鏡，探測器，光電二極管，波導，激光，調節(jié)器等有源或無源器件相結合。另外，將這種獨立式濾波器粘結至少精確電樞的部分上，這可以用作小型電開關中的反射器件，在PCT應用中一篇編號為WO/0039626，名為《由波長選擇的電開關》文章中就發(fā)明了這種開關(由Scobey等人編寫)，本發(fā)明以此開關作為參考。
潛在的再粘接方法包括機械耦合及粘接方法，具體用哪一種則根據器件的化學性能，或通過一個介質層，如大家所熟悉的光學粘劑。善長于光纖裝配人士可以找到許多可行的粘接方法。光學接觸方法，如美國第5,846,638和5,441,803號專利中關于Meissner的論述或美國第5,5,485,540號專利關于Eda(電子設計自動化)的論述就尤為可取，因為在他們的論述中避免了介質粘接層的使用，這也是本發(fā)明引以為參考的一個例子。
粘接到基底框架的方法我們發(fā)現獨立式薄層不必要完全再粘到另一個光學基座，這樣可減少或消除中心波長位置的熱飄移。如圖6中的示意圖所示，獨立式濾波器64可以通過組裝一個部件61進行熱穩(wěn)定，其中，濾波器64與一個基底框架63連接在一起，基底框架至少有一個平面與濾波器的外圍連接，這樣未粘接的濾波器部分則跨過基底框架的開口處形成一個光孔。由于基底框架的開口處受熱時會膨脹，這一幾何特性會提供如高熱膨脹玻璃與濾波器整個表面連接狀態(tài)下所產生的一樣效果。
圖5為將不被固定的獨立濾波器與將獨立濾波器的外圍固定在一個環(huán)形框架上后，兩者在光束通過的中心波長的位置與溫度間的關系圖?？梢苿佣鄬咏橘|光束通過濾波器的中心波長移動大于9pm/℃，而邊緣固定的濾波器的中心波長移動小于0.5pm/℃。
部件61的做法是從從濾波器的基座上移去一個大小相當的帶通濾波器以釋放凈殘余應力。再用具有高粘接性的粘接劑62如環(huán)氧膠將濾波器粘接到基底框架63上或墊圈上。由于只有濾波器的外圍圈粘接到基底框架63或環(huán)形圈上，所以最好給基底框架涂上粘劑材料，這樣可以避免未接觸的濾波器中心部分沾上雜質。
另外，可以將焊接的鍍層，其它粘接劑或粘接材料放在框架的環(huán)形表面上，或者根據框架的形狀將這些材料以模塊方式放置于濾波器64的表面上。其它粘接方法包括用干膠連接，光學接觸，機械耦合和類似方法。機械耦合可以通過將濾波器裝入一個一定大小的框架上或通過壓縮到或磨擦將濾波器連接到第三個薄層上以連接濾波器。不要求這種框架結構是一個獨立的器件，但可以成形于某一光學器件的其它部分以便對今后器件的進一步小型化。
基底框架最好是環(huán)形的，如熱圈，并且這種環(huán)形架具有比較適當的熱膨脹系數，可以在一個較大的溫度范圍內穩(wěn)定濾波器的中心波長。同時，由于鍍膜層的殘余應力的消除及第一個基座的變形，帶通仍保持其所需的四方形狀。
選好備用的尺寸相當的圓環(huán)。該圓環(huán)由具有環(huán)境穩(wěn)定性和相應的熱膨脹系數的材料所做，選擇α作為熱膨脹系數，這樣合成后的器件具備了濾波器自身固有的d(CWL)/d T和由環(huán)形器件更大的α值引起的外部張力間的平衡狀態(tài)。雖然可以用陶制品或光學玻璃作為獨立式濾波器的基底，但金屬環(huán)更為理想，如普通的墊圈。相對于薄膜層內的金屬氧化物，具有很大的微分熱膨脹系數的金屬環(huán)會拉伸濾波器以平衡濾波器本身的CWL飄移。不銹鋼則是尤為可選材料，因為可以根據它的CTE區(qū)分等級，這種等級超過應用于WDM中的首選光學玻璃的等級范圍。如SS410等級的CTE為103×10-7而SS302的CTE為179×10-7/°K。
