WDM薄膜濾光片和分束器的設(shè)計(jì)與制造研究.pdf

1、薄膜技術(shù)是光電領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文對(duì)波分復(fù)用（WDM）系統(tǒng)中四種主要類型濾光片的光譜特性、膜系的優(yōu)化設(shè)計(jì)、誤差分析、膜厚監(jiān)控方式和鍍制工藝等方面進(jìn)行了深入的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。各類濾波片的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)是光信息科學(xué)利用最廣和難度最高的領(lǐng)域之一。 本文的創(chuàng)新點(diǎn)如下： (1) 建立了一套完善的薄膜誤差分析與鍍膜過程模擬方法。Monte Carlo模擬能夠得到膜系所要求的膜層厚度控制精度范圍，膜系的相對(duì)靈敏度分析可以指明每

2、層膜對(duì)誤差要求的苛刻程度；膜厚光學(xué)監(jiān)控過程模擬能夠顯示鍍膜過程能否完成，膜系的導(dǎo)納圖繪制與分析能夠得到極值法監(jiān)控時(shí)膜層之間可能的補(bǔ)償關(guān)系。整套較完善的誤差分析方法，對(duì)其他光學(xué)薄膜的分析有普適意義。實(shí)驗(yàn)表明：理論分析與實(shí)際相符。 (2) 研究、制定了幾種薄膜分束器膜層制備過程中膜厚的控制策略。窄帶濾光片的膜厚控制采用的是一種混合的監(jiān)控方法：用極值法監(jiān)控反射層和間隔層，用石英晶振法監(jiān)控耦合層，石英晶振法與光度法結(jié)合控制外層的增透層；

3、若僅采用極值法監(jiān)控，無法達(dá)到WDM濾光片的技術(shù)指標(biāo)。干涉截止濾光片(Edge Filter)和薄膜偏振分束器(PBS)采用極值法監(jiān)控，在不改變實(shí)際膜系結(jié)構(gòu)條件下，通過轉(zhuǎn)換監(jiān)控波長(zhǎng)，將含有規(guī)正膜層的膜系結(jié)構(gòu)全部轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的非規(guī)正膜層。變換后的膜層的相對(duì)靈敏度只有變換前的十分之一，大大提高了薄膜制備的成品率。 (3) 研究并改進(jìn)了Leybold APS1104鍍膜機(jī)的光學(xué)監(jiān)控單元，使監(jiān)控光源的帶寬小于0.3 nm，通過優(yōu)化計(jì)算和多次

4、實(shí)驗(yàn)，選擇了合適監(jiān)控光帶寬和強(qiáng)度。 (4) 深入研究了窄帶濾光片的測(cè)試方法，并建立了測(cè)試系統(tǒng)。將原來只具備手動(dòng)功能的儀器Agilent8164A光波測(cè)試儀，通過集成變?yōu)檎瓗V光片的自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)。和其他測(cè)量系統(tǒng)相比，測(cè)量精度達(dá)到±1 pm，測(cè)試速度可提高數(shù)倍，而且操作簡(jiǎn)單。測(cè)試系統(tǒng)不僅可以測(cè)試窄帶濾光片，而且可對(duì)光通信領(lǐng)域1550 nm波段的光信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。 (5) 深入研究了一種小尺寸、高消光比、高截止度的薄膜PBS分束

5、器的設(shè)計(jì)與制造工藝。良好的薄膜設(shè)計(jì)與制備，使器件有高消光比、高截止度；合理的冷加工工藝，使棱鏡有合格的機(jī)械尺寸；獨(dú)特的監(jiān)控光路，優(yōu)化的在線膠合工作臺(tái)，保證了入射光與出射的S光和P光三條光線平行度小于30秒。 本文設(shè)計(jì)、制造了密集波分復(fù)用(DWDM) 4腔100GHz窄帶濾光片，9腔稀疏波分復(fù)用(CWDM)窄帶濾光片，幾種1315 nm/1550 nm波段的干涉截止濾光片和薄膜PBS分束器。得到的幾種WDM薄膜元器件，技術(shù)指標(biāo)均在先進(jìn)行