專利名稱：菲涅爾全息型密集波分復(fù)用器及其制造方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種密集波分復(fù)用器，尤其是一種菲涅爾全息型密集波分復(fù)用器及其制造方法和裝置。
在光通訊領(lǐng)域，近年來世界上的各公司都把目光定在密集波分復(fù)用DWDM(WavelengthDivision Multiplexing)技術(shù)上。這是由于DWDM技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)不需要安裝新光纖就可以擴(kuò)容，降低了網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用。(2)網(wǎng)絡(luò)可隨時(shí)升級(jí)擴(kuò)容，以滿足用戶及未來新業(yè)務(wù)的要求。
目前已有的DWDM有光柵型波分復(fù)用器、介質(zhì)薄膜型波分復(fù)用器、熔錐型波分復(fù)用器、集成光波導(dǎo)波分復(fù)用器等。
1、光柵型波分復(fù)用器它屬于角色散型器件，是利用角色散元件來分離和合并不同波長(zhǎng)的光信號(hào)。最流行的衍射光柵，是在玻璃襯底上沉積環(huán)氧樹脂，然后再在環(huán)氧樹脂上制造光柵線，構(gòu)成所謂反射型閃爍光柵。入射光照射到光柵上后，由于光柵的角色散作用，不同波長(zhǎng)的光信號(hào)以不同的角度反射，然后經(jīng)透鏡會(huì)聚到不同的輸出光纖，從而完成波長(zhǎng)選擇功能；反過程也可行。閃爍光柵的優(yōu)點(diǎn)是高分辨的波長(zhǎng)選擇作用，可以將特定波長(zhǎng)的絕大部分能量與其他波長(zhǎng)進(jìn)行分離，且方向集中。閃爍光柵型濾波器具有優(yōu)良的波長(zhǎng)選擇性，可以使波長(zhǎng)的間隔縮小到數(shù)nm甚至0.5nm左右。另外，光柵型器件是并聯(lián)工作的，插入損耗不會(huì)隨復(fù)用通路波長(zhǎng)數(shù)的增加而增加，因而可以獲得較多的復(fù)用通路數(shù)，已能實(shí)現(xiàn)131個(gè)波長(zhǎng)間距O.5nm的復(fù)用。其隔離度也較好，當(dāng)波長(zhǎng)間隔為1nm時(shí)可以高達(dá)55dB。它的缺點(diǎn)是插入損耗較大，通常有3～8dB，對(duì)極化很敏感，光通路帶寬/通路間隔比尚不很理想，使光譜利用率不夠高，對(duì)光源和WDM器件的波長(zhǎng)容差要求較高。此外，其溫度漂移隨所用材料的熱膨脹系數(shù)和折射率變化而變化，典型器件的溫度漂移大約為0.012nm/℃，比較大。若采用溫度控制措施，則溫度漂移可以減少至0.0004nm/℃。因此，對(duì)于DWDM器件采用溫控措施是可行和必要的。這類光柵在制造上要求較精密，不適合于大批量生產(chǎn)，因此往往在實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)研究中應(yīng)用較多。除上述傳統(tǒng)的光纖器件外，布拉格光纖光柵濾波器的制造技術(shù)逐漸成熟起來，它的制造方法是利用高功率紫外光波束干涉在光纖芯區(qū)中形成周期性的折射率變化，精細(xì)度可達(dá)每厘米1000線。布拉格光纖光柵的設(shè)計(jì)和制造比較快捷方便，成本較低，插入損耗很小，溫度特性穩(wěn)定，其濾波特性帶內(nèi)平坦，而帶外十分陡峭(滾降斜率優(yōu)于150dB/nm，帶外抑制比高達(dá)50dB)，整個(gè)器件可以與系統(tǒng)中光纖熔為一體，它具有理想的濾光特性、便于設(shè)計(jì)制造、效率高等優(yōu)點(diǎn)，因此可以制作成信道間隔非常小的帶通、帶阻濾波器，目前在DWDM系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。然而這類光纖光柵濾波器的波長(zhǎng)適用范圍較窄，只適用于單個(gè)波長(zhǎng)；帶來的好處是可以隨著使用的波長(zhǎng)數(shù)變化增減濾波器，應(yīng)用比較靈活。
