專利名稱：一種大功率可變光學(xué)衰減片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種可變光衰減片，厲于光通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及 到無(wú)源光器件技術(shù)領(lǐng)域.
背景技術(shù)：
可變光功率衰減器(variable optical attenuator, VOA )是光纖通信系 統(tǒng)中的重要元器件，實(shí)現(xiàn)該功能器件的方案很多，但非常普遍的一種是信 號(hào)光從一銅通過光學(xué)衰減片，在光學(xué)衰減片的另外一銅有信號(hào)接收裝置. 當(dāng)光學(xué)衰減片沿著確定的方向移動(dòng)時(shí)，經(jīng)過該光學(xué)衰減片的光信號(hào)就有不 同程度的損耗，從而可制成所謂的VOA. VOA的關(guān)鍵部件為光學(xué)衰減片。
實(shí)現(xiàn)光學(xué)衰減片的方案也很多，如中國(guó)專利"一種光連續(xù)可變衰減片的 制備方法和實(shí)現(xiàn)裝置"CN03128173.7,如困1所示，它是在玻璃基片101 上鍍金屬吸收膜102，金屬膜的厚度沿基片長(zhǎng)度方向是逐變化的，當(dāng)光沿 著厚度變化的金屬膜移動(dòng)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)的光功率的衰減.但由于其主要 是通過金厲膜對(duì)光的吸收原理來(lái)實(shí)現(xiàn)光功率的衰減，當(dāng)光功率比較大時(shí)， 例如光功率大于300亳瓦，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)會(huì)將金厲膜燒壞，所以該方案的光 學(xué)衰減片不能支持大功率輸入，而本實(shí)用新型所利用的主要是金厲膜對(duì)光 功率的反射來(lái)達(dá)到對(duì)光的衰減，這就解決大功率光輸入的問趙.
另外一類的專利是在玻璃基片上鎮(zhèn)比較厚的金厲膜，設(shè)計(jì)加工掩膜板， 利用光刻和腐蝕的方法，在金屬膜上形成許多設(shè)計(jì)好的孔，孔的密度或大 小是變化的.當(dāng)信號(hào)光經(jīng)過這類光學(xué)衰減片時(shí)，有孔的地方透光，形成對(duì) 光信號(hào)的衰減，美國(guó)專利Design of a variable attenuator and fabrication of its shutter element. US 6,480,662 Bl，涉及這類技術(shù).如圖2所示，在透 光的M 201上形成許多不透光的小圃孔202,然后過渡到在不透光的金 屬膜上形成許多透光的小圃孔203。為保證器件的分辨率，并考慮到工藝 限制，圃孔的尺寸大約為2傲米.但是該專利所設(shè)計(jì)的樸板數(shù)據(jù)i非常大， 因?yàn)橐粋€(gè)光學(xué)衰減片的典型物理尺寸為3毫米寬，10亳米長(zhǎng)，按照這個(gè)尺 寸去估算，大約需要200多萬(wàn)個(gè)孔，數(shù)據(jù)jt非常大，需要用大型計(jì)算機(jī)設(shè) 計(jì)，成本很高.本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的模板數(shù)據(jù)量大大減少，成本低，且傪 改或改進(jìn)方便.
另外一個(gè)美國(guó)專利Variable optical attenuator. US 6404970，該專利描 述沿著光移動(dòng)的方向透光孔尺寸在變化，而垂直于光斑移動(dòng)方向的透光
孔的數(shù)目幾乎不變，這樣孔的總數(shù)目大大減小了.為了消除波長(zhǎng)相關(guān)損耗 等問趙，每個(gè)透光孔的形狀不一樣，呈現(xiàn)無(wú)規(guī)則特性.但是由于透光孔形 狀的無(wú)規(guī)則會(huì)導(dǎo)致器件的偏振相關(guān)損耗增大，影響器件的正常使用.而本 實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的透光孔的形狀是對(duì)稱分布的，解決了器件的偏振相關(guān)損
耗問趙；而且透光孔的列與列之間的位置引入了隨機(jī)分布，同時(shí)解決了波 長(zhǎng)相關(guān)損耗的問趙.
