專利名稱：光復(fù)用器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光復(fù)用器，它能在空間上將來(lái)自一根光纖波導(dǎo)的多波長(zhǎng)準(zhǔn)直光分配到各波長(zhǎng)帶中，其中每個(gè)波長(zhǎng)帶通向一單獨(dú)的光纖波導(dǎo)輸出線、光探測(cè)器等等，或者光復(fù)用器將這些單獨(dú)的波長(zhǎng)帶多路傳輸至一根公用的光纖波導(dǎo)或其它目的元件中。在某些較佳實(shí)施例中，經(jīng)本發(fā)明改進(jìn)的復(fù)用器特別適用于光纖通信系統(tǒng)的密集信道(dense channel)波分復(fù)用系統(tǒng)(DWDM)。
背景技術(shù)：
盡管光纖光纜正廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)傳輸和其它通信場(chǎng)合，但新安裝光纖光纜的費(fèi)用卻是增大承載容量的一個(gè)障礙。波分復(fù)用(WDM)可使不同的波長(zhǎng)在一條公用的光纖波導(dǎo)上傳輸。目前光纖傳輸媒質(zhì)的較佳波長(zhǎng)帶包括那些中心位于1.3μ和1.5μ的波長(zhǎng)帶。由于后一波長(zhǎng)帶吸收最小并且市場(chǎng)上可買到摻餌光纖放大器，所以特別受歡迎。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合，它具有大約10-40納米的有用帶寬。波分復(fù)用技術(shù)可將該帶寬分成多個(gè)信道。例如在理想情況下，可通過(guò)稱作密集信道波分復(fù)用(DWDM)的技術(shù)，將1.55μ波長(zhǎng)帶分成多個(gè)分立的信道(例如，8個(gè)信道、16個(gè)信道，或者甚至多到32個(gè)信道)。該技術(shù)成本低，實(shí)質(zhì)上能提高現(xiàn)有光纖傳輸線路上的長(zhǎng)距離通信量。波分復(fù)用可用來(lái)提供視頻節(jié)目點(diǎn)播和其它現(xiàn)有的或計(jì)劃的多媒體交互服務(wù)。但需要對(duì)不同的分立載波波長(zhǎng)進(jìn)行多路復(fù)用的技術(shù)和設(shè)備。也就是說(shuō)，必須將各個(gè)光信號(hào)合并至一公用光纖波導(dǎo)中，然后在光纖光纜的另一端再將其分成單一信號(hào)或信道。因此，對(duì)于光纖通信領(lǐng)域以及使用光學(xué)儀器的其它領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，有效合并然后從較寬的波譜源分出單一波長(zhǎng)(或波長(zhǎng)帶)的能力越來(lái)越重要。
已知光復(fù)用器可用于光譜分析儀，并且能在波分復(fù)用的光纖通信系統(tǒng)中合并或分離光信號(hào)。已經(jīng)使用了可實(shí)現(xiàn)該目的的公知設(shè)備，例如衍射光柵、棱鏡和各種類型的固定或可調(diào)的濾光器。光柵和棱鏡一般需要復(fù)雜而龐大的準(zhǔn)直系統(tǒng)，且發(fā)現(xiàn)在環(huán)境多變的狀態(tài)下它們的效率和穩(wěn)定性較差。實(shí)質(zhì)上可將諸如干涉涂層(interference coating)等固定波長(zhǎng)濾光器做得更穩(wěn)定，但它只能傳輸單個(gè)波長(zhǎng)或波長(zhǎng)帶。在這點(diǎn)上，用諸如離子輔助電子束蒸發(fā)、離子束濺射、反應(yīng)磁控管濺射等市場(chǎng)上公知的等離子淀積技術(shù)，可以生產(chǎn)由諸如氧化鈮(niobia)和二氧化硅等金屬氧化物制成的性能有很大改善的干涉涂層，例如在授于Scobey等人的美國(guó)專利第4,851,095號(hào)中對(duì)此有所揭示。這類涂覆方法可以制造由疊層電介質(zhì)光學(xué)涂層構(gòu)成的干涉腔式濾光器，其優(yōu)點(diǎn)在于密集且穩(wěn)定，薄膜散射低且吸收低，并且對(duì)溫度變化和環(huán)境濕度不敏感。附

圖1從理論上示出了用任何一種先進(jìn)的淀積方法制成的穩(wěn)定的三腔濾光器(傾斜12°)的波譜特性。可以看出，該波譜曲線滿足嚴(yán)格的應(yīng)用規(guī)格。
為了克服干涉濾光器的上述缺陷，即它們只傳輸單個(gè)波長(zhǎng)或單個(gè)波長(zhǎng)范圍的缺陷，已建議把多個(gè)濾光器聯(lián)合或組合在一個(gè)公用的平行四邊形棱鏡或其它公用的襯底上。例如在U.K.專利申請(qǐng)GB 2,014,752A的復(fù)用器中，將光濾光器組合在一起，以便分離在公用光波導(dǎo)上傳輸?shù)牟ㄩL(zhǎng)不同的光。至少將兩個(gè)透射濾光器相鄰地固定在一個(gè)透明的電介質(zhì)襯底上，每個(gè)透射濾光器透射分立的不同波長(zhǎng)的光，且反射其它波長(zhǎng)的光。將光濾光器布置成每個(gè)濾光器依次使一光束部分透射和部分反射，產(chǎn)生一Z字形光路。根據(jù)元件是被用作復(fù)用器還是去復(fù)用器，在每個(gè)濾光器處并入或分離特定波長(zhǎng)的光。類似地，在Oki電氣工業(yè)股份有限公司提交的歐州專利申請(qǐng)第85102054.5號(hào)中，推薦了一種所謂的混合光學(xué)波分復(fù)用器-去復(fù)用器，在該設(shè)備中，將多個(gè)透射率不同的分立的干涉濾光器安裝在玻璃塊的側(cè)面。授于Kunikani等人的美國(guó)專利第5,005,935號(hào)提出了一些相關(guān)的方法，在該方法中，為在中央電話交換機(jī)與用戶之間進(jìn)行雙向光纖通信而使用的波分復(fù)用光傳輸系統(tǒng)將多個(gè)分立的濾光元件安裝在平行四邊形棱鏡的各個(gè)表面。例如在授于Hicks，Jr的美國(guó)專利第4,768,849號(hào)中，提出了另一種在多個(gè)波長(zhǎng)帶上從主干線載波光信號(hào)中抽取選擇波長(zhǎng)的方法。在該專利中，將多個(gè)濾光器分接頭布置成可從主干線中分離出一系列波長(zhǎng)帶或信道，而每個(gè)濾光器用電介質(zhì)反射鏡和透鏡引導(dǎo)光信號(hào)。
就組裝成本和復(fù)雜性而言，將多個(gè)分立的濾光元件裝在棱鏡的表面或其它光學(xué)襯底上有很大的缺點(diǎn)。另外，在制造濾光器元件時(shí)其精確波長(zhǎng)不確定，由此產(chǎn)生一個(gè)與波分復(fù)用器和使用多個(gè)分立干涉濾光器元件的類似裝置相關(guān)的重大問(wèn)題。也就是說(shuō)，在制造復(fù)用器過(guò)程中，分開(kāi)制造各帶通濾光器元件，例如使用8個(gè)獨(dú)立帶通濾光器的裝置一般將要求大大多于8個(gè)的涂層塊以制成8個(gè)必要的合適的濾光器元件。帶通濾光器(尤其是處于紅外范圍內(nèi)的)非常厚，并需要復(fù)雜而昂貴的真空淀積設(shè)備和技術(shù)。因此，生產(chǎn)每個(gè)涂層塊昂貴且困難。為此，用例如8個(gè)分立干涉濾光器元件來(lái)制造8信道WDM器件的裝置已相當(dāng)貴，且沒(méi)有被市場(chǎng)完全接受。
與使用多個(gè)單獨(dú)帶通濾光器元件的光復(fù)用器相關(guān)的另一個(gè)問(wèn)題是需要將各元件接近完美平行地固定在一個(gè)光學(xué)襯底上。濾光器元件非常小，直徑一般為1.5毫米左右，因此難以精確操作。濾光器元件固定不當(dāng)會(huì)大大降低器件的光學(xué)精度和熱穩(wěn)定性。相關(guān)的問(wèn)題是必須在濾光器元件與光學(xué)襯底表面之間加入粘性媒質(zhì)。光信號(hào)路徑穿過(guò)粘結(jié)劑，造成系統(tǒng)性能劣化。在打算用于通信產(chǎn)業(yè)的光復(fù)用器中，光信號(hào)路徑中的環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)劑最好盡可能地少。
本發(fā)明的目的是提供改進(jìn)的光復(fù)用器，它能減少或完全克服現(xiàn)有公知器件中固有的一些或所有上述困難。鑒于本發(fā)明的以下揭示和一些較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的特殊目的和優(yōu)點(diǎn)對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員(即在本技術(shù)領(lǐng)域中富有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的人員)來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。

發(fā)明內(nèi)容
