混合型波分復(fù)用系統(tǒng)中薄膜濾光片的研究.pdf

1、混合型波分復(fù)用技術(shù)通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)稀疏波分復(fù)用技術(shù)與寬光譜摻鉺光纖放大技術(shù)的結(jié)合使用，具備了數(shù)據(jù)傳輸距離遠(yuǎn)、通信效率高、抗干擾和保密性能好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可快速組建等特點(diǎn)，一經(jīng)問(wèn)世就引起了光纖通信領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。但該技術(shù)對(duì)所使用的復(fù)用/解復(fù)用濾光片和增益平坦濾光片技術(shù)要求特別嚴(yán)格，以目前的光學(xué)薄膜制備技術(shù)研制兩種濾光片難度很大，這也成為了限制混合型波分復(fù)用技術(shù)發(fā)展的主要因素。為此，本文針對(duì)混合型波分復(fù)用系統(tǒng)中復(fù)用/解復(fù)用濾光片和增益平坦濾光片的使

2、用要求，通過(guò)對(duì)合金靶濺射特性、復(fù)合薄膜沉積工藝、膜系設(shè)計(jì)、制備技術(shù)、測(cè)試技術(shù)進(jìn)行了詳盡的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)步驟，并利用更少的膜層研制出了低損耗CWDM(CoarseWavelengthDivisionMultiplexing)濾光片和高增益平坦度GFF(GainFlatteringFilter)濾光片，具體研究?jī)?nèi)容如下。
　　首先采用Ta-Nb合金作為濺射靶材，O2為反應(yīng)氣體，采用離子束反應(yīng)濺射技術(shù)制備了一種新型復(fù)合薄

3、膜。分別利用分光光度計(jì)、X射線衍射儀、X射線光電子能譜儀、掃描電鏡和原子力顯微鏡對(duì)制備的復(fù)合薄膜的光學(xué)特性、結(jié)晶狀態(tài)、成份配比、薄膜表面微結(jié)構(gòu)和表面形貌進(jìn)行了表征與分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:相比于Ta2O5和Nb2O5薄膜，復(fù)合薄膜更適用于研制薄膜層數(shù)多、薄膜吸收損耗低的濾光片，因此可替代Ta2O5或Nb2O5作為研制混合型波分復(fù)用系統(tǒng)中薄膜器件的薄膜材料。
　　其次對(duì)不同離子束工藝參量下制備的復(fù)合薄膜、SiO2薄膜的特性進(jìn)行了深入研究

4、，系統(tǒng)的分析了氧氣充入方式對(duì)復(fù)合薄膜特性產(chǎn)生的影響，并對(duì)膜厚均勻性進(jìn)行修正，為研制低損耗CWDM濾光片與GFF濾光片提供了必要的條件。通過(guò)正交矩陣法進(jìn)行離子源工藝參量?jī)?yōu)化實(shí)驗(yàn)，與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行對(duì)比可知，正交矩陣法需要更少的實(shí)驗(yàn)次數(shù)即可獲取較理想的工藝參量，這對(duì)簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)步驟、縮短濾光片的研發(fā)周期有較大幫助。
　　另外，還建立了一套完善的膜系尋優(yōu)設(shè)計(jì)方法，并對(duì)膜堆疊加、匹配層優(yōu)化等技術(shù)進(jìn)行了深入研究，選用復(fù)合薄膜與SiO2作為高低折

5、射率薄膜材料，以WMS-13作為基底玻璃，利用較少的膜層數(shù)設(shè)計(jì)出了滿足混合型波分復(fù)用系統(tǒng)使用要求的低損耗CWDM濾光片和高增益平坦度的GFF濾光片膜系。
　　根據(jù)膜系的結(jié)構(gòu)，研究并制定了采用雙離子束濺射法制備CWDM濾光片、GFF濾光片的膜厚監(jiān)控方案。在低損耗CWDM濾光片研制過(guò)程中，采用光電極值法控制各腔內(nèi)的規(guī)整膜層厚度，采用平均時(shí)間法控制耦合層厚度。在GFF濾光片研制過(guò)程中，采用時(shí)間監(jiān)控法控制膜層厚度。并分別對(duì)兩種薄膜進(jìn)行多次

6、沉積，將其結(jié)果進(jìn)行最小二乘擬合得到復(fù)合薄膜、SiO2薄膜的沉積速率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:采用上述方法可一定程度上提高離子束濺射系統(tǒng)的膜厚控制精確度，保證低損耗CWDM濾光片和GFF濾光片制備工作可順利完成，并為高精密薄膜器件的制備提供了更好的膜厚控制方案。
　　研制的低損耗CWDM濾光片和GFF濾光片經(jīng)過(guò)光譜特性測(cè)試系統(tǒng)檢測(cè)，具體數(shù)據(jù)為低損耗CWDM濾光片的通帶中心波長(zhǎng)為1551.1nm，通帶峰值最大插入損耗-0.09dB，通帶波紋在0