另外，上述專利為了避免打到光學(xué)衰減片上的光信號(hào)被反射回出光墻 口，入射光將以一定的角度入射到光學(xué)衰減片而不是垂直入射，這樣要求 接收端的光纖也要以匹配的角度接收出射光，從面為對(duì)準(zhǔn)封裝帶來(lái)了難度. 光學(xué)衰減片上零分貝損耗的位置應(yīng)該是沒有擋光薄膜位置，或者說(shuō)是透光 孔很大，大于光斑的尺寸.由于玻璃的表面反射，很難達(dá)到零分貝損耗. 而本實(shí)用新型采用的是表面鍍有增逸醭的楔角玻璃片，同時(shí)解決了準(zhǔn)值封 裝問趙以及零分貝損耗問題.
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型克服目酋傳統(tǒng)可變光衰減器的技術(shù)問趙，提供了一種大功 率衰減可變光學(xué)衰減片，它能夠真正支持大功率輸入，器件模板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) :l:小，制作成本低.
本實(shí)用新型的目的是采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 一種大功率衰減可變光 學(xué)衰減片，其結(jié)構(gòu)為玻璃基片上鏡制有一層很厚的金厲反射膜，金屬反射 膜上制作有預(yù)先設(shè)計(jì)的多個(gè)透光孔，每列所述透光孔數(shù)i保持相同，透光 孔面積沿著玻璃基片長(zhǎng)度方向遂漸增大，其特征在于每個(gè)透光孔是軸對(duì) 稱或者點(diǎn)對(duì)稱分布形狀，所述同列中的各透光孔之間Y向均布，各列透光 孔在Y向相對(duì)于玻璃基片中心線N隨機(jī)分布，每列透光孔之間隨機(jī)分布的 幅度大于0，小于或等于2徼米，
透光孔^形狀是點(diǎn)對(duì)稱或者i對(duì)稱的，解決了器件的偏振相關(guān)損耗問 趙；而且透光孔的列與列之間的位置引入了隨機(jī)分布，同時(shí)解決了波長(zhǎng)相 關(guān)損耗的問趙.
如上所述的大功率衰減可變光學(xué)衰減片，其特征在于每列透光孔之 間隨機(jī)分布的樁度小于l傲米.
如上所述的大功率衰減可變光學(xué)衰減片，其特征在于所述透光孔在 沿光斑移動(dòng)方向的面積分布呈指數(shù)分布，或帶傪正系數(shù)的指數(shù)分布.
如上所述的大功率衰減可變光學(xué)衰減片，其特征在于所述玻璃基片 采用楔角型玻璃基片，采用的楔角玻璃片，解決了準(zhǔn)直封裝問趙。
如上所述的大功率衰減可變光學(xué)衰減片，其特征在于所述楔角型玻 璃基片兩面或者一面鍍有一層增透薄膜.采用的楔角玻璃片表面鍍有增透 膜解決了零分貝損耗問趙.
如上所述的大功率衰減可變光學(xué)衰減片，其特征在于玻璃基片上鍍
制的所述金厲反射膜厚度分布均勻，并且衰減量騫要大于50dB.
本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)
本實(shí)用新型涉及的大功率衰減可變光學(xué)衰減片具有低的偏振相關(guān)損耗 以及波長(zhǎng)相關(guān)損耗，能夠真正支持大功串輸入，器件楔板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)l:小， 制作成本低，有效克傲了傳統(tǒng)可變光衰減片的缺點(diǎn).
附困說(shuō)明
困i —傳統(tǒng)的小功率可變光衰減片；其中101玻璃基底，102金屬 薄鹿,
困2——CN03128173.7的可變光衰減片；其中201玻璃基底，202圃 形金厲膜，203圃形透光孔.