另外，在將濾波器從其暫時的基座上移出前，可以先粘在已選好的基底上，但并不是永久地連接到鍍膜層的表面。例如， 這種框架可以被鍍上一層熱塑性塑料或熱固樹脂，如粘度適當的環(huán)氧膠。這樣，釋放層就被擊活，將濾波器從它的基座上取下并將其限在關聯的框架器件上。每個濾波器都能夠通過固化粘接被永久性地被固定到框架上。由于一個框架基底的裝配物很容易以共面陣列形式相互分開，并且可以同時被固定以取下獨立的一定大小的濾波器，所以這一方法具有高產量兼容性。由于環(huán)氧膠的粘性，每個獨立式薄層只是暫時性的處于初始的應力態(tài)，當加熱環(huán)氧膠到固化溫度就減少了粘度，這樣來自于基座的凈應力仍然會在永久性地粘接前被釋放出來，這種永久性的粘接是使濾波器穩(wěn)定化的一個必要條件。
由于無需單獨的操作這種仍然很精小和獨立式濾波器件，這種框架裝配物為今后的操作和質量保證步驟提供了一定程度簡單化制造。例如，今后對共面陣列式器件的拆卸將會拆下大量的獨立濾波器或框架器件，而且其中的獨立式濾波器/框架基底會被取下并同時被裝入一個更大的光學器件中。
由于圖6是用作演示圖而不是限制范圍圖示，就應當指出結構中的一個對稱熱應力在某些應用中是可以得到的，相應地，第二個框架層可以被粘附或連接到濾波器的另一相對面上以做成如圖7所示的薄層結構。光學裝配物71包括一個通過粘接層73a被固定或粘接到濾波器74的第一個表面上的框架基底72，另一個通過粘接層73b被粘接到濾波器74的第二個表面上的框架基底75?；蛘?，也可以將第二個框架基底75粘接或固定到濾波器74和第一個框架基底上。可以采用鉗夾和功能性粘接濾波器74，將第一個框架基底粘接或固定到第二個框架基底上，減少對粘接層73a和/或73b的依賴。
圖8是將獨立式多層絕緣濾波器的外圍固定在環(huán)形框架的透視圖。
圖6和圖7中框架/濾波器部件的優(yōu)勢是基座的分層避免了基座另一表面發(fā)出的涅耳反射(此表面與第一個端相向，不是將多層干涉濾波器放置在第一個表面上就是連接在第一個端面上)。因此，當干涉鍍膜層不與另一個光學器件的表面接觸時，也就免去了額外的費用和給基座的第二個表面提供一個具有高增透性能的復雜器件。
雖然已用相當詳細描述并配以一定量的優(yōu)化裝置(版本)對本發(fā)明進行描述，但出現其它版本也是可能的，例如，由于對帶通濾波器不產生限制，穩(wěn)定光纖的光譜特性也是可取的，因此，所附權利要求書的精神和范圍不能只限于本文中所述的首選優(yōu)化裝置(版本)。
權利要求
1.一種制作具有充分減少的凈應力的多層干涉濾波器用的方法，該方法包括以下幾個步驟a)提供第一個基底；b)在上述第一基底上淀積一層總厚度大于8微米的可取下的多層干涉濾波器；c)將此多層干涉濾波器從該第一個基底上取下，以形成一獨立的濾波器。
2.根據權利要求1所述的方法，其中在沉積所述可取下的膜層之前提供以脫模的措施。
3.根據權利要求2所述的方法，其中該脫模的措施為一脫模層，所述脫模層以不連續(xù)的圖案淀積在第一個基底上，從而使每個獨立的多層干涉濾波器以其橫向尺寸與此不連續(xù)圖案對應地從此第一基底上脫模。