依照第一個(gè)方面，光復(fù)用器包括一個(gè)光學(xué)元件，該光學(xué)元件可以是玻璃或熔融石英之類的實(shí)心光學(xué)襯底，也可以是中空的(指抽空的或用空氣或其它光學(xué)透明電介質(zhì)填充的)封閉室。光學(xué)元件有一用于透過(guò)多波長(zhǎng)準(zhǔn)直光的光學(xué)端口。根據(jù)光復(fù)用器的應(yīng)用場(chǎng)合，可使多波長(zhǎng)準(zhǔn)直光通過(guò)光學(xué)端口，進(jìn)入光學(xué)元件，對(duì)其去復(fù)用，或者作為多路復(fù)用信號(hào)從光學(xué)元件輸入光纖傳輸線或其它目的地。多個(gè)端口沿光學(xué)元件的一個(gè)多端口表面相互間隔地排列。如以下結(jié)合一些較佳實(shí)施例所描述的，光學(xué)元件可以有不止一個(gè)這樣的多端口表面。這些多端口的每個(gè)端口可以透過(guò)一個(gè)信道的光信號(hào)。因此，每個(gè)端口透射由光學(xué)端口傳送的多波長(zhǎng)準(zhǔn)直光的一個(gè)波長(zhǎng)子范圍。在把該光復(fù)用器應(yīng)用于一個(gè)多信道通信系統(tǒng)的情況下，多端口的每個(gè)端口一般將通過(guò)單個(gè)分立的信道，且合并起來(lái)，諸信道形成由光學(xué)端口透射的上述多波長(zhǎng)準(zhǔn)直光。將厚度連續(xù)可變的干涉濾光器，最好是多腔干涉濾光器，置于光學(xué)元件的多端口表面上，以便提供上述多個(gè)端口。由于沿多端口表面延伸的該連續(xù)干涉濾光器在多個(gè)端口的每個(gè)端口有不同的光學(xué)厚度，所以濾光器在每個(gè)這樣的端口透過(guò)的波長(zhǎng)(或波長(zhǎng)范圍)將與其余端口透過(guò)的波長(zhǎng)不同。因此，最好直接淀積在光學(xué)元件表面上的單一薄膜會(huì)在分開(kāi)的位置上各自透過(guò)許多信道中一個(gè)信道的光信號(hào)，而反射其它波長(zhǎng)。如上所述，光學(xué)元件可以是實(shí)心的或中空的室。在實(shí)心光學(xué)元件情況下，載有厚度連續(xù)可變的干涉濾光器的多端口表面一般是該元件的外表面。如以下進(jìn)一步討論的，多端口表面的各端口可以是帶通濾光器，最好是窄帶通濾光器，它能透過(guò)與下一個(gè)相鄰端口的子范圍間隔小至2納米的波長(zhǎng)子范圍，或者對(duì)于DWDM，波長(zhǎng)帶間隔甚至更小。另一種情況是，多個(gè)端口中的一些或全部端口是二色性的，即為長(zhǎng)波通或短波通邊緣濾光器(short wavepass edge filter)，最好濾光器具有非常陡的過(guò)渡點(diǎn)。將每個(gè)端口的過(guò)渡點(diǎn)設(shè)置在稍長(zhǎng)(例如，2納米)(稍短)的邊界波長(zhǎng)上。在去復(fù)用情況下，由于已經(jīng)分離了較短(或較長(zhǎng))波長(zhǎng)上所有的光，所以每個(gè)端口將依次只通過(guò)或透射前一端口之邊界波長(zhǎng)外的增加范圍內(nèi)的光信號(hào)。依照上述工作原理，新端口邊界波長(zhǎng)外的光將被反射。
光復(fù)用器還包括用于沿多點(diǎn)傳輸路徑從多個(gè)端口中的一個(gè)至另一個(gè)使光在光學(xué)元件內(nèi)階梯形傳輸?shù)难b置。在去復(fù)用情況下，光信號(hào)將在上述光學(xué)端口處輸入光學(xué)元件，并沿上述多點(diǎn)傳輸路徑傳輸?shù)蕉鄠€(gè)端口(在本情況下，起輸出端的作用)。每個(gè)單獨(dú)信道的信號(hào)在其相應(yīng)的端口透射出光學(xué)元件；其它波長(zhǎng)則被反射或折回，以便在光學(xué)元件內(nèi)沿光傳輸路徑進(jìn)一步階梯形傳輸。應(yīng)該理解，在最后的輸出端，不再有需要反射的剩余光。由上述說(shuō)明還應(yīng)理解，光復(fù)用器可以逆向工作，或雙向工作。階梯形傳輸裝置最好包括一個(gè)置于光學(xué)元件第二表面上的反射膜，反射膜可以是復(fù)蓋階梯形傳輸光信號(hào)之多點(diǎn)傳輸路線的連續(xù)涂層，或者是多個(gè)分立的反射元件。最一般的光學(xué)元件是直線性的，它在光學(xué)元件的第二表面上有反射膜，其中第二表面與載有上述連續(xù)干涉濾光器的多端口表面相對(duì)且平行。該第二薄膜可以是寬帶的高反射膜，即是高度反射所有信道波長(zhǎng)(這些波長(zhǎng)合并起來(lái)可形成所述多波長(zhǎng)準(zhǔn)直光)的薄膜涂層，或者起第二干涉濾光器的作用，在隔開(kāi)的位置(即在一些或每個(gè)反射點(diǎn))上透過(guò)一個(gè)或多個(gè)信道的光信號(hào)。在任何一種情況下，光學(xué)元件之間隔表面上的干涉濾光器和反射膜使通過(guò)光學(xué)元件的光信號(hào)從透過(guò)多波長(zhǎng)準(zhǔn)直光的光學(xué)端口開(kāi)始(或終止)沿一條多反射序列階梯形傳輸。以下將結(jié)合一些較佳實(shí)施例進(jìn)一步描述此多反射階梯形傳輸。
附圖概述以下將參照附圖討論本發(fā)明的一些較佳實(shí)施例，其中圖1是一曲線圖，示出了高質(zhì)量多腔電介質(zhì)光學(xué)干涉濾光器的理論特性曲線；圖2是光復(fù)用器第一較佳實(shí)施例的示意圖，具體地說(shuō)，它是用于8信道光纖通信系統(tǒng)或類似應(yīng)用的密集信道波分復(fù)用器；圖3是依照本發(fā)明的光復(fù)用器另一較佳實(shí)施例的示意圖，具體地說(shuō)，它是用于8信道光纖通信系統(tǒng)或類似應(yīng)用的密集信道波分復(fù)用器；圖4是依照本發(fā)明的光復(fù)用器另一較佳實(shí)施例的示意圖，具體地說(shuō)，它是用于8信道光纖通信系統(tǒng)或類似應(yīng)用的密集信道波分復(fù)用器；圖5、6和7是圖2光復(fù)用器中厚度連續(xù)可變的三腔干涉濾光器的截面示意圖；圖8是依照本發(fā)明一較佳實(shí)施例的設(shè)備的截面示意圖；圖9是依照本發(fā)明一較佳實(shí)施例的磁控管裝置的截面示意圖，其中磁控管裝置包括一個(gè)源或目標(biāo)，以及一個(gè)惰性氣體護(hù)罩；圖10是依照本發(fā)明一較佳實(shí)施例的設(shè)備的截面示意圖，它具有多個(gè)磁控管濺射組件；圖11是一曲線圖，示出了腔內(nèi)壓強(qiáng)和腔內(nèi)抽運(yùn)速度之間的關(guān)系，這里假設(shè)磁控管壓強(qiáng)為0.7微米，而磁控管裝置的傳導(dǎo)率(CM)為3000 l/秒；圖12是一曲線圖，示出了腔內(nèi)壓強(qiáng)和腔內(nèi)抽運(yùn)速度之間的關(guān)系，這里假設(shè)磁控管壓強(qiáng)為0.4微米，而磁控管裝置的傳導(dǎo)率(conductance)(CM)為3000 l/秒；以及圖13和14是正視和平面示意圖，分別示出了依照本發(fā)明另一較佳實(shí)施例的設(shè)備。
應(yīng)該理解，圖中所示的光復(fù)用器和干涉濾光器不必按其不同的大小或角度關(guān)系繪制。鑒于上述揭示以及以下對(duì)較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?yàn)檫@類器件選擇合適的大小和角度關(guān)系。
較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述如上所述，光復(fù)用器可以有許多應(yīng)用，例如應(yīng)用于光纖通信系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)的光復(fù)用器在例如測(cè)試設(shè)備和類似設(shè)備以及實(shí)驗(yàn)儀器中特別有用。為說(shuō)明起見(jiàn)，以下將作詳細(xì)描述的較佳實(shí)施例是密集信道波分復(fù)用器，它能解決或緩解上述將多個(gè)濾光元件各自安裝在一個(gè)光學(xué)襯底上以獲得每一單獨(dú)信號(hào)信道的問(wèn)題，用于制備這些單獨(dú)濾光元件的多個(gè)涂層所涉及的成本和復(fù)雜性問(wèn)題，以及濾光器波長(zhǎng)不確定等相關(guān)問(wèn)題。
如以下結(jié)合附圖所討論的，將一個(gè)漸變波長(zhǎng)全電介質(zhì)窄帶通濾光器至少放置在光學(xué)元件的一側(cè)，光學(xué)元件最好是特定厚度的拋光平行板?？蓪⑦@樣的濾光器簡(jiǎn)稱為空腔濾光器，該濾光器至少在光學(xué)元件的一部分表面上形成連續(xù)涂層，該濾光器宜為多腔，最好是三腔，將薄膜疊層制作在Fabry-Perot標(biāo)準(zhǔn)具之后。用一較厚的腔式層隔離兩層電介質(zhì)薄膜疊層，而這兩層薄膜本身形成正在討論的光波長(zhǎng)的反射膜。然后，將該結(jié)構(gòu)重復(fù)一次或多次，以制成一個(gè)阻塞加強(qiáng)且?guī)?nèi)透射平坦性改善的濾光器。其作用是制造一個(gè)透射帶內(nèi)光而反射帶外光的窄帶透射濾光器。如上所述，還可使用二色性濾光器。經(jīng)改進(jìn)的濾光器性能為光復(fù)用器的光纖通信應(yīng)用提供了商業(yè)上可接受的密集信道波分復(fù)用技術(shù)。它使信道間的串?dāng)_較小，并且允許在給定的帶寬內(nèi)存在數(shù)量適當(dāng)高的信道。腔體數(shù)量過(guò)多將對(duì)平坦的帶內(nèi)波長(zhǎng)的透射率產(chǎn)生不利影響，并使光復(fù)用器的生產(chǎn)成本增加，超出市場(chǎng)可接受的水平。
