單片式線性玻璃偏光器和衰減器的制造方法
【專利說明】單片式線性玻璃偏光器和衰減器 優(yōu)先權(quán)
[0001] 本申請根據(jù)35U.S.C. §119要求于2012年11月20日提交的的美國臨時申請序 列號61/728482的優(yōu)先權(quán)，申請W該文為基礎(chǔ)，該文的內(nèi)容通過引用全文納入本申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本公開設(shè)及集成式單片線性偏光器和衰減器，它是通過將兩種不同的光學元 件一-偏光器和衰減濾光器一-集成入既能偏光又能衰減的單一元件而制得。所述元件在 波長為1275皿~1635皿范圍內(nèi)的近紅外（NIR)下工作。 背景
[0003] 電信設(shè)備同時使用衰減器和光學隔離器。衰減器可通過添加標定量的信號損失而 用來臨時測試功率水平，或可被永久性安裝W正確匹配傳送器和接收器功率水平。光纖通 信系統(tǒng)需要一定量的光能來正常工作，但過多能量會導致各種問題。有些情況下需對功率 加W限制，例如，當禪合器不能均勻分配信號或不能保護敏感設(shè)備時。衰減器去掉多余的光 能，還可使通信系統(tǒng)中的信號水平降低至接收器能處理得最好的水平。該使得網(wǎng)絡(luò)中的所 有終端能夠使用相同的傳送器和接收器，即使它們之間傳播的光經(jīng)歷不同的損失。添加衰 減器還使得局域網(wǎng)絡(luò)所有部分都能使用相同的終端設(shè)備。郵鄰分配結(jié)點的終端接收的信號 可能比該建筑中對向角處所接收的高20地，而衰減器能夠平衡功率水平。最常見且成本最 低的衰減器是濾光器，其阻擋固定比例的入射光。該些衰減器安裝在通信系統(tǒng)中W平衡功 率水平，而且通常該些衰減器無需再次更換。
[0004] 光學隔離器是用來避免背向反射和其它噪音到達通信系統(tǒng)中的敏感光學組件。它 們充當單向通路，通信頻率的光能夠通過它們。光學隔離器的組成依序為；第一或輸入偏 光器，通常具有豎直偏光軸來增強對比度（contrastration)并清理豎直偏振的入射光； 法拉第旋轉(zhuǎn)器，用W接收豎直偏振光并將其旋轉(zhuǎn)45° ;第二或輸出偏光器，其偏光軸相對所 述第一偏光器的偏光軸呈45°。自法拉第旋轉(zhuǎn)器經(jīng)過45°旋轉(zhuǎn)的光完全通過所述第二偏 光器，基本無損失地到達接收器，例如，光纖或分析器。如果接收器反射回送任何光，第二偏 光器會將背向反射的光偏振45°，且法拉第旋轉(zhuǎn)器會將來自第二偏光器的光再旋轉(zhuǎn)45°。 背向反射光離開旋轉(zhuǎn)器時已變成水平偏振，并將被僅允許豎直偏振光通過的第一偏光器阻 擋。因此，相對入射光W相反方向行進的任何反射光將被消除。光學隔離器是高性能系統(tǒng) 中的重要組件，因為它們能阻擋W錯誤方向通過光纖行進的噪音。
[0005] 目前尚沒有單體的集成式元件能夠同時實現(xiàn)該些任務(wù)，即，既充當光學衰減器又 充當光學隔離器。本文提供了該種元件，和使用所述元件的設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本文設(shè)及一種元件，它能夠同時充當光學偏光器和光學衰減器，從而將兩種功能 集成在單一元件中。所述元件包含；單片式或一片玻璃偏光器（本文也稱作"基材"），沉積 在至少一個偏光器表面的多層"光衰減或光減弱"涂層LA，所述LA已對選定波長和衰減的 應(yīng)用經(jīng)過優(yōu)化，W及所述LA涂層上的多層減反射（AR)涂層，它們依序形成"基材/LA/AR"。 所述LA涂層設(shè)計為通過降低入射光能的透射水平來減少或去除光學系統(tǒng)中的過量能量。 所述AR涂層減少表面反射損失，改善對比并增強透過光學表面的透光率。偏振光學基材表 面上LA和AR涂層的組合得到集成式的光學偏光器/衰減器，還能避免光學透射系統(tǒng)中的 背向散射。
[0007] 在一種實施方式中，LA和AR涂層是沉積在偏光器的一個表面上，而在另一種實施 方式中，LA和AR涂層是沉積在偏光器的兩個偏光表面上。在進一步的實施方式中，所述元 件包含：玻璃偏光器，其至少一個偏光表面上沉積有Si〇2涂層；沉積在SiO2涂層頂上的LA 涂層，所述LA涂層已對選定波長和衰減經(jīng)過優(yōu)化；W及所述LA涂層表面上的減反射（AR) 涂層，得到的整體序列為基材/Si〇2/LA/AR。在另外的實施方式中，所述LA和AR涂層施加 在偏光器的一個表面，而在第二表面僅施加AR涂層。
[000引所述減反射（AR)涂層是多層涂層，包含高折射率材料H'和低折射率材料L'層的 交替層體，所述H'的折射率大于1.7,所述L'的折射率小于或等于1.7。在進一步的實施方 式中，在最后沉積的減反射涂層并非Si化時，可在最后沉積的減反射涂層頂上加置SiO2密 封或加蓋層。光衰減涂層LA是由多層化組成的多層涂層，其中H是高折射率材料而L是低 折射率材料。在本文提供的實施例中，多層LA涂層包含口0(氧化銅錫）、Si和化203, 口0 層是沉積在偏振玻璃基材上的第一層，或者IT0層被沉積在Si化層上，在將所述SiO2層沉 積到偏振玻璃基材上之后沉積所述IT0層。所述元件的衰減可通過改變衰減材料層的厚度 和/或數(shù)量來設(shè)置成任何需要的衰減水平。此外，衰減層得W沉積的順序也可改變，例如， 從本文舉例的化改為LH。