圖3—本實(shí)用新型實(shí)施例的大功率可變光衰減片的結(jié)構(gòu)示意圖；其 中，301玻璃基底，302金厲反射膜，303透光孔，N玻璃基底中心線.
具體《施力《
下面結(jié)合附田和實(shí)施例來(lái)對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說(shuō)明.
參見困3. —種大功率可變光學(xué)衰減片，由玻璃基片301上鍍制一層 很厚的金厲反射膜302，并在其上制作出預(yù)先設(shè)計(jì)的透光孔303組成，沿 著玻璃基片301長(zhǎng)度方向(-X方向)透光面積逐漸增大，實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)度方 向光衰減i的連續(xù)變化.
如困3所示，在該實(shí)施例中，采用的玻璃基底301的楔角通常為0.5 度，然后在楔角玻璃基片上鍍制1310mn至1550nm波長(zhǎng)的寬帶增透膜， 或者是1310nni或1550nm單波長(zhǎng)增透膜.接若在?；昊襄冎扑pi 超過50dB的金屬反射膜302，金屬反射膜可以是單層金厲膜如Ni， Al等， 也可以是多層如兩層金厲膜，如Ti/Au雙層金厲膜.然后在金厲膜上邇過 普通的光刻以及遂法腐蝕或RIE干法刻蝕的方法制作透光孔.在本實(shí)施例 上，基片總長(zhǎng)度為lOimn，其一端如lmm長(zhǎng)為全透光孔，而另 一端如linm 長(zhǎng)為全金屬膜；中間約8mm長(zhǎng)的金厲膜上分布著預(yù)先設(shè)計(jì)好的透光孔， 每個(gè)透光孔303為軸對(duì)稱分布的長(zhǎng)方形，沿基片長(zhǎng)度方向，方形透光孔的 長(zhǎng)度從80um逐漸減小到2um，而寬度從20um逐漸減小到2uin;行與行 透光孔的間距為固定值，如20uin;由于每列透光孔的數(shù)目面定，則列與 列透光孔的同距從約2tmi逐漸增加到約柳uni.為了消除衰減片的波長(zhǎng)相 關(guān)損耗，每列透光孔的位置并不是整齊排列的，而是在困示的Y方向相對(duì) 與玻璃基底中心線N隨機(jī)分布，即各列的透光孔在Y向髙低有錯(cuò)位，并且 隨機(jī)分布的椿度小于1傲米.當(dāng)?shù)湫统叽鐬?00uin的光斑從全透光區(qū)域開 始沿玻璃基片302的長(zhǎng)度方向(沿圖示的X向)由右向左移動(dòng)時(shí)，透光孔 的面積逐漸減小，透射光的衰減椿度逐漸增大，從而實(shí)現(xiàn)了光強(qiáng)的可變衰 減.
本實(shí)施倆中的透光孔303為軸對(duì)稱分布的長(zhǎng)方形，但只要是對(duì)稱分布
的任何形狀都是可行的，比如軸對(duì)稱分布的多邊形，或者是中心對(duì)稱的圃 形、正多:J^.
所述的可變光衰減片，每列透光孔的位置在橫向(田中的X向)并不 是整齊排列的，這樣既破壞了透光孔的局部瓶則分布，遊免了多光東干涉 現(xiàn)象帶來(lái)的不利影響，又保證了器件光功率衰減具有商的分辨率.實(shí)驗(yàn)發(fā) 現(xiàn)，當(dāng)位置隨機(jī)分布的樁度大于2徼米時(shí)，器件損耗變化的分辨率變壞， 超過了豫定值.
所述的可變光衰減片，為了實(shí)現(xiàn)器件的線性衰減(以分貝為單位)，透 光孔在沿光斑移動(dòng)方向的面積分布不能為線性分布，應(yīng)該呈指數(shù)分布.實(shí) 際上，由于工藝實(shí)現(xiàn)上的誤差等因素，理想的面積指數(shù)分布函數(shù)不能實(shí)現(xiàn) 完美的線性衰減，賽要引入修正項(xiàng)，如在指數(shù)面積分布函數(shù)的基礎(chǔ)上加入 一項(xiàng)線性項(xiàng)，所以稱為修正了的指數(shù)分布函數(shù).