2、介質(zhì)薄膜型波分復(fù)用器它是山介質(zhì)薄膜(DTF)構(gòu)成的一類芯 交互型WDM器件。DTF干涉濾波器是由幾十層不同材料、不同折射率和不同厚度的介質(zhì)膜，按照設(shè)計(jì)要求組合起來的，每層的厚度為1/4波長(zhǎng)(90°)，一層為高折射率，一層為低折射率，交替迭合而成。當(dāng)光入射到高折射層時(shí)，反射光沒有相移；當(dāng)光入射到低折射層時(shí)，反射光經(jīng)歷180°相移。由于層厚1/4波長(zhǎng)(90°)，因而經(jīng)低折射率層反射的光經(jīng)歷360°相移后與經(jīng)高折射率層的反射光同相疊加。這樣在中心波長(zhǎng)附近，各層反射光疊加，在濾波器前端面形成很強(qiáng)的反射光。在這高反射區(qū)之外，反射光突然降低，大部分光成為透射光。據(jù)此可以使之對(duì)一定波長(zhǎng)范圍呈通帶，而對(duì)另外波長(zhǎng)范圍呈阻帶，形成所要求的濾波特性。介質(zhì)薄膜型波分復(fù)用器的主要特點(diǎn)是，設(shè)計(jì)上可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的小型化器件，信號(hào)通帶平坦，且與極化無關(guān)，插入損耗低，通路間隔度好。缺點(diǎn)是通路數(shù)不會(huì)很多。具體特點(diǎn)還與結(jié)構(gòu)有關(guān)，例如，薄膜濾波器型波分復(fù)用器在采用軟型材料的時(shí)候，由于濾波器容易吸潮，受環(huán)境的影響而改變波長(zhǎng)；采用硬介質(zhì)薄膜時(shí)材料的溫度穩(wěn)定性優(yōu)于O.0005nm/℃。另外，這種器件的設(shè)計(jì)和制造過程較長(zhǎng)，產(chǎn)量較低，光路中使用環(huán)氧樹脂時(shí)隔離度不宜很高，帶寬不宜很窄。在DWDM系統(tǒng)中，當(dāng)只有4至8個(gè)波長(zhǎng)波分復(fù)用時(shí)，使用該型的波分復(fù)用器件，是比較理想的。
3、熔錐型波分復(fù)用器它是將兩根或多根光纖靠貼在一起適度熔融而成的一種表面交互式器件，可以通過控制融合段的長(zhǎng)度和不同光纖之間的互相靠近程度，實(shí)現(xiàn)不同波長(zhǎng)的復(fù)用或解復(fù)用。在傳統(tǒng)的1310nm/1550nm波分復(fù)用系統(tǒng)中多采用兩纖的熔錐型濾波器，這種濾波器的插入損耗小(單級(jí)最大小于0.5dB，典型值為0.2dB)，無需波長(zhǎng)選擇器件，工藝簡(jiǎn)單，適于批量生產(chǎn)，但相鄰信道的隔離度較差(20dB左右)，且外形尺寸稍大，采用多個(gè)熔融式藕合器級(jí)聯(lián)應(yīng)用的方法，可以改進(jìn)隔離度(提高到30～40dB)。
4、集成光波導(dǎo)波分復(fù)用器它是以光集成技術(shù)為基礎(chǔ)的平面波導(dǎo)型器件，典型制造過程是在硅晶片上沉積一層薄薄的二氧化硅玻璃，并利用光刻技術(shù)形成所需要的圖案，腐蝕成型。該器件可以集成生產(chǎn)，在今后的接入網(wǎng)中有很大的潛在應(yīng)用，而且，除了波分復(fù)用器之外，還可以作成矩陣結(jié)構(gòu)，對(duì)光信道進(jìn)行上下分插(OADM)，是今后光傳送網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)光交換的優(yōu)選方案。