使用上述淀積技術(shù)，用密集穩(wěn)定的金屬氧化物疊層可以制造厚度連續(xù)可變的多腔干涉濾光器。已經(jīng)證明這類濾光器具有極佳的熱穩(wěn)定性(例如在1550納米處熱穩(wěn)定性為0.004納米/℃)和間隔小至2納米甚至1納米的超窄帶寬。已把合適的厚度可變的濾光器用于例如授權(quán)于Pellicori等人的美國(guó)專利第4,957,371號(hào)等其它場(chǎng)合。在1994年7月的SPIE會(huì)刊中還提出了穩(wěn)定的超窄帶濾光器。特別是，如授權(quán)于Scobey等人的美國(guó)專利第4,851,095號(hào)中所揭示的，用諸如離子輔助電子束蒸發(fā)、離子束濺射和反應(yīng)磁控管濺射等商業(yè)上公知的等離子淀積技術(shù)，可以生產(chǎn)高質(zhì)量的干涉濾光器，該干涉濾光器包含由氧化鈮和二氧化硅之類的金屬氧化物所制成的疊層，而所述專利的內(nèi)容通過(guò)引用包含在此。這些涂覆方法可以制造由層疊的電介質(zhì)光學(xué)涂層構(gòu)成的干涉空腔濾光器，疊層密集穩(wěn)定，薄膜散射低，吸收低，并且對(duì)溫度變化和環(huán)境濕度不敏感。這種涂層的譜線圖形滿足嚴(yán)格的應(yīng)用規(guī)范。用這樣的技術(shù)可以制造多腔窄帶通濾光器，該濾光器可以透過(guò)一段與相鄰波長(zhǎng)范圍間隔2納米或更小的波長(zhǎng)范圍。一種合適的淀積技術(shù)是低壓磁控管濺射，在該技術(shù)中，為常規(guī)磁控管濺射系統(tǒng)的真空室配備了高速真空泵。磁控管周圍的氣體管線和目標(biāo)材料把一般為氬氣的惰性工作氣體限制在磁控管的附近。由于氣體會(huì)從磁控管區(qū)域向外彌散和擴(kuò)散，所以在高速下，不同尋常的高速抽真空可將擴(kuò)散氣體排出真空室。于是，真空室中惰性氣體的壓強(qiáng)是真空泵抽運(yùn)速度和磁控管擋板吸持效率的函數(shù)，它最好在5×10-5乇-1.5×10-4乇范圍內(nèi)。反應(yīng)氣體通過(guò)離子槍輸入真空室，離子槍使氣體離子化并將其射向襯底。其作用是減少為薄膜提供適當(dāng)化學(xué)計(jì)算法所需的氣體量，并減少磁控管處的反應(yīng)氣體?？梢詫?shí)現(xiàn)16英寸和更長(zhǎng)的射程。在1991年11月13日提交的待批美國(guó)專利申請(qǐng)第07/791,773號(hào)和1994年9月21日提交的待批美國(guó)專利申請(qǐng)第07/300,741號(hào)中，對(duì)這類淀積技術(shù)作了討論，其內(nèi)容通過(guò)引用包括在此。
如上所述，濾光器最好包含一多腔涂層，其中一個(gè)空腔層將兩個(gè)電介質(zhì)薄膜疊層隔開(kāi)，而兩層電介質(zhì)薄膜本身則對(duì)不需要的波長(zhǎng)構(gòu)成反射膜。然后使該結(jié)構(gòu)重復(fù)一次或多次，以制成上述多腔濾光器，提高了阻擋性并改善了帶內(nèi)透射的平坦性。其作用是制造一種窄帶透射濾光器，透射帶內(nèi)光并反射帶外光。在用上述淀積技術(shù)制造的較佳三腔實(shí)施例中，用密集穩(wěn)定的金屬氧化物薄膜疊層已經(jīng)獲得了極佳的熱穩(wěn)定性(例如在1550納米處熱穩(wěn)定性為每攝氏度0.004納米或更好)和間隔小到2納米或甚至1納米的超窄帶寬。干涉濾光器的厚度最好是線性連續(xù)可變的。但連續(xù)濾光器的厚度也可選擇為不連續(xù)變化的，例如在與光纖系統(tǒng)之分立信道相關(guān)的光學(xué)元件多個(gè)端口的每個(gè)端口處，厚度基本均勻。
干涉濾光器一般包含兩種材料，一種是諸如五氧化鈮、二氧化鈦、五氧化鉭和/或其混合物等高折射率材料，例如氧化鈮(niobia)和氧化鈦(titania)等等。在1.5微米波長(zhǎng)，這些材料的折射率值大致為2.1-2.3。折射率較低的材料一般為二氧化硅，其折射率大約為1.43。干涉濾光器存在一個(gè)“光學(xué)厚度”，它是實(shí)際厚度與折射率的數(shù)字積。當(dāng)然，在這里揭示的光復(fù)用器中所用的厚度連續(xù)可變的多腔干涉濾光器的光學(xué)厚度隨濾光器沿光學(xué)元件表面上各點(diǎn)的實(shí)際厚度而變化。在與單獨(dú)信號(hào)信道相關(guān)的光學(xué)元件之多個(gè)端口的每個(gè)端口處，對(duì)干涉濾光器的光學(xué)厚度進(jìn)行調(diào)諧，以便透射所需的波長(zhǎng)子范圍。鑒于上述說(shuō)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見(jiàn)，可以選擇連續(xù)濾光器各涂層的厚度和成分，以便適應(yīng)任何應(yīng)用該光復(fù)用器所要求的譜線分布。還可看到，連續(xù)濾光器的厚度可以線性或非線性地連續(xù)變化，或者不連續(xù)地變化。在某些較佳實(shí)施例中，濾光器在每個(gè)端口處的厚度基本不變，厚度只在一個(gè)端口與下一個(gè)端口之間增大(或減小)。
在這里揭示的光復(fù)用器中使用的厚度連續(xù)可變的多腔干涉濾光器比現(xiàn)有公知的濾光器存在許多好處。制造上述光復(fù)用器時(shí)，可用單個(gè)涂覆步驟對(duì)光學(xué)元件一個(gè)表面的整個(gè)工作部分進(jìn)行涂覆，其中涂覆操作(例如通過(guò)適當(dāng)移動(dòng)相關(guān)的透鏡裝置、準(zhǔn)直儀等)在每個(gè)“反射點(diǎn)”上可調(diào)諧，以使波長(zhǎng)精確至±0.1納米。當(dāng)用耐用的材料制造從而制成填充密度(packing density)接近一致的致密涂層時(shí)，它們相對(duì)時(shí)間和濕度穩(wěn)定。一次涂覆操作可以同時(shí)給許多光學(xué)元件涂覆干涉濾光器，從而實(shí)質(zhì)上降低了光復(fù)用器的成本。容易將它們制造成包括多個(gè)腔，依照公知技術(shù)用四分之一波長(zhǎng)厚度的涂層使這些腔相干地耦合在一起。如上所述，使用多腔的作用是制造一個(gè)邊頻(spectral skirt)斜率增大且透射區(qū)域加寬的濾光器。如上所述，這兩個(gè)作用比諸如標(biāo)準(zhǔn)器(etalon)和衍射光柵等其它類型的濾光器提供了許多好處。由于可以通過(guò)直接向光學(xué)元件的一個(gè)表面進(jìn)行淀積來(lái)形成濾光器，所以無(wú)需用環(huán)氧樹(shù)脂來(lái)固定濾光器，以致于在傳輸光信號(hào)的路徑中不存在環(huán)氧樹(shù)脂。由于在光學(xué)元件上形成濾光器，并且不需要用單獨(dú)的固定操作將濾光器定位和對(duì)準(zhǔn)，所以可以提高濾光器的穩(wěn)定性。如上所述，通過(guò)簡(jiǎn)單地將與每個(gè)信號(hào)信道相關(guān)GRIN透鏡準(zhǔn)直儀或類似裝置沿連續(xù)濾光器的厚度變化方向移動(dòng)一微小的距離，可以調(diào)諧多信號(hào)信道中每個(gè)信道的中心波長(zhǎng)。通過(guò)如此移動(dòng)相關(guān)的透鏡裝置，可將其與所需的信號(hào)波長(zhǎng)對(duì)準(zhǔn)。用這種方式，可以基本上克服不能在制造分立濾光器元件時(shí)獲得正確中心波長(zhǎng)的缺點(diǎn)。
圖1示出了密集信道波分復(fù)用器，它使用了厚度連續(xù)可變的多腔干涉濾光器，從而在光學(xué)元件上8個(gè)分立端口的每個(gè)端口處形成一個(gè)超窄帶通濾光器。該復(fù)用器能將單獨(dú)分立的波長(zhǎng)信號(hào)多路傳輸?shù)揭桓玫墓饫w傳輸線中，并且/或者將這些信號(hào)去復(fù)用。因?yàn)楸绢I(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解相關(guān)的多路復(fù)用功能，所以為了簡(jiǎn)化說(shuō)明，這里只詳細(xì)描述去復(fù)用功能。也就是說(shuō)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，逆向使用同一裝置可將來(lái)自各信道光信號(hào)復(fù)接。依照?qǐng)D2所示較佳實(shí)施例的光復(fù)用器的一般規(guī)格包括表A提供的數(shù)據(jù)。