4.一種制作具有充分減少的凈應力的多層干涉濾波器用的方法，該方法包括以下幾個步驟a)提供第一個基底；b)在上述第一個基底上淀積一凈應力大于50Mpa的可取下的多層干涉濾波器；c)將此多層干涉濾波器從該第一個基底上取下，以形成一獨立的濾波器；d)將此多層干涉濾波器從該第一個基底上取下，從而使凈應力減少到小于原始凈應力的50％。
5.一種形成濾波器組件用的方法，該方法包括以下幾個步驟a)將一多層光學濾波器淀積在一基底上；b)將一框架件固定到該多層光學濾波器外表面的不連續(xù)部分上；c)將該框架件和多層光學濾波器部分從該基底上取下，以使多層干涉濾波器并置覆蓋在由該框架件限定的孔徑上。
6.一種多層光學干涉濾波器，包括a)至少兩個光學腔；i)該光學腔所具有的光學厚度會導致一個1到2微米間的中心波長的通帶范圍；b)一介質反射器堆，包括一交錯順序的兩層或多層的具有第一折射率的材料和具有更高折射率的第二種材料；c)所述濾波器至少有一個中心區(qū)域未受基底支撐并且基本上無應力。
7.一種光學濾波器組件，包括a)一具有第一個平表面的框架件，并且該平表面基本上圍繞其中的中心開口；b)一多層干涉濾波器，其第一個表面與上述框架件的平表面相連接，以限定一供所述多層干涉濾波器通過的無阻礙的光學孔徑。
8.一種將光通信信號通道分開的方法，包括a)提供至少一個光波導；b)提供一光學元件，該光學元件選自由第二個輸出波導、探測器、發(fā)射器和光學調制器組成的組中；c)于輸入波導和輸出波導之間設置一濾波器組件，其包括i)一具有第一個平表面的框架件，并且該平表面基本上圍繞其中的中心開口；ii)一多層干涉濾波器，其第一個表面與上述框架件的平表面相連接，以限定一供所述多層干涉濾波器通過的無阻礙的光學孔徑；d)從而使具有第一種特征波長的至少一個光信號通道通過位于光波導和光學元件間的通路上的濾波器組件的光學孔徑，并且一共同傳播的光信號被多層干涉濾波器反射。
9.一種基本上沒有殘余應力的多層干涉濾波器，其在大約0到70°C的溫度范圍內所具有的中心波長偏移小于2pm/℃
10.一種光學濾波器組件，包括a)一具有第一個平表面的框架件，并且該平表面圍繞其中的中心開口；b)一多層干涉濾波器，其第一個表面與上述框架件的平表面相連接，以限定一供所述多層干涉濾波器通過的無阻礙的光學孔徑。
11.根據權利要求10所述的光學濾波器組件，其中該框架是由其熱膨脹系數大于組成所述多層干涉濾波器的至少一種材料的熱膨脹系數的材料構成。
12.一種光學濾波器組件，包括a)一具有第一個平表面的框架件，并且該平表面圍繞其中的中心開口；b)一具有第一個表面的多層干涉濾波器；c)用來固定所述框架件的平表面的裝置，以限定一供所述多層干涉濾波器通過的無阻礙的光學孔徑。
全文摘要
將一個多層光干涉濾波器做成小型的獨立的濾光元件時，處于完全無應力狀態(tài)以保持其光學性能，這一多層光干涉濾器內的各種光孔被介質反射器粘合物分開以便在帶通和反射區(qū)間獲得一個非常窄的帶通區(qū)或高強度傳播區(qū)。將濾波器從以一定方式裝配的基座上取下從而大大地減小應力以保持所得的獨立多層薄膜器件結構的完整性。此結構可以再被固定或連接到光學器件上以抑制中心波長中的一個熱飄移，這種抑制方法并未增加應力或在通過濾波器的光路內引入一個大體積的基座。
文檔編號G02F1/01GK1430095SQ0212024
公開日2003年7月16日 申請日期2002年5月21日 優(yōu)先權日2001年11月14日
發(fā)明者喬治·J·奧肯福斯, 羅伯特·E·克林格 申請人:Jds尤尼費斯公司