使用集成光波導(dǎo)波分復(fù)用器較有代表性的是日本NTT公司制作的陣列波導(dǎo)光柵(Arrayed Waveguide Grating)光合波分波器，它具有波長(zhǎng)間隔小、信道數(shù)多、通帶平坦等優(yōu)點(diǎn)，非常適合于超高速、大容量WDM系統(tǒng)使用。
本發(fā)明的目的在于提供一種通道容量大，同時(shí)具有解復(fù)用和藕合器的作用，成本低、插入損耗小、生產(chǎn)速率高的菲涅爾全息型密集波分復(fù)用器及其制造方法和裝置。
所說的菲涅爾全息型密集波分復(fù)用器(FH—DWDM)設(shè)有一薄玻璃，玻璃上設(shè)有一層具有離軸Fresnel透鏡結(jié)構(gòu)的記錄材料。
所說的制造菲涅爾全息型密集波分復(fù)用器的方法是1、選用薄玻璃片，并在玻璃片上涂布一層記錄材料；2、用一球面波和平面波，或者兩束球面波進(jìn)行干涉；3、經(jīng)曝光、顯影處理，即制成具離軸Fresnel透鏡結(jié)構(gòu)的菲涅爾全息型密集波分復(fù)用器。
所說的薄玻璃片的厚度最好為0.5～1mm。
所說的制造菲涅爾全息型密集波分復(fù)用器的裝置設(shè)有1個(gè)波長(zhǎng)能對(duì)記錄材料感光的激光器；1個(gè)分光鏡和1個(gè)反射鏡，用于將激光器發(fā)出的光反射到分光鏡上，分光鏡將反射鏡的反射光分為2束，分別送物光產(chǎn)生裝置和干涉光產(chǎn)生裝置；物光產(chǎn)生裝置設(shè)有全反射鏡和擴(kuò)束及空間濾波器，由分光鏡分給物光產(chǎn)生裝置的1束光(物光)經(jīng)全反射鏡后再經(jīng)擴(kuò)束及空間濾波器，到達(dá)記錄介質(zhì)；在擴(kuò)束及空間濾波器與記錄介質(zhì)之間可設(shè)有透鏡準(zhǔn)直或會(huì)聚；干涉光產(chǎn)生裝置設(shè)有全反射鏡和擴(kuò)束及空間濾波器，由分光鏡分給干涉光產(chǎn)生裝置的另1束光(干涉光)經(jīng)全反射鏡后再經(jīng)擴(kuò)束及空間濾波器，到達(dá)記錄介質(zhì)與物光干涉；在擴(kuò)束及空間濾波器與記錄介質(zhì)之間可設(shè)有透鏡會(huì)聚或準(zhǔn)直。
所說的記錄介質(zhì)(材料)為感光膠，可選用光刻膠(Photoresist)，光聚合物(Photopolymer)或DCG材料。
與已有的密集波分復(fù)用器相比，本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)在于1、通道容量大，信道數(shù)量多，信道數(shù)可達(dá)4～131個(gè)波長(zhǎng)，波長(zhǎng)間隔0.4～0.6nm，而已有的DWDM除光柵型外，一般只有4、8個(gè)波長(zhǎng)，最多僅有64個(gè)波長(zhǎng)；2、插入損耗小，達(dá)4～6dB，隔離度≤40dB；3、同時(shí)具有解復(fù)用和藕合器的作用，它既可以將復(fù)用在一根光纖中的多個(gè)光信道波長(zhǎng)分開(解復(fù)用)，又能會(huì)聚(藕合)到各路光纖中，縮小了DWDM模塊的尺寸，節(jié)省了組裝元件。
4、相對(duì)于將來大容量光纖的擴(kuò)容，具有成本低、插入損耗小、生產(chǎn)速率高的特點(diǎn)。目前DWDM一個(gè)波長(zhǎng)最低市價(jià)是1000元人民幣/λ，而FH—DWDM的成本不到2元人民幣／λ。


