專利名稱：一種單纖三向消偏振截止濾光片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖通訊領(lǐng)域中的濾光片領(lǐng)域，更具體的說是一種一種單纖三向消偏振截止濾光片。
背景技術(shù)：
隨著用戶端視頻點播、電子商務(wù)、端對端等新型業(yè)務(wù)的興起，則必然要求在用戶端進行集成的音頻、視頻、數(shù)據(jù)傳輸。單纖三向技術(shù)是在無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)的光接入網(wǎng)(OAN)實現(xiàn)音頻、視頻、數(shù)據(jù)集成傳輸?shù)囊粋€主要技術(shù)之一，是目前國際上正在開發(fā)的光通訊技術(shù)熱點。重點是一個光接入網(wǎng)單纖的三向分波合波，現(xiàn)有技術(shù)中光信號從光線路終端(OLT)傳送到光網(wǎng)絡(luò)終端(ONT)，其中1490nm波段承載數(shù)據(jù)信號，1550nm承載有線電視信號，1310nm承載上行反饋信號，要求在光網(wǎng)絡(luò)終端(ONT)內(nèi)對這三個波段實現(xiàn)分波合波。
通用的技術(shù)是用光學(xué)薄膜實現(xiàn)無源光網(wǎng)絡(luò)的波分復(fù)用。通過三塊濾光片來實現(xiàn)不同波長的光線的分離，光接入網(wǎng)系統(tǒng)的接收模塊要求這三塊濾光片的光線入射角度是45度。而斜入射會造成S偏振光和P偏振光的特性產(chǎn)生分離，造成自然光從通帶位置到截止位置這一段曲線不平滑、不陡峭。特別是對第1片的三分波濾光片，在45°大角度入射時截止位置邊緣的1540nm與通帶位置邊緣的1500nm僅相距40nm，濾光片的光譜特性除了要滿足光接入網(wǎng)系統(tǒng)對插損、隔離度等要求外，還要特別要求透過率曲線非常陡，因此這塊濾光片的制備難度要遠高于傳統(tǒng)的第2和第3塊濾光片。目前國內(nèi)外只有極少數(shù)的濾光片供應(yīng)商能生產(chǎn)此三分波濾光片，但普遍還存在S分量與P分量截止位置不重合的偏振截止分離問題，影響了濾光片偏振相關(guān)損耗的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，設(shè)計一種能滿足透過率曲線非常陡峭、插損低，消除偏振影響的單纖三向消偏振截止濾光片。
本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)其發(fā)明目的。
本發(fā)明提供了一種單纖三向消偏振截止濾光片，包括基片和鍍膜層，鍍膜層的膜系結(jié)構(gòu)為G|{0.5L(HL)^30.13 H(LH)^30.5L}^4|A，其中低折射材料為SiO2，高折射率材料為Ta2O5，G代表基片，A代表空氣，^3或^4代表周期數(shù)，0.13為失調(diào)因子、0.5代表了光學(xué)厚度為O.5個四分之一中心波長，中心波長為1590nm。
采用矩形多半波帶通濾光片可以制備出窄帶寬，高透射率并且深抑制的濾光片，其基本結(jié)構(gòu)為G|[(HL)S1H 2mL H(LH)S1L]S2|G(1)式中G代表基片，S2為周期數(shù)，S1為主膜系層數(shù)，m為干涉級次。
把(1)式基本結(jié)構(gòu)修改成G|
S2|G (2)失調(diào)因子ρ＝2m時就是一般的截止濾光片，它們在光線傾斜入射時P分量和S分量發(fā)生分離，形成偏振。在ρ≠2m時就可得到消偏振的截止濾光片。ρ值是消偏振截止濾光片設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)，可以通過先設(shè)定ρ＝2m計算出S1、S2，然后再通過邊界條件、選用的高折射率材料和低折射率材料的參數(shù)計算出ρ。
為提高光線1490±10nm的透過率，通過計算機優(yōu)化，在主膜系加鍍匹配膜，最后膜系結(jié)果為G|2H{0.5L(HL)^30.13 H(LH)^30.5L}^4(2.38H)^1(1.41L)^1|A匹配膜的膜系結(jié)構(gòu)為在基片與主膜系之間加鍍2H，在主膜系外側(cè)加鍍(2.38H)^1(1.41L)^1。