[0009] 一方面，本文還設(shè)計用于通信頻率的光學隔離器/衰減器設(shè)備，所述光學隔離器/ 衰減器包含法拉第旋轉(zhuǎn)器，所述旋轉(zhuǎn)器具有第一端和第二端，每一端處有偏光元件，至少一 個所述偏光元件是單片式偏光/衰減元件。在一種實施方式中，光學隔離器/衰減器設(shè)備 的兩個偏光元件都是單片式偏光/衰減元件。
[0010] 在一種實施方式中，本文的偏光器/衰減器，和采用此類偏光器/衰減器元件的光 學隔離器在1275皿~1635皿的波長范圍內(nèi)工作。在另一種實施方式中，本文的偏光器/ 衰減器，和采用此類偏光器/衰減器元件的光學隔離器在600nm~llOOnm的波長范圍內(nèi)工 作。在另一種實施方式中，本文的偏光器/衰減器，和采用此類偏光器/衰減器元件的光學 隔離器在1700nm~2000nm的波長范圍內(nèi)工作。在另一種實施方式中，本文的偏光器/衰 減器，和采用此類偏光器/衰減器元件的光學隔離器在2000皿~2300皿的波長范圍內(nèi)工 作。 附圖簡要說明
[0011] 圖1是具有集成的衰減功能的單片式玻璃偏光器的示意圖，該元件包含玻璃偏光 器10 ;無機光衰減涂層或LA涂層12,本文也稱作衰減涂層或膜12,其已對所需衰減度（百 分數(shù)）和入射光波長進行優(yōu)化；和減反射涂層或膜14。
[0012] 圖2是顯示所述集成式線性偏光器和衰減器的透射百分數(shù)對波長的圖線，曲線 20、22、24、26、28和30分別顯示0、1、1. 5、2. 0、2. 5和3. 0地衰減下的結(jié)果。
[0013] 圖3顯示具有非衰減、4層AR涂層的偏光器的光譜反射率。
[0014] 圖4顯示具有4層、15%衰減LA涂層并在LA涂層上有4層AR涂層的偏光器的光 譜反射率。
[00巧]圖5顯示具有4層、15%衰減LA涂層并在LA涂層上有4層AR涂層的偏光器的吸 光率。
[0016] 圖6顯示具有4層LA、24%衰減涂層并在LA涂層上有4層AR涂層的偏光器的光 譜反射率。
[0017] 圖7顯示具有4層、15%衰減LA涂層并在LA涂層上有4層AR涂層的偏光器的吸 光率。
[001引 圖8顯示在F^ola;rlo;r基材（也稱"Pola;rcorsub")上有5層15%吸光AR涂層的 光譜反射率巧義）和透光率訂義），忽略后側(cè)影響且波長范圍是62011111~65011111。所述15%吸 光LA/AR涂層設(shè)計為化larcorsub_225nm]；TO_135nmCr2〇3_232nmSi〇2_93nmNb2〇5_333nm Si〇2_空氣。
[0019] 圖9顯示在化131'1〇1'基材上有5層24%吸光41?涂層的反射率巧義）和透光 率（Tx)，忽略后側(cè)影響且波長范圍是620皿~650皿。所述24%吸光LA/AR涂層設(shè)計為 Polarcorsub_229nm]；T0_79nm化2〇3_213皿Si〇2_101nmNb2〇5_326nmSi〇2_ 空氣。
[0020] 圖10顯示在化larlor基材上有5層15 %吸光AR涂層的光譜反射率（Rx)和透 光率（Tx)，忽略后側(cè)影響且波長范圍是 780nm~ 820nm。所述15%吸光LA/AR涂層設(shè)計為 Polarcorsub_309nm]；T0_280nmCr2〇3_287nmSi〇2_167nmNb2〇5_390nmSi〇2_ 空氣。
[0021] 圖11顯示在化131'1〇1'基材上有5層24%吸光41?涂層的光譜反射率巧義）和透 光率（Tx)，忽略后側(cè)影響且波長范圍是780nm~820nm。所述24%吸光LA/AR涂層設(shè)計為 Polarcorsub_347nm]；T0_551nmCT2〇3_239nmSi〇2_129nmNb2〇5_392nmSi〇2_ 空氣。
[002引圖12顯示在化larlor基材上有5層15 %吸光AR涂層的光譜反射率胞）和透光 率（Tx)，忽略后側(cè)影響且波長范圍是1010皿~1110皿。所述15%吸光LA/AR涂層設(shè)計為 Polarcorsub_455nm]；T0_477nmCr2〇3_319nmSi〇2_162nmNb2〇5_526nmSi〇2_ 空氣。
[002引 圖13顯示在Polarlor基材上有5層24 %吸光AR涂層的反射率胞）和透光率 (Tx)，忽略后側(cè)影響且波長范圍是10100皿~1110皿。所述24%吸光LA/AR涂層設(shè)計為Polarcorsub_666nmnO-lOlOnmCT203_36nmSi02_546nmNb205_574nmSi02_ 空氣。
[0024] 圖14顯示的偏光器/衰減器元件包含偏光器80,其在偏光器基材80的前側(cè)表面F 施加有本文所述的吸光LA/AR涂層82,在偏光器80的后側(cè)表面B施加有（僅）AR涂層84。 詳細描述
[0025] 在W下詳細描述中，為了提供對本發(fā)明實施方式的透徹理解，陳述了許多具體的 細