表A信道數(shù)目 8信道波長(zhǎng) 1544-1560信道間隔 2納米±0.2納米最小隔離(isolation) 20分貝-35分貝插入損耗(總) 小于6分貝光纖類型 單模，1米尾纖工作溫度范圍 -20℃到+50圖2的光復(fù)用器滿足表A的規(guī)范，從圖中可見(jiàn)，此光復(fù)用器包括一光學(xué)元件10，該元件最好是穩(wěn)定的玻璃襯底。光纖漸變折射率(GRIN)透鏡準(zhǔn)直器12之類的用于投射準(zhǔn)直光的裝置以微小的角度使高度準(zhǔn)直的光14通過(guò)光學(xué)元件表面16上的孔或小平面與光學(xué)元件耦合。依照一較佳實(shí)施例，光學(xué)元件的厚度“a”為5毫米，長(zhǎng)度“b”為14.1毫米或更長(zhǎng)，而其折射率大約為1.5。準(zhǔn)直光的發(fā)散度最好不超過(guò)大約0.15°，而準(zhǔn)直光入射光學(xué)元件的傾角“c”大約為15°。因此，透鏡裝置12使光纖(最好是單模光纖)載體傳送的多色或多波長(zhǎng)光準(zhǔn)直，并使其射入光學(xué)元件10之表面16上的光學(xué)端口18，然后光從表面16穿過(guò)光學(xué)元件，到達(dá)相對(duì)面20。在光學(xué)元件表面20上，裝有一個(gè)漸變波長(zhǎng)全電介質(zhì)窄帶通濾光器22。具體地說(shuō)，濾光器22是如上所述的厚度連續(xù)可變的多腔干涉濾光器，且最好是線性連續(xù)可變的濾光器。在光學(xué)端口18處入射光學(xué)元件的光首先在輸出端24射及相對(duì)面20。在輸出端24處，濾光器22透過(guò)包含在準(zhǔn)直光14中的一段波長(zhǎng)子范圍。具體地說(shuō)，光26穿過(guò)光學(xué)元件的端口24，射入與第一信號(hào)信道相關(guān)的準(zhǔn)直透鏡裝置28。由此將端口24傳送的光信號(hào)作為去復(fù)用信號(hào)傳輸?shù)阶詈脼閱文９饫w30的光纖。
端口24處的連續(xù)濾光器22反射不是濾光器在該位置的“帶內(nèi)”波長(zhǎng)的波長(zhǎng)。此反射光32從光學(xué)元件表面20反射回表面16。表面16裝有一個(gè)寬帶高反射的膜或涂層34。高反射膜34不遮蔽光學(xué)端口18，以免阻塞準(zhǔn)直光14從該位置進(jìn)入光學(xué)元件的通道。在表面16處，反射膜34將來(lái)自第一輸出端24的反射光32反射回光學(xué)元件表面20。在光學(xué)端口18處，準(zhǔn)直光14以大約15°的傾角入射光學(xué)元件，并根據(jù)Snell定律以大約9.9°的角度折射，然后在光學(xué)元件相對(duì)平行的表面16和20之間反射。因此，光32經(jīng)反射膜34反射，射到光學(xué)元件表面20的第二位置36上，該第二位置對(duì)應(yīng)于光學(xué)元件的第二輸出端。在輸出端36的地方，厚度連續(xù)可變的多腔干涉濾光器22可透過(guò)不同于輸出端24處的波長(zhǎng)或波長(zhǎng)子范圍。對(duì)于密集信道波分復(fù)用的應(yīng)用，沿光學(xué)元件表面20線性隔開(kāi)的多端口之每個(gè)端口間的波長(zhǎng)間隔最好約為2納米或更小。因此，在輸出端36處，使對(duì)應(yīng)于第二信道的光信號(hào)透過(guò)濾光器22，到達(dá)準(zhǔn)直透鏡38，并由此輸入光纖載體40。與第一輸出端24處相同，輸出端36處的干涉濾光器22反射該位置上的非帶內(nèi)光。因此，將首先在光學(xué)端口18入射光學(xué)元件的準(zhǔn)直光14的剩余部分42從端口36反射回光學(xué)元件相對(duì)面16上的高反射層34。并由此將其反射回第三輸出端44。然后被反射波長(zhǎng)以相同的方式繼續(xù)向光學(xué)元件下方沿“Z”字形路線或“多反射”路線作階梯形傳輸，光學(xué)元件表面20上的相繼反射分離出每個(gè)單獨(dú)信道的光信號(hào)。
因此，如圖2所示，光通過(guò)光學(xué)元件10所行經(jīng)的Z字形路線使被反射波長(zhǎng)依次射到下級(jí)另外的輸出端46、48、50、52和54上。在這些端口的每個(gè)端口，去復(fù)用的光信號(hào)被傳送到相關(guān)的準(zhǔn)直透鏡，而每個(gè)準(zhǔn)直透鏡與一相應(yīng)的信號(hào)運(yùn)載線或其它目的地連通。盡管濾光器22最好能夠反射每個(gè)輸出端上非帶內(nèi)的所有波長(zhǎng)，但在某些場(chǎng)合，必須只反射在上級(jí)輸出端(即在多反射階梯形序列中早先遇到的輸出端)上未被取出的光信號(hào)波長(zhǎng)。同樣，本領(lǐng)域的技術(shù)人員從該描述可以理解，圖2的光復(fù)用器同樣適于用來(lái)合并8個(gè)單獨(dú)信道的光信號(hào)。因此，表面20上的多端口將是輸入端，而光學(xué)端口18將是輸出端。于是，階梯形傳輸過(guò)程將從光學(xué)元件的底部(如圖2中所示)向上行進(jìn)。
如以上對(duì)圖2光學(xué)元件10的敘述，對(duì)于厚度為5毫米，傾角為15°且光學(xué)元件內(nèi)的反射角為9.9°的光學(xué)元件，各輸出端的線性間隔(TAN[9.9]×2×5毫米)為1.76毫米(8×1.76mm)。因此，光學(xué)元件表面20上的連續(xù)干涉濾光器22的長(zhǎng)度至少應(yīng)該為14.1毫米。與8個(gè)信道中的最后一個(gè)信道相關(guān)的光信號(hào)所傳播的總距離(5毫米×8個(gè)信道×2次反射)為80毫米?？偣馐鴶U(kuò)展(80毫米TAN-1[SIN-1][SIN]
)大約為0.138毫米。因此，0.5毫米光束的總損耗大約為1.9分貝。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識(shí)到，由于產(chǎn)生的光束發(fā)散度最小，所以如上所述的圖2中的光復(fù)用器適于以一種非常有效的方式從一束入射光束中去復(fù)用出許多單獨(dú)的波長(zhǎng)信道。上述較佳實(shí)施例的總光束擴(kuò)展大約為半毫米光束的40％，此總光束擴(kuò)展僅產(chǎn)生上述1.9分貝的損耗，或者經(jīng)光復(fù)用器階梯形傳輸?shù)拿總€(gè)信道的損耗小于0.25分貝。具體地說(shuō)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識(shí)到，用直接淀積在光學(xué)元件表面上的厚度連續(xù)可變的多腔干涉濾光器所獲得的多反射階梯形傳輸技術(shù)提供了一種具有包括構(gòu)造的成本及簡(jiǎn)單性，性能可靠性和密集性等等性能特征的光復(fù)用器，與現(xiàn)有公知的器件相比，該光復(fù)用器的性能特征有很大改善。
在圖3所示的另一個(gè)較佳實(shí)施例中，基本上依照上述圖2實(shí)施例，來(lái)自與單模光纖64連通的透鏡裝置62的準(zhǔn)直光60在光學(xué)端口68處傳送至光學(xué)元件66中。因此，光穿過(guò)光學(xué)元件66，到達(dá)光學(xué)元件中相對(duì)的多端口表面70。厚度連續(xù)可變的多腔干涉濾光器74在表面70上延伸，以便在每個(gè)輸出端72、76、78和80處提供窄帶通濾光器。與圖2的實(shí)施例相同，在每個(gè)這樣的端口，濾光器74透過(guò)不同的波長(zhǎng)，從而分別將有關(guān)信道1、3、5和7的單一光信號(hào)傳送到相應(yīng)的透鏡設(shè)備和光纖波導(dǎo)中。在光學(xué)元件的表面82上，提供了反射膜84，該反射膜與表面70上的干涉濾光器74合作，在光學(xué)元件內(nèi)實(shí)現(xiàn)多反射階梯形傳輸。但是，依照該較佳實(shí)施例，反射膜84也在每個(gè)反射位置形成一個(gè)窄帶濾光器。因此，光學(xué)元件表面82上的每個(gè)反射位置都是一個(gè)附加的輸出端，在這些附加的輸出端處，將與一個(gè)附加信道相關(guān)的光信號(hào)傳送至一個(gè)相關(guān)的透鏡裝置和光纖運(yùn)載線。具體地說(shuō)，同樣宜為厚度連續(xù)可變的多腔干涉濾光器且最好為線性連續(xù)可變干涉濾光器的反射膜84在輸出端86處透過(guò)信道2的光信號(hào)波長(zhǎng)，且反射其余的波長(zhǎng)。同樣，在輸出端88處，反射膜84透過(guò)信道4的光信號(hào)，并在該位置再次反射其余的波長(zhǎng)。輸出端90可透過(guò)信道6的光信號(hào)，并且最后，輸出端92可透過(guò)信道8的光信號(hào)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識(shí)到，圖3所示的光復(fù)用器可以提供高效緊湊的多路復(fù)用和去復(fù)用功能。對(duì)于發(fā)散度為0.15°且以大約12°傾角入射光學(xué)端口68的準(zhǔn)直光，可以用熔融石英有益地制成光學(xué)元件，而光學(xué)元件的寬度大約為10.361毫米。每個(gè)表面70和82上輸出端的線性間隔最好約為3.067毫米，使光學(xué)元件總的線性長(zhǎng)度大約為15-20毫米。一般來(lái)說(shuō)，在這里所討論的器件類型中，最好使光穿過(guò)光學(xué)端口的入射角或傾角較小(角度為0°，則光垂直于光學(xué)元件的表面)(測(cè)量光在光學(xué)元件之外的角度)。較小的入射角可以減弱依賴偏振的效應(yīng)。由于較小的入射角會(huì)使光學(xué)元件內(nèi)反射點(diǎn)的間距更加靠近并使光傳播的路線更短，所以還可以減少準(zhǔn)直光發(fā)散度對(duì)濾光器性能的不利影響。一般情況下，入射角小于30°，但4°-15°為宜，6°-10°更好，最好約為8°。