本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有以下突出的實質(zhì)性特點和顯著的進步1.采用本膜系結(jié)構(gòu)的濾光片可以同時具備窄帶寬、高透射率、深抑制并且能夠消偏振截止的特點；2.本發(fā)明膜系結(jié)構(gòu)克服了在大角度入射下S分量與P分量截止位置不重合的偏振截止分離問題，消除了偏振分離影響。
3.為一種在45度入射下偏振分量截止位置重合的消偏振截止的濾光片，透過率曲線陡峭、插損低，消除偏振分離影響，滿足了光接入網(wǎng)單纖三向系統(tǒng)的要求；4.本發(fā)明加上另外兩塊濾光片的配合，使這三塊濾光片構(gòu)成的器件能夠很好地在接入網(wǎng)光纖到家這一段實現(xiàn)上行傳輸1490nm、1550nm波段的光信息，并下行傳輸1310nm波段光波作為反饋信息，將可廣泛應(yīng)用于光接入網(wǎng)建設(shè)中鋪開的光線路終端、光網(wǎng)絡(luò)終端中。


圖1為本發(fā)明引用于光接入網(wǎng)系統(tǒng)單纖三向分波合波示意圖；圖2為本發(fā)明理論計算的插損曲線圖；圖3本發(fā)明實際測得的插損曲線圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的說明。
光接入網(wǎng)(OAN)單纖三向技術(shù)是實現(xiàn)光纖到戶的一個主要技術(shù)之一，是目前國際上正在開發(fā)的光通訊技術(shù)熱點。光接入網(wǎng)單纖三向系統(tǒng)中，大角度入射造成偏振光分裂是限制信道分離的一個重要因素。如圖1所示，無源光接入網(wǎng)的下行采用兩個傳輸窗口1550nm和1490nm，分別承載有線電視模擬信號和數(shù)據(jù)信號，上行采用1310nm窗口波長。因此無源光網(wǎng)絡(luò)在光線路終端(OLT)、光網(wǎng)絡(luò)終端(ONT)需要波分復(fù)用器對這三個傳輸窗口的波長進行分波/合波。通用的系統(tǒng)均采用濾光片實現(xiàn)無源光網(wǎng)絡(luò)的波分復(fù)用濾光片1高透1490nm波長的光，而高反1310、1550nm波長的光；濾光片2高透1550nm波長的光，而高反1310nm波長的光；濾光片3高反1550nm波長的光。光接入網(wǎng)系統(tǒng)的接收模塊要求這三塊濾光片的光線入射角度是45度。
本發(fā)明運用光學(xué)薄膜消偏振截止原理，設(shè)計并研制了一種單纖三向消偏振截止濾光片作為濾光片1，克服了必須在大角度入射下S分量與P分量截止位置不重合的偏振截止分離問題，消除了偏振分離影響。本發(fā)明設(shè)計的原理如下在上述公式(2)中失調(diào)因子ρ＝2m時就是一般的截止濾光片，在光線傾斜入射時P分量和S分量發(fā)生分離，形成偏振。在ρ≠2m時就可得到消偏振的截止濾光片。因此ρ值是消偏振截止濾光片設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)，下面對ρ值的計算進行公式推導(dǎo)。
式(2)的結(jié)構(gòu)也可以寫成G|[(0.5L H 0.5L)S1(0.5LρH 0.5L)(0.5L H 0.5L)S1]S2|G (3)式(3)是由三個對稱膜系組成的周期性膜系，因為對稱膜系a1A1a2A2...anAn...a2A2a1A1的特征矩陣和單層膜的特征矩陣具有相同性質(zhì)，在數(shù)學(xué)上可以等效為單層膜[8]，根據(jù)式(3)膜系的干涉矩陣為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，波數(shù)g＝λ/λ0，λ0是中心波長，ηH和ηL分別表示H、L材料的等效折射率。
化簡式(4)可得M11=cos{S2arccos[cos(2S1δ1)cosδ2-12(η2η1+η1η2)sin(2S1δ1)sinδ2]}---(6)]]>當|M11|＞1時，等效光學(xué)導(dǎo)納是虛數(shù)，等效位相厚度是復(fù)數(shù)，表示的是膜系的高反區(qū)；當|M11|＜1時，等效光學(xué)導(dǎo)納和等效位相厚度都是實數(shù)，對應(yīng)于膜系的透射帶；|M11|＝1對應(yīng)膜系截止位置，兩膜系消偏振點必須對應(yīng)兩膜系截止位置重合。