圖1為菲涅爾全息型密集波分復(fù)用器制造裝置實(shí)施例1結(jié)構(gòu)圖。
圖2為菲涅爾全息型密集波分復(fù)用器制造裝置實(shí)施例2結(jié)構(gòu)圖。
圖3為菲涅爾全息型密集波分復(fù)用器制造裝置實(shí)施例3結(jié)構(gòu)圖。
圖4為菲涅爾全息型密集波分復(fù)用器制造裝置實(shí)施例4結(jié)構(gòu)圖。
圖5為菲涅爾全息型密集波分復(fù)用器制造裝置實(shí)施例5結(jié)構(gòu)圖。
圖6為菲涅爾全息型密集波分復(fù)用器制造裝置實(shí)施例6結(jié)構(gòu)圖。
圖7為菲涅爾全息型密集波分復(fù)用器的工作原理及過程。
以下實(shí)施例將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
本發(fā)明所說的菲涅爾全息型密集波分復(fù)用器是根據(jù)經(jīng)典的相干光干涉理論和衍射理論，采用激光全息技術(shù)制作的，實(shí)踐證明它屬于角色散和聚集器件，其結(jié)構(gòu)是在薄玻璃(0。5～1mm)上涂一層記錄材料感光膠(光刻膠或光聚合物或DCG材料等)，然后用一球面波和一平面波(或兩束球面波)以一定的角度(30°～50°)進(jìn)行干涉而形成離軸Fresnel透鏡結(jié)構(gòu)。
其制作工藝、步驟、條件、過程及其制造裝置的結(jié)構(gòu)如圖1～6所示。設(shè)有波長(zhǎng)能對(duì)記錄材料感光的藍(lán)光或紫光激光器LASER；M為反射鏡；BS為可調(diào)分光鏡；SF為擴(kuò)束及空間濾波器FH為記錄材料，它可以是光刻膠版(Photoresist)、光聚合物(Photopolymer)或DCG材料；L為鍍有增透膜的透鏡或相機(jī)鏡頭。
其制作過程是從LASER發(fā)出的光經(jīng)全反射鏡M1反射到分光鏡BS上，BS將光分為二束，其中一束物光經(jīng)全反鏡M2后再經(jīng)空間濾波器SF1，然后經(jīng)透鏡L1準(zhǔn)直(圖1、圖2)；或經(jīng)L1會(huì)聚(圖3、圖6)或直接到達(dá)記錄介質(zhì)FH(圖4、圖5)。另一束干涉光經(jīng)全反射鏡M3后再經(jīng)空間濾波器SF2，然后經(jīng)透鏡L2匯聚(圖、1、圖5)或經(jīng)L2準(zhǔn)直(圖3、圖4)或直接到達(dá)記錄介質(zhì)FH(圖2、圖6)與第一束光干涉。經(jīng)曝光、顯影處理，就形成了FH—DWDM。
以上所述的6種裝置都可制作FH—DWDM，可按用戶要求的參數(shù)選取一種進(jìn)行制作即可。
圖7為菲涅爾全息型密集波分復(fù)用器的工作原理及過程。擴(kuò)容(復(fù)用)在一根光纖(Fiber)中的多個(gè)光信道波長(zhǎng)λ1，λ2，λ3……λn經(jīng)準(zhǔn)直透鏡L后，到達(dá)FH—DWDM的光按波長(zhǎng)λ1、λ2、λ3……λn分開(解復(fù)用)，并藕合到各路光纖Fb1、Fb2、Fb3……Fbn中。反之就是起擴(kuò)容合波(復(fù)用)作用。
權(quán)利要求
1.菲涅爾全息型密集波分復(fù)用器，其特征在于設(shè)有一薄玻璃，玻璃上設(shè)有一層具有離軸Fresnel透鏡結(jié)構(gòu)的記錄材料。
2.如權(quán)利要求1所述的菲涅爾全息型密集波分復(fù)用器，其特征在于所說的記錄材料為感光膠。
3.如權(quán)利要求1所述的菲涅爾全息型密集波分復(fù)用器，其特征在于所說的薄玻璃片的厚度為0.5～1mm。