圖4示出了另一個(gè)較佳實(shí)施例，在該實(shí)施例中，光學(xué)元件66第二表面82上反射膜包括多個(gè)分立的單元120-126。其它特性和元件與圖3實(shí)施例中的相應(yīng)特性和元件相同，并標(biāo)注了相同的標(biāo)號(hào)。例如可以通過(guò)濺射過(guò)程或類似過(guò)程，將單獨(dú)的反射膜單元120-126直接淀積到光學(xué)元件表面82上，或者淀積到與光學(xué)元件單獨(dú)定位和固定的分立的載體襯底上。
可以用環(huán)氧樹(shù)脂或其它粘合劑來(lái)固定反射元件。各反射膜可以是寬帶的反射層，其工作方式基本與圖1實(shí)施例中的反射膜34相同。另一種情況是，它們可以基本根據(jù)圖3中光復(fù)用器之反射膜84的原理，作為多個(gè)附加端口，即帶通濾光器或二色性濾光器來(lái)工作。
鑒于本文描述，附加的替代實(shí)施例對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，例如這些實(shí)施例包括這樣的光復(fù)用器，光復(fù)用器上涂覆了兩層(或多層)實(shí)心的光學(xué)襯底，一層或兩層(或全部)襯底上裝有厚度連續(xù)可變的干涉濾光器，以便如上所述在單個(gè)單平面表面上形成多個(gè)端口，然后將其合在一起形成光學(xué)元件。
圖5和圖6示出了圖2所示較佳實(shí)施例中厚度連續(xù)可變的多腔干涉濾光器22的薄膜疊層結(jié)構(gòu)。最好能精確控制每個(gè)交替層的厚度(例如，交替層由五氧化鈮和二氧化硅制成)以及薄膜疊層的總厚度，最好在幾平方英寸的區(qū)域中將其控制在0.01％或0.2毫米之內(nèi)。另外，應(yīng)將薄膜淀積成膜吸收和散射非常低，且體密度接近一致，以防止水引起的濾光器移位。這種超窄多腔帶通濾光器具有以下優(yōu)良的性能特征，包括溫度和環(huán)境穩(wěn)定性；窄的帶寬；對(duì)所需光信號(hào)的高透光度以及對(duì)其它波長(zhǎng)的高反射率；陡峭的邊緣，即高選擇的透射率(尤其在使用三腔或更多腔的設(shè)計(jì)中)；以及相當(dāng)?shù)偷某杀竞秃?jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。如圖5所示，濾光器是一個(gè)三腔濾光器，其中一個(gè)腔即“第一腔”緊挨著玻璃襯底。第二腔直接疊加在第一腔上，而第三腔直接疊加在第二腔上且一般暴露于周圍的大氣中。在圖6中，進(jìn)一步示出了“第一腔”的結(jié)構(gòu)。淀積一個(gè)疊層薄膜序列，形成第一反射層，其中疊層薄膜最好是由高低折射率交替的材料構(gòu)成的約5-15層薄膜。緊挨著襯底表面的第一薄膜最好是一層折射率較高的材料，接著是一層折射率較低的材料，等等。每層高折射率層90是四分之一波長(zhǎng)光學(xué)厚度(QWOT)的奇數(shù)倍，最好為四分之一或四分之三波長(zhǎng)，或者QWOT的其它奇數(shù)倍。與高折射率層90交錯(cuò)的低折射率層92的厚度同樣為四分之一波長(zhǎng)光學(xué)厚度或QWOT的其它奇數(shù)倍。例如，可以有大約六組高低折射率層，形成最底部的電介質(zhì)反射層94。雖然將腔隔離層96示意成一層，但它一般包含1-4層高低折射率材料交替的薄膜，其中每層薄膜的厚度是QWOT的偶數(shù)倍，即是二分之一波長(zhǎng)光學(xué)厚度的整數(shù)倍。第二電介質(zhì)反射層最好與上述電介質(zhì)反射層94基本相同。將第二和第三腔依次直接淀積在第一腔上，并且形狀最好基本相同。如上所述，干涉濾光器層的厚度沿光學(xué)元件多端口表面的長(zhǎng)度方向變化。因此，QWOT的實(shí)際厚度沿多端口表面變化?？梢允褂酶鞣N替代的合適的薄膜疊層結(jié)構(gòu)，并且鑒于本文描述，這些結(jié)構(gòu)對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。
圖7示出了另一種薄膜疊層，其中上下反射層94和98與上述對(duì)圖5和圖6實(shí)施例的描述相同。圖中腔隔離層97由四層薄膜構(gòu)成，兩層高折射率薄膜97a與兩層低折射率薄膜97b交替。每層薄膜的厚度為QWOT的2倍或二分之一波長(zhǎng)。還可以使用各種其它替代的合適的薄膜疊層結(jié)構(gòu)，并且鑒于本文描述，這些結(jié)構(gòu)對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。
這里揭示的較佳實(shí)施例在幾個(gè)關(guān)鍵地方不同于現(xiàn)有系統(tǒng)，且比現(xiàn)有系統(tǒng)有很大的改進(jìn)。在淀積期間將離子化反應(yīng)氣體射向襯底的離子槍起降低總反應(yīng)氣體壓強(qiáng)的作用，防止毒化和擊穿(arcing)目標(biāo)，并且電離提高了氣體的反應(yīng)性，改善了薄膜的化學(xué)計(jì)量成分。離子源提供的能量有助于使薄膜質(zhì)量的致密和提高。較佳實(shí)施例還要求不要在襯底平面中設(shè)置管線，且不要求使目標(biāo)或?yàn)R射源傾斜以提高涂覆速率。這里揭示的較佳實(shí)施例并不在襯底和磁控管之間進(jìn)行Pond指示的“氣體隔離過(guò)程”，而是依靠高速抽運(yùn)系統(tǒng)，減少惰性氣體和反應(yīng)氣體的濃度，從而進(jìn)一步減少起弧。較高的抽運(yùn)速度可使在磁控管處有更大的惰性氣體流，且不增加背景壓強(qiáng)。這又允許在相應(yīng)較高的功率電平下提高濺射速率。涂覆速率一般為3-6埃/秒，而行程距離為30-35英寸。(有效涂覆速率或生產(chǎn)量按距離的平方下降。)甚至在此等令人驚訝的因離子化反應(yīng)氣體之能量和反應(yīng)性引起的高淀積速率，也使薄膜完全反應(yīng)，并具有全密實(shí)的填充結(jié)構(gòu)(full dense packing structure)。
依照以下較佳實(shí)施例可以制備多端口表面上的厚度可變的濾光器涂層?？梢酝ㄟ^(guò)把要涂覆的襯底相對(duì)磁控管成一角度地定位在真空室中，來(lái)獲得可變的厚度。也可以對(duì)襯底進(jìn)行局部和/或間歇的遮蔽。遮蔽或掩蔽裝置可以包括一個(gè)在真空室中位于光學(xué)元件多端口表面(即要涂覆的表面)與磁控管的濺射材料源之間的掩蔽部件。與磁控管的目標(biāo)源材料相比，掩蔽部件最好更接近多端口表面。例如，掩蔽物或遮蔽物取基本平坦的掩蔽部件的形式，位于離開(kāi)多端口表面不到0.5英寸的地方?？墒蛊教沟难诒尾考D(zhuǎn)，其中“旋轉(zhuǎn)”一詞包括繞自身軸旋轉(zhuǎn)或基本上在平坦部件平面內(nèi)的軌道運(yùn)動(dòng)。一般，將多個(gè)光學(xué)元件制成一個(gè)整體的經(jīng)涂覆的襯底，涂覆過(guò)程之后再對(duì)其切割或分割。最通常地，正在涂覆的襯底包括一整體光學(xué)玻璃盤，玻璃盤以相反于平坦掩蔽部件的旋轉(zhuǎn)方向自旋。另一種方法是，將光學(xué)元件固定在真空室內(nèi)，其位置橫向偏離磁控管，這里的光學(xué)元件仍指最終將被分割成許多光學(xué)元件的圓盤襯底。如以下將進(jìn)一步討論的，還可用掩蔽裝置獲得光學(xué)元件所需的可變厚度。
下述較佳實(shí)施例能用DC反應(yīng)磁控管濺射系統(tǒng)代替IBS，在襯底上制備高質(zhì)量的涂層，例如以便形成可在光纖系統(tǒng)、環(huán)形激光器回旋儀等裝置中使用的反射鏡。這類薄膜具有可與IBS薄膜相比的性能，即它們具有極高的填充密度，以及光滑的表面和較低的散射。例如，依照這里揭示的方法實(shí)施例制造的高反射層激光器反射鏡的總損耗大大小于0.01％或100ppm。
圖8和圖9示出了較佳實(shí)施例的方法和設(shè)備。應(yīng)該理解，這里涉及的襯底一般是一個(gè)平的光學(xué)玻璃盤或類似的部件，例如其直徑為8英寸、20英寸等等。對(duì)圓盤的一個(gè)或兩個(gè)表面進(jìn)行涂覆，以便同時(shí)形成許多(可能是數(shù)百個(gè))光學(xué)元件。也就是說(shuō)，將經(jīng)涂覆的圓盤切成許多單獨(dú)的光學(xué)元件，每個(gè)光學(xué)元件的一個(gè)表面上具有如上所述的厚度可變的濾光器，以形成所需的多端口表面。外罩110形成一個(gè)真空室111，真空室111包含低壓磁控管裝置112和帶有多個(gè)可旋轉(zhuǎn)行星轉(zhuǎn)盤114的行星式襯底固定件113。每個(gè)行星轉(zhuǎn)盤114固定一個(gè)面對(duì)磁控管裝置112的襯底。在本實(shí)施例中，磁控管裝置112頂部與行星之間的距離為16英寸。磁控管裝置112通過(guò)管線117與工作氣體源116相連。在本實(shí)施例中，示出外罩110是球形的，其半徑為48英寸，但其它結(jié)構(gòu)同樣合適。