因此根據(jù)式(6)，當選定S1、S2值后，M11僅是ρ和g的函數(shù)。在斜入射時，對S、P分量，在截止位置分別有 要消除偏振，即令兩偏振分量截止位置重合，此時
gs＝gp(8)把(8)式代入方程組(7)可以求出ρ值的解，此ρ值即為滿足兩偏振分量截止位置(單側(cè))重合時所得的值。
對于第一塊波濾光片，見圖1，要使1490nm光波與1550nm和1310nm兩光波的分離，可以用周期對稱膜系失調(diào)中心間隔層的消偏振截止濾光片來實現(xiàn)。本發(fā)明采用Ta2O5作為高折射率材料，SiO2作為低折射材料為，要求1490±10nm透射率大于95％，1310±50nm與1550±10nm的反射率大于99％(20db)，依據(jù)通帶寬度和截止度確定S1為3和S2為4后，運用消偏振截止原理解出ρ值為0.13。
為提高光線1490±10nm的透過率，通過計算機優(yōu)化，在主膜系加鍍匹配膜，最后膜系結(jié)果為G|2H{0.5L(HL)^30.13H(LH)^30.5L}^4(2.38H)^1(1.41L)^1|A，nH＝2.065，nL＝1.465，中心波長為1590nm，在45度入射下的理論光譜特性如圖2所示。
采用本膜系結(jié)構(gòu)在萊寶APS1104的鍍膜機器上進行鍍膜，高低折射率材料選取Ta2O5和SiO2，基片使用K9玻璃，監(jiān)控波長是1590nm。將所鍍樣品用Lamda900分光光度計測量，測試角度是45度，分別測量S、P光的光譜，如圖3所示?？梢?，所鍍樣品的S分量與P分量在1490～1550nm之間的截止位置基本重合，達到消偏振截止效果。
該截止位置偏振截止分離量Δλ＝|λES-λEP|＝3.6nm，而偏振截止分離量的理論計算結(jié)果為Δλ＝|λES-λEP|＝3.8nm。實驗結(jié)果與理論結(jié)果接近。
因此，鍍制的樣品證明了本論文的消偏振截止設(shè)計效果顯著，可以應(yīng)用于無源光接入網(wǎng)中。這塊濾光片加上另外兩塊濾光片的配合，使這三塊濾光片構(gòu)成的器件能夠很好地在接入網(wǎng)光纖到家這一段實現(xiàn)上行傳輸1490nm、1550nm波段的光信息，并下行傳輸1310nm波段光波作為反饋信息。
權(quán)利要求
1.一種單纖三向消偏振截止濾光片，包括基片和鍍膜層，其特征是鍍膜層的膜系結(jié)構(gòu)為G|{0.5L(HL)^30.13H(LH)^30.5L}^4|A其中低折射材料L為SiO2，高折射率材料H為Ta2O5，G代表基片，A代表空氣，{0.5L(HL)^30.13H(LH)^30.5L}^4為主膜系，中心波長為1590nm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單纖三向消偏振截止濾光片，其特征是在主膜系上還鍍有消除通帶波紋的匹配膜，加鍍匹配膜后的膜系結(jié)構(gòu)為G|2H{0.5L(HL)^30.13H(LH)^30.5L}^4(2.38H)^1(1.41L)^1|A匹配膜的膜系結(jié)構(gòu)為在基片與主膜系之間加鍍2H，在主膜系外側(cè)加鍍(2.38H)^1(1.41L)^1。
全文摘要
本發(fā)明涉及光纖通訊領(lǐng)域中的濾光片領(lǐng)域，目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，設(shè)計一種能滿足透過率曲線非常陡峭、插損低，消除偏振影響的單纖三向消偏振截止濾光片。包括基片和鍍膜層，鍍膜層的膜系結(jié)構(gòu)為G|2H{0.5L(HL)
文檔編號G02B5/20GK1632625SQ20041007777
公開日2005年6月29日 申請日期2004年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月30日
發(fā)明者江紹基, 張甫光, 劉艷, 汪河洲 申請人:中山大學(xué)