沿光斑移動(dòng)方向，透光孔面積的占空比分布呈指數(shù)分布的一個(gè)實(shí)例如
下
m*{a*10L 1 -k*(—-x)}x{b*10Lm* -k*p-x)} _h__h
h*2400
其中，k=0， m"33為透光孔列數(shù)，x為光斑移動(dòng)方向的位置坐標(biāo)，L為整 個(gè)芯片的長(zhǎng)度，h指透光孔行間間距，a和b為單元孔尺寸，k為非線性 調(diào)節(jié)因子，
為了##衰減曲線的非線性，采用的透光孔在沿光斑移動(dòng)方向的面積 分布呈指數(shù)分布的另外一個(gè)實(shí)例如下
h*2400
各個(gè)參數(shù)的含義同上.將非線性項(xiàng)系數(shù)k按0. 005， 0.01, 0.013， 0.016， 0.018， 0.021， 0. 023， 0. 025， 0.03， 0.05等間隔選取.
權(quán)利要求1、一種大功率可變光學(xué)衰減片，其結(jié)構(gòu)為玻璃基片上鍍制有一層很厚的金屬反射膜，金屬反射膜上制作有預(yù)先設(shè)計(jì)的多個(gè)透光孔，每列透光孔數(shù)量保持相同，透光孔面積沿著玻璃基片長(zhǎng)度方向逐漸增大，其特征在于每個(gè)透光孔是軸對(duì)稱或者點(diǎn)對(duì)稱分布形狀，所述同列中的各透光孔之間Y向均布，各列透光孔在Y向相對(duì)于玻璃基片中心線N隨機(jī)分布，每列透光孔之間隨機(jī)分布的幅度大于0，小于或等于2微米。
2、 如權(quán)利要求l所述的大功率可變光學(xué)衰減片，其特征在于隨機(jī) 分布的每列透光孔之間隨機(jī)幅度小于1傲米.
3、 如權(quán)利要求1或2所述的大功率可變光學(xué)衰減片，其特征在于 所述透光孔在沿光斑移動(dòng)方向的面積分布呈指數(shù)分布，或帶修正系數(shù)的指 數(shù)分布.
4、 如權(quán)利要求1或2所述的大功率可變光學(xué)衰減片，其特征在于所述玻璃基片采用楔角型玻璃基片.
5、 如權(quán)利要求4所述的大功率可變光學(xué)衰減片，其特征在于所述楔角型玻璃基片兩面或者一面鍍有一層增透薄膜.
6、 如權(quán)利要求5所述的大功率可變光學(xué)衰減片，其特征在于玻璃 基片上鍍制的所述金厲反射膜厚度分布均勻，并且衰減i大于50dB。
專利摘要本實(shí)用新型是一種大功率可變光學(xué)衰減片，通過在表面鍍有增透膜的楔角玻璃基片上鍍制一層很厚的金屬反射膜，并在其上制作沿著基片長(zhǎng)度方向透光面積逐漸增大的透光孔，實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)度方向光衰減量的線性變化。這種光學(xué)衰減片的每個(gè)透光孔的形狀是對(duì)稱分布的，以減小衰減片的偏振相關(guān)損耗；并在小孔的排列位置上引入隨機(jī)分布，以減小衰減片的波長(zhǎng)偏振相關(guān)損耗。這種衰減片具有支持大光功率輸入，有低的偏振相關(guān)損耗以及低的波長(zhǎng)相關(guān)損耗的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G02F1/01GK201007744SQ20062016368
公開日2008年1月16日 申請(qǐng)日期2006年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月11日
發(fā)明者文 劉, 李林松, 王定理, 勇 羅, 肖清明, 馬衛(wèi)東 申請(qǐng)人:武漢光迅科技股份有限公司