外罩110具有一個(gè)較低的套管118，套管開(kāi)口向著真空室111，并且內(nèi)含一個(gè)高速真空泵120，門閾121位于真空泵和真空室111之間。真空泵當(dāng)然被用來(lái)降低并保持真空室內(nèi)的壓強(qiáng)，使惰性氣體的壓強(qiáng)大小非常低，處于5×10-5乇-2.0×10-4乇范圍內(nèi)。
就這點(diǎn)而言，本發(fā)明與公知的現(xiàn)有磁控管濺射技術(shù)和常規(guī)的離子束技術(shù)完全不同。其特征在于室內(nèi)壓強(qiáng)極低，包括反應(yīng)氣體壓強(qiáng)極低，和惰性氣體壓強(qiáng)極低。(在被涂覆襯底表面處測(cè)得)諸如O2、N2和NO等反應(yīng)氣體的壓強(qiáng)宜在2.0×10-5乇-1.5×10-4乇范圍內(nèi)，最好在3×10-5乇-9×10-5乇范圍內(nèi)。這有利地減少或避免了反應(yīng)氣體對(duì)磁控管起弧及對(duì)源的毒化。在較佳實(shí)施例中，主要將諸如氬氣、氪氣和氙氣等惰性氣體引向磁控管。為惰性氣體建立了陡落的壓強(qiáng)，(在被涂覆襯底處測(cè)得的)壓強(qiáng)宜在5.0×10-5乇-2.0×10-4乇范圍內(nèi)，但處于5×10-5乇-1.5×10-4乇范圍內(nèi)則更好。如此低的室壓提供了較長(zhǎng)的平均自由程(MFP)，并相應(yīng)地、有利地使射程較長(zhǎng)，室內(nèi)氣體與濺射材料之間沒(méi)有過(guò)多的碰撞。借助于較長(zhǎng)的射程可以獲得有利的良好的涂層均勻性，射程宜大于12英寸，但20英寸或更長(zhǎng)則更好。極低的室壓使得可以使用較長(zhǎng)的射程。也就是說(shuō)，雖然使用了這般長(zhǎng)的射程，但仍可用相應(yīng)較高磁控管的功率電平獲得有利的較高的涂覆淀積速率。通過(guò)創(chuàng)新使用極低的室壓，可以避免通常認(rèn)為由較高磁控管功率電平和較長(zhǎng)射程引起的薄膜或涂層質(zhì)量的損耗。因此，本發(fā)明的較佳實(shí)施例延用了IBS的幾個(gè)主要的工作條件(例如，如上所述在相同的壓強(qiáng)范圍內(nèi)工作)，但使用了DC磁控管濺射系統(tǒng)。此基本根據(jù)磁控管濺射的新系統(tǒng)提高了涂覆速度，以及相應(yīng)的淀積高質(zhì)量薄膜涂層的成本和生產(chǎn)量。
本發(fā)明中的典型高速真空泵是16英寸的低溫泵或16英寸的擴(kuò)散泵。這些泵的抽運(yùn)速度對(duì)于16英寸低溫泵為5000升/秒(氮?dú)?左右，而對(duì)于16英寸擴(kuò)散泵為10000升/秒左右(參考1993年的Leybold產(chǎn)品和真空技術(shù)參考手冊(cè))?？梢允褂酶蟮谋茫?0英寸的泵，對(duì)于低溫泵抽運(yùn)速度為10000升/秒(N2)，而對(duì)于擴(kuò)散泵抽運(yùn)速度為17500升/秒(N2)(參考1991-1992年的Varian真空產(chǎn)品目錄)。以上引用的抽運(yùn)速度位于泵的喉部。
磁控管裝置112沿縱向?qū)?zhǔn)行星式襯底固定件113的旋轉(zhuǎn)軸(主中心線122)和用于監(jiān)測(cè)參考點(diǎn)(witness chip)123的固定件。在本實(shí)施例中，磁控管裝置與行星轉(zhuǎn)盤之間的射程為16英寸。每個(gè)行星轉(zhuǎn)盤及其襯底繞它們自己的中心線124旋轉(zhuǎn)。行星式固定件是普通的，除了以下指出的數(shù)據(jù)無(wú)需再作進(jìn)一步的描述。在本實(shí)例中，行星轉(zhuǎn)盤的直徑為15英寸，襯底直徑為15英寸或是小于15英寸的任何尺寸，而每個(gè)行星轉(zhuǎn)盤中心線與中心線122相距14英寸，以容納較大的襯底?？梢允褂酶蟮男行寝D(zhuǎn)盤，例如24英寸的行星轉(zhuǎn)盤，襯底大小和射程也相應(yīng)增大，從而可以獲得產(chǎn)量的進(jìn)一步提高?？梢允褂醚诒窝b置，它最好是基本上平坦的掩蔽部件，例如大約離開(kāi)襯底0.5英寸。在淀積過(guò)程中即在磁控管工作時(shí)，使掩蔽部件逐漸移動(dòng)，以便獲得具有所需變化的薄膜厚度，從而建立多個(gè)波長(zhǎng)不同的端口。
離子槍126傾斜地射向襯底固守件113，其輸出用虛線127表示，而其輸入端通過(guò)管線130與反應(yīng)氣體混合物128相通。將離子槍定位在使其離子和混合氣體輸出覆蓋整個(gè)襯底固定件113的地方，在本實(shí)施例中，離子槍的頂部離開(kāi)行星轉(zhuǎn)盤20英寸。離子槍的主要功能有兩個(gè)方面。第一個(gè)功能是用概念上與Scott等人的美國(guó)專利第4,793,908號(hào)相似的方式改變和改善薄膜性能。第二個(gè)功能可能更重要，其作用是保持較低的反應(yīng)氣體背景壓強(qiáng)。用離子槍使反應(yīng)氣體離子化，并將其射向襯底。于是，反應(yīng)氣體的動(dòng)量只將其射向襯底(而不將其射向磁控管，反應(yīng)氣體會(huì)在磁控管起弧并使速率下降)。向磁控管擴(kuò)散的少量氣體不會(huì)對(duì)其工作產(chǎn)生明顯的影響。一般反應(yīng)氣體的壓強(qiáng)在2×10-5乇-1.5×10-4乇范圍內(nèi)，最好在范圍3×10-5乇-9×10-4乇內(nèi)。
還可使合適的熱陰極壓強(qiáng)計(jì)(hot cathode pressure gauge)131與真空室111相連，以便測(cè)量真空室內(nèi)的壓強(qiáng)。還為真空室配備了一個(gè)可繞柄133擺動(dòng)的擋板132，用于阻擋由虛線134表示的磁控管裝置112的輸出。用任何合適的方式使柄133與平臺(tái)135和一個(gè)用于擺動(dòng)柄的裝置(未示出)相連。擋板用于預(yù)濺射源以除去目標(biāo)的污物，這種污物是淀積到襯底上一層與一層之間的空閑時(shí)間凝結(jié)在目標(biāo)的表面上的。
如圖9所示，磁控管裝置112包括一目標(biāo)固定件136，該固定件有一個(gè)由壁138和目標(biāo)材料140圍成的空腔137。位于空腔內(nèi)中心的是常規(guī)的磁塊141，通過(guò)管道142和143進(jìn)出空腔136的循環(huán)水流對(duì)磁塊進(jìn)行水冷卻。由固定件夾住的金屬目標(biāo)材料140也用水進(jìn)行冷卻。與固定件136略微分開(kāi)且用絕緣體145密封的管線144通過(guò)管道117與工作氣體源116相連(圖8)，使氣體完全在固定件的頂部周圍和金屬目標(biāo)材料140的上方流動(dòng)。管線144之開(kāi)口145的大小基本上與金屬目標(biāo)材料的大小相同，以便如直線134所示發(fā)射被濺射的目標(biāo)材料的工作氣體。磁控管可向科羅拉多州的Material Sciences of Boulder購(gòu)買，其直徑一般為6英寸-8英寸，磁塊強(qiáng)度很強(qiáng)。
當(dāng)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在不受IBS或其它公知技術(shù)限制的情況下通過(guò)磁控管濺射生產(chǎn)高質(zhì)量薄膜涂層時(shí)，還將體現(xiàn)出本發(fā)明是現(xiàn)有技術(shù)的很大的進(jìn)步。
本發(fā)明的上述尺寸和壓強(qiáng)同樣顯示了本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)之間的巨大差別，有關(guān)數(shù)據(jù)有射程為16英寸，行星轉(zhuǎn)盤的直徑為15英寸，襯底直徑為15英寸或更小，離子槍頂部離開(kāi)行星轉(zhuǎn)盤的距離為20英寸，反應(yīng)氣體的極低壓強(qiáng)在2×10-5乇-1.5×10-4乇范圍內(nèi)，而惰性氣體的極低壓強(qiáng)在5×10-5乇-2×10-4乇范圍。
再將本發(fā)明較佳實(shí)施例在制造激光器質(zhì)量反射鏡方面的生產(chǎn)量與一般IBS系統(tǒng)的生產(chǎn)量比較

由以上數(shù)據(jù)可見(jiàn)，本發(fā)明的生產(chǎn)量比一般IBS系統(tǒng)的生產(chǎn)量快20-120倍。涂層生產(chǎn)量是涂覆速率和襯底面積的函數(shù)。
另外，本發(fā)明的方法很容易按比例增大成較大的設(shè)備尺寸。至少容易使以上所有的尺寸增大2倍，以便能用均勻性良好的激光低耗涂覆直徑為30英寸或更大的光學(xué)襯底。按比例增大是簡(jiǎn)單的線性問(wèn)題。較大的系統(tǒng)使用較大的磁控管和更多的工作氣體(例如，氬氣)。需對(duì)真空泵作相應(yīng)的增大，以便容納適應(yīng)更大的真空室以及過(guò)程中增加的氣流。
因此顯而易見(jiàn)，本發(fā)明能夠生產(chǎn)例如激光器質(zhì)量的反射鏡，該反射鏡的直徑比目前IBS系統(tǒng)生產(chǎn)的已知大小高許多倍。