4.制造菲涅爾全息型密集波分復(fù)用器的方法，其特征在于1)、選用薄玻璃片，并在玻璃片上涂布一層記錄材料；2)、用一球面波和平面波，或者兩束球面波進(jìn)行干涉3)、經(jīng)曝光、顯影處理，即制成具離軸Fresnel透鏡結(jié)構(gòu)的菲涅爾全息型密集波分復(fù)用器。
5.如權(quán)利要求4所述的制造菲涅爾全息型密集波分復(fù)用器的方法，其特征在于所說的薄玻璃片的厚度為0.5～1mm。
6.如權(quán)利要求4所述的制造菲涅爾全息型密集波分復(fù)用器的方法，其特征在于所說的記錄材料為感光膠。
7.如權(quán)利要求4所述的制造菲涅爾全息型密集波分復(fù)用器的方法，其特征在于所說的感光膠為光刻膠，光聚合物或DCG材料。
8.制造菲涅爾全息型密集波分復(fù)用器的裝置，其特征在于設(shè)有1個(gè)波長(zhǎng)能對(duì)記錄材料感光的激光器1個(gè)分光鏡和1個(gè)反射鏡，用于將激光器發(fā)出的光反射到分光鏡上，分光鏡將反射鏡的反射光分為2束，分別送物光產(chǎn)生裝置和干涉光產(chǎn)生裝置所說的物光產(chǎn)生裝置設(shè)有全反射鏡和擴(kuò)束及空間濾波器，由分光鏡分給物光產(chǎn)生裝置的1束光經(jīng)全反射鏡后再經(jīng)擴(kuò)束及空間濾波器，到達(dá)記錄介質(zhì)；在擴(kuò)束及空間濾波器與記錄介質(zhì)之間可設(shè)有透鏡準(zhǔn)直或會(huì)聚；所說的干涉光產(chǎn)生裝置設(shè)有全反射鏡和擴(kuò)束及空間濾波器，由分光鏡分給干涉光產(chǎn)生裝置的另1束光經(jīng)全反射鏡后再經(jīng)擴(kuò)束及空間濾波器，到達(dá)記錄介質(zhì)與物光干涉。
9.如權(quán)利要求8所述的制造菲涅爾全息型密集波分復(fù)用器的裝置，其特征在于所說的物光產(chǎn)生裝置的擴(kuò)束及空間濾波器與記錄介質(zhì)之間設(shè)有透鏡會(huì)聚或準(zhǔn)直。
10.如權(quán)利要求8所述的制造菲涅爾全息型密集波分復(fù)用器的裝置，其特征在于所說的干涉光產(chǎn)生裝置的擴(kuò)束及空間濾波器與記錄介質(zhì)之間設(shè)有透鏡會(huì)聚或準(zhǔn)直。
全文摘要
涉及一種密集波分復(fù)用器,設(shè)有薄玻璃,玻璃上設(shè)具離軸Fresnel透鏡結(jié)構(gòu)的記錄材料。其制造方法是在玻璃片上涂布記錄材料;用球面波和平面波;經(jīng)曝光、顯影處理。其制造裝置設(shè)有激光器;1個(gè)分光鏡和1個(gè)反射鏡,分光鏡將反射光分為2束,分別送物光和干涉光產(chǎn)生裝置;物光產(chǎn)生裝置設(shè)有全反射鏡和濾波器,物光經(jīng)全反射鏡后再經(jīng)濾波器,到達(dá)記錄介質(zhì);干涉光產(chǎn)生裝置設(shè)有全反射鏡和濾波器,由分光鏡分給干涉光產(chǎn)生裝置的另1束光經(jīng)全反射鏡后再經(jīng)濾波器,到達(dá)記錄介質(zhì)與物光干涉。通道容量大,信道數(shù)量多;插入損耗小;同時(shí)具有解復(fù)用和耦合器的作用;相對(duì)于將來大容量光纖的擴(kuò)容,具有成本低、插入損耗小、生產(chǎn)速率高的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04J14/02GK1388669SQ0212499
公開日2003年1月1日 申請(qǐng)日期2002年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月26日
發(fā)明者劉守, 張向蘇, 劉川, 任雪暢 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)