本發(fā)明較佳實(shí)施例的射程為16英寸長(zhǎng)，最好為20英寸或更長(zhǎng)，且室壓很低，這可使兩種或更多種材料同時(shí)淀積，以形成則材料混合物組成的高質(zhì)量光學(xué)薄膜。作為多源舉例，圖10在真空室內(nèi)顯示了兩個(gè)源，磁控管裝置112和磁控管裝置112a。(為了便于描述，對(duì)附加源使用下標(biāo)，而其它所有的標(biāo)號(hào)與圖8中的相同。)通過(guò)控制每個(gè)源的能有效控制淀積速率的功率電平，可以形成具有選定折射率的涂層，使其成為兩種或更多種材料組成的混合物?；旌衔锟稍谡麄€(gè)涂層上均勻以形成具有選定折射率的薄膜，或者不均勻，使涂層成分以至折射率在整個(gè)薄膜上變化。非均勻薄膜的一種共同形式稱為“皺的”(rugate)濾光器，其折射率以正弦方式變化，具有形成窄陷波反射器的作用。
為了使這樣的多源系統(tǒng)保持低壓，必須就兩個(gè)同時(shí)淀積的源使抽運(yùn)速度大致增長(zhǎng)兩倍，或就N個(gè)源使抽運(yùn)速度增長(zhǎng)N倍。了解本發(fā)明的益處后，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，增加抽運(yùn)速度將是一個(gè)簡(jiǎn)單的操作，該操作一般包括增大泵的大小，或者給真空室添加更多的泵。但在實(shí)踐中，由于諸源提供的速率是疊加的，所以為保持涂覆速率，不必用單個(gè)源使用的電平驅(qū)動(dòng)兩個(gè)同時(shí)工作的源，并由此可縮小源的大小，使用更少的氣體。
本發(fā)明中可以使用的另一種裝置是科羅位多州Advanced Energy of Boulder出售的商標(biāo)為SPARC-LE的消弧電子裝置(arc reducing electronic device)。在圖8中，示出SPARC-LE通過(guò)導(dǎo)電線147與磁控管裝置112相連，SPARC-LE有自己的直流電源148。類似地，如圖9所示，SPARC-LE與兩個(gè)磁控管裝置112和112a相連。這種裝置有助于消弧，但它在本發(fā)明的方法和設(shè)備中不是必須的。
由以上描述可見(jiàn)，磁控管系統(tǒng)在極低的壓強(qiáng)下工作。惰性氣體的室壓將是磁控管壓強(qiáng)的函數(shù)。本發(fā)明中最重要的是，如圖9所示，總壓強(qiáng)較低的區(qū)域150(A+O2)的壓強(qiáng)總比高氬壓強(qiáng)區(qū)域152低得多。
可以用眾所周知的壓強(qiáng)-流速公式模擬真空室內(nèi)的壓強(qiáng)(參見(jiàn)1993年Leybold產(chǎn)品&技術(shù)參考手冊(cè)，第18-5頁(yè))P真空室=FlowAr/CPP磁控管=FlowAr/CM+P真空室其中，P真空室是真空室內(nèi)的壓強(qiáng)；FlowAr是通過(guò)磁控管流入真空室的氬氣的流速；CP是高真空泵的傳導(dǎo)率(真空室抽運(yùn)速度)；P磁控管是磁控管中的壓強(qiáng)；CM是因磁控管對(duì)氣體的吸持而產(chǎn)生的傳導(dǎo)率(磁控管的吸持效率)。
替代各項(xiàng)，可將室壓寫(xiě)成P真空室＝P磁控管/(CP/CM+1)。
這是一個(gè)重要的關(guān)系式，因?yàn)樗硎菊婵帐抑械膲簭?qiáng)依賴于真空室的抽運(yùn)速度(CP)。還表示如果真空室的抽運(yùn)速度較低，那么真空室中的壓強(qiáng)將大致與磁控管中的壓強(qiáng)相等。這種抽運(yùn)速度較低的系統(tǒng)類型是現(xiàn)有技術(shù)中公知的，在這類系統(tǒng)中，將節(jié)流閥裝置放在泵的前面，從而降低了抽運(yùn)速度。參見(jiàn)1978年由Vossent和kern著作、紐約學(xué)術(shù)出版社出版的《薄膜加工》第156頁(yè)。但是，如果如本發(fā)明所教導(dǎo)的，真空室中的抽運(yùn)速度較高，那么室壓將比磁控管的壓強(qiáng)低。
如圖11和12所示，利用上述公式，可大致對(duì)抽運(yùn)速度已知的任何新的室確定其室壓。正如所示附圖清楚證明的，通過(guò)提高真空室的抽運(yùn)速度可以獲得任何合適的所需壓強(qiáng)。如果降低了磁控管中惰性工作氣體的壓強(qiáng)(對(duì)某些類型的磁控管是可能的)，那么整個(gè)壓強(qiáng)曲線就會(huì)相應(yīng)下降。這可以通過(guò)比較圖11和圖12的兩條壓強(qiáng)曲線看出。對(duì)于圖11的壓強(qiáng)曲線，磁控管壓強(qiáng)為0.7微米，磁控管裝置的傳導(dǎo)率(CM)為3000 l/秒。而對(duì)于圖12的壓強(qiáng)曲線，磁控管壓強(qiáng)為0.4微米，磁控管裝置的傳導(dǎo)率(CM)為3000 l/秒。橫坐標(biāo)上顯示的抽運(yùn)速度中可以實(shí)現(xiàn)--例如，使通常使用的20英寸擴(kuò)散泵以17500 l/秒的速度工作，而使32英寸擴(kuò)散泵以32000 l/秒的速率工作。
圖13和圖14示出了另一個(gè)較佳實(shí)施例，它在源和襯底之間使用了一個(gè)物理屏(physical mask)，以控制和定制濾光器涂層的厚度。在其它方面，可見(jiàn)圖13和圖14的設(shè)備與上述實(shí)施例對(duì)應(yīng)。具體地說(shuō)，將物理屏150放在磁控管裝置112和襯底表面115之間。屏蔽程度隨離開(kāi)襯底中心的距離變化，致使在某一徑向距離處，將所得的濾光器調(diào)諧至第一特定波長(zhǎng)，而在離開(kāi)中心第二徑向距離處，將濾光器調(diào)諧至另一波長(zhǎng)。該屏可以固定，或者移動(dòng)，例如自轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)。例如，盡管可以使用其它旋轉(zhuǎn)方式，并且在了解本發(fā)明的好處之后，這些方式對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，但一般，屏可以繞與襯底表面公用的軸旋轉(zhuǎn)。一般來(lái)說(shuō)，希望將放在盡可能靠近襯底表面115的地方，小于0.5英寸為宜，0.25英寸更好，但最好例如約為0.125英寸。最好，薄膜的任何旋轉(zhuǎn)或其它移動(dòng)的搖晃或擺動(dòng)為零或接近于零，最好小于0.001英寸。一般來(lái)說(shuō)，濾光器的容限規(guī)范越松或者帶寬越寬，則濾光器可以承受的擺動(dòng)程度就越大。該屏最好以高速旋轉(zhuǎn)或自轉(zhuǎn)，最好每層旋轉(zhuǎn)幾百轉(zhuǎn)，例如，大約每分鐘50-100轉(zhuǎn)。
由上述討論，顯然可以不脫離本發(fā)明的真正范圍和精神，對(duì)這里描述的光復(fù)用器進(jìn)行各種補(bǔ)充和變化。希望所有這些變化和補(bǔ)充都能被以下的權(quán)利要求覆蓋。
權(quán)利要求
1.一種光復(fù)用器，其特征在于，包括光學(xué)元件，該元件具有一個(gè)可以透過(guò)多波長(zhǎng)準(zhǔn)直光的光學(xué)端口；厚度連續(xù)可變的干涉濾光器，它在所述光學(xué)元件的一個(gè)多端口表面上延伸并沿所述多端口表面形成相互間隔排列的多個(gè)端口，在所述多個(gè)端口的每個(gè)端口，所述厚度連續(xù)可變的干涉濾光器透射所述多波長(zhǎng)準(zhǔn)直光的不同波長(zhǎng)子范圍，而反射其它波長(zhǎng)；以及用于沿一條多點(diǎn)傳輸路徑從所述多端口中的一個(gè)端口至另一端口將光階梯形傳輸?shù)难b置。
2.如權(quán)利要求1所述的光復(fù)用器，其特征在于，所述干涉濾光器是連續(xù)可變的。
3.如權(quán)利要求1所述的光復(fù)用器，其特征在于，所述干涉濾光器是線性連續(xù)可變的。
4.如權(quán)利要求1所述的光復(fù)用器，其特征在于，用于使光階梯形傳輸?shù)乃鲅b置包括一反射涂層，該反射涂層位于所述光學(xué)元件的第二表面。
5.如權(quán)利要求4所述的光復(fù)用器，其特征在于，所述光學(xué)元件的所述第二表面與所述多端口表面隔開(kāi)，并基本上與所述多端口表面平行。
6.如權(quán)利要求4所述的光復(fù)用器，其特征在于，所述反射涂層在所述第二表面上連續(xù)，至少與所述多點(diǎn)傳輸路徑共同延伸。
7.如權(quán)利要求6所述的光復(fù)用器，其特征在于，所述反射涂層是寬帶的高反射膜涂層，它基本上均勻地反射所述多波長(zhǎng)準(zhǔn)直光的所有所述子范圍。
8.如權(quán)利要求6所述的光復(fù)用器，其特征在于，所述反射涂層沿所述第二表面形成相互間隔排列的多個(gè)附加端口，在所述多個(gè)附加端口的每個(gè)端口，所述反射涂層透過(guò)所述多波長(zhǎng)準(zhǔn)直光的不同波長(zhǎng)子范圍，而反射其它波長(zhǎng)。
9.如權(quán)利要求4所述的光復(fù)用器，其特征在于，所述反射涂層包括沿所述第二表面相互間隔排列的多個(gè)分立的反射膜元件。
10.如權(quán)利要求4所述的光復(fù)用器，其特征在于，用于使光階梯形傳輸?shù)乃鲅b置還包括這樣的裝置，它以相對(duì)所述多端口表面4°至15°之間的角度，通過(guò)所述光學(xué)端口將多波長(zhǎng)準(zhǔn)直光引入所述光學(xué)元件。
11.如權(quán)利要求1所述的光復(fù)用器，其特征在于，所述多個(gè)端口的每一端口都具有一個(gè)相關(guān)透鏡裝置，用于聚焦由所述多個(gè)端口中一個(gè)所述端口傳送的準(zhǔn)直光。
12.如權(quán)利要求11所述的光復(fù)用器，其特征在于，所述透鏡裝置包括一個(gè)與光纖連通的GRIN透鏡。
13.如權(quán)利要求1所述的光復(fù)用器，其特征在于，所述光學(xué)元件包括一個(gè)實(shí)心塊材，其材料基本上可以透過(guò)所述多波長(zhǎng)準(zhǔn)直光，且從由玻璃和熔融石英組成的群中選出，所述厚度連續(xù)可變的干涉濾光器位于所述實(shí)心塊的一個(gè)外側(cè)表面上。
14.如權(quán)利要求1所述的光復(fù)用器，其特征在于，所述光學(xué)元件包括一個(gè)封閉的腔。
15.如權(quán)利要求1所述的光復(fù)用器，其特征在于，所述光學(xué)元件基本上是直線性的，所述光學(xué)端口位于所述光學(xué)元件的一個(gè)前表面，該前表面與所述光學(xué)元件的所述多端口表面相對(duì)且平行。
16.如權(quán)利要求15所述的光復(fù)用器，其特征在于，(a)用于使光階梯形傳輸?shù)乃鲅b置在所述前表面包括一個(gè)并不在所述光學(xué)端口上延伸的反射膜涂層；(b)至少存在8個(gè)所述多個(gè)端口，每個(gè)端口可以透過(guò)某一分立的波長(zhǎng)子范圍，該波長(zhǎng)子范圍與所述多個(gè)端口中相鄰端口的波長(zhǎng)子范圍相隔大約2納米；(c)準(zhǔn)直光以相對(duì)所述前表面之平面大約6°-10°的角度穿過(guò)所述光學(xué)端口；以及(d)所述多個(gè)端口沿所述多端口表面相互線性隔開(kāi)。
17.如權(quán)利要求16所述的光復(fù)用器，其特征在于，所述光學(xué)元件之所述前表面上的所述反射膜是寬帶的高反射膜涂層。
18.如權(quán)利要求15所述的光復(fù)用器，其特征在于，用于使光階梯形傳輸?shù)乃鲅b置在所述前表面包括一個(gè)并不在所述光學(xué)端口上延伸的反射膜，所述反射膜涂層是在形成多個(gè)附加端口的所述光學(xué)元件之所述前表面上延伸的第二個(gè)厚度連續(xù)可變的干涉濾光器，所述第二干涉濾光器在所述多個(gè)附加端口的每個(gè)端口透過(guò)不同的波長(zhǎng)子范圍，但反射所述多波長(zhǎng)準(zhǔn)直光的其它波長(zhǎng)。
19.如權(quán)利要求18所述的光復(fù)用器，其特征在于，至少存在4個(gè)所述多個(gè)端口，且至少存在4個(gè)所述多個(gè)附加端口。
20.如權(quán)利要求1所述的光復(fù)用器，其特征在于，所述厚度連續(xù)可變的干涉濾光器在所述多個(gè)端口的每個(gè)端口形成一個(gè)全電介質(zhì)窄帶通濾光器。
21.如權(quán)利要求1所述的光復(fù)用器，其特征在于，所述厚度連續(xù)可變的干涉濾光器是一個(gè)多腔干涉濾光器。
22.如權(quán)利要求21所述的光復(fù)用器，其特征在于，所述厚度連續(xù)可變的干涉濾光器包括一個(gè)至少形成三個(gè)干涉腔的薄膜疊層。
23.如權(quán)利要求1所述的光復(fù)用器，其特征在于，厚度連續(xù)可變的多腔干涉濾光器包括一個(gè)由五氧化鈮和二氧化硅薄膜交替形成的薄膜疊層。
24.一種用于制造包含一光學(xué)元件的光復(fù)用器的方法，其特征在于，所述光學(xué)元件具有一個(gè)可透過(guò)多波長(zhǎng)準(zhǔn)直光的光學(xué)端口；厚度連續(xù)可變的干涉濾光器，它在所述光學(xué)元件的一個(gè)多端口表面上延伸并沿所述多端口表面形成相互間隔排列的多個(gè)端口，所述厚度連續(xù)可變的干涉濾光器在所述多個(gè)端口的每個(gè)端口透過(guò)所述多波長(zhǎng)準(zhǔn)直光的不同波長(zhǎng)子范圍，但反射其它波長(zhǎng)；和用于沿一條多點(diǎn)傳輸路徑從所述多端口中的一個(gè)端口至另一端口將光階梯形傳輸?shù)难b置。所述方法包括以下步驟將所述光學(xué)元件固定在一真空室中，所述真空室具有磁控管裝置和濺射粒子的源裝置，所述光學(xué)元件的所述多端口表面面對(duì)所述源裝置，距離源裝置一較長(zhǎng)的射程；操作所述磁控管裝置，以便濺射來(lái)自所述源裝置的粒子，涂覆所述多端口表面，其包括在一封閉壓強(qiáng)下將惰性氣體引到所述源裝置的附近；用高速高真空泵從所述真空室快速抽取和弄空惰性氣體；并且將離子化的反應(yīng)氣體射向所述多端口表面，便于進(jìn)行反應(yīng)涂覆，從而獲得作為低損耗光學(xué)涂層的所述干涉濾光器。
25.如權(quán)利要求24所述的制造光復(fù)用器的方法，其特征在于，所述源與所述多端口表面之間的所述較長(zhǎng)的射程至少為16英寸。
26.如權(quán)利要求24所述的制造光復(fù)用器的方法，其特征在于，將所述真空室中的惰性氣體壓強(qiáng)保持在小于2.0×10-4乇和大于5×10-5乇的范圍內(nèi)。
27.如權(quán)利要求24所述的制造光復(fù)用器的方法，其特征在于，將所述掩蔽裝置固定在所述真空室中所述多端口表面和所述源裝置之間。
28.如權(quán)利要求27所述的制造光復(fù)用器的方法，其特征在于，與所述源裝置相比，所述掩蔽裝置大體上更接近于所述多端口表面。
29.如權(quán)利要求28所述的制造光復(fù)用器的方法，其特征在于，所述掩蔽裝置包括一個(gè)平坦的掩蔽部件，該掩蔽部件離開(kāi)所述多端口表面小于0.5英寸。
30.如權(quán)利要求29所述的制造光復(fù)用器的方法，其特征在于，還包括在操作所述磁控管裝置的同時(shí)使所述平坦掩蔽部件旋轉(zhuǎn)的步驟。
31.如權(quán)利要求30所述的制造光復(fù)用器的方法，其特征在于，所述光學(xué)元件和所述平坦掩蔽部件沿相反的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)。
32.如權(quán)利要求24所述的制造光復(fù)用器的方法，其特征在于，將所述光學(xué)元件固定在所述真空室中，其位置橫向偏離所述磁控管裝置。
33.如權(quán)利要求24所述的制造光復(fù)用器的方法，其特征在于，所述磁控管裝置包括一磁控管和一遮蔽物，該遮蔽物部分遮掩所述磁控管，在允許來(lái)自所述源裝置的濺射粒子擴(kuò)散以射到所述多端口表面上的同時(shí)防止惰性氣體從所述源裝置擴(kuò)散開(kāi)。
34.如權(quán)利要求24所述的制造光復(fù)用器的方法，其特征在于，還包括使所述多端口表面相對(duì)所述真空室旋轉(zhuǎn)的步驟。
全文摘要
光復(fù)用器在空間上將來(lái)自一根光纖波導(dǎo)的準(zhǔn)直光分配到單獨(dú)的波長(zhǎng)帶中,或?qū)⒋说葐为?dú)的波長(zhǎng)帶多路傳輸?shù)揭桓玫墓饫w波導(dǎo)或其它目的元件中。此光復(fù)用器可用于進(jìn)行光纖通信的密集信道波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng),并且是緊湊的光學(xué)儀器設(shè)計(jì)。在一根光纖波導(dǎo)中傳輸?shù)亩嗖ㄩL(zhǎng)光被分成多個(gè)射向單獨(dú)光纖載體或檢測(cè)器的窄譜帶。光學(xué)元件具有一個(gè)用于通過(guò)上述多波長(zhǎng)準(zhǔn)直光的光學(xué)端口,和多個(gè)沿光學(xué)元件多端口表面相互間隔排列的端口。厚度連續(xù)可變的多腔干涉濾光器(22)在光學(xué)元件之多端口表面(20)上延伸,覆蓋上述多個(gè)端口。在多個(gè)端口的每個(gè)端口,連續(xù)干涉濾光器透射通過(guò)光學(xué)端口的多波長(zhǎng)準(zhǔn)直光的不同子范圍,并反射其它波長(zhǎng)。從光學(xué)端口射入光學(xué)元件的多色光被引導(dǎo)到位于光學(xué)元件相對(duì)面上的多個(gè)端口中的第一端口。厚度連續(xù)可變的干涉濾光器(22)的局部使第一端口的“帶內(nèi)”波長(zhǎng)子范圍透過(guò)該端口,并反射所有其它波長(zhǎng)。未透過(guò)第一端口(16)的光被反射至第二端口,第二端口透射第二(不同的)波長(zhǎng)帶,并再次反射所有其它波長(zhǎng)。由此,反射光信號(hào)向復(fù)用器光學(xué)元件(10)的下方階梯傳輸成一個(gè)“多反射”序列,按順序分離復(fù)用信號(hào)的每個(gè)信道。逆向操作時(shí),在光學(xué)元件中合并單獨(dú)信道,并使其透過(guò)光學(xué)端口。
文檔編號(hào)G02B6/293GK1187884SQ96194715
公開(kāi)日1998年7月15日 申請(qǐng)日期1996年6月10日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月10日
發(fā)明者邁克爾·A·司考比, 玻爾·斯圖彼克 申請(qǐng)人:美國(guó)光學(xué)有限公司