專利名稱：菲涅爾全息型密集波分復用器及其制造方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種密集波分復用器，尤其是一種菲涅爾全息型密集波分復用器及其制造方法和裝置。
在光通訊領域，近年來世界上的各公司都把目光定在密集波分復用DWDM(WavelengthDivision Multiplexing)技術上。這是由于DWDM技術具有以下優點(1)不需要安裝新光纖就可以擴容，降低了網絡費用。(2)網絡可隨時升級擴容，以滿足用戶及未來新業務的要求。
目前已有的DWDM有光柵型波分復用器、介質薄膜型波分復用器、熔錐型波分復用器、集成光波導波分復用器等。
1、光柵型波分復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的光信號。最流行的衍射光柵，是在玻璃襯底上沉積環氧樹脂，然后再在環氧樹脂上制造光柵線，構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，不同波長的光信號以不同的角度反射，然后經透鏡會聚到不同的輸出光纖，從而完成波長選擇功能；反過程也可行。閃爍光柵的優點是高分辨的波長選擇作用，可以將特定波長的絕大部分能量與其他波長進行分離，且方向集中。閃爍光柵型濾波器具有優良的波長選擇性，可以使波長的間隔縮小到數nm甚至0.5nm左右。另外，光柵型器件是并聯工作的，插入損耗不會隨復用通路波長數的增加而增加，因而可以獲得較多的復用通路數，已能實現131個波長間距O.5nm的復用。其隔離度也較好，當波長間隔為1nm時可以高達55dB。它的缺點是插入損耗較大，通常有3～8dB，對極化很敏感，光通路帶寬/通路間隔比尚不很理想，使光譜利用率不夠高，對光源和WDM器件的波長容差要求較高。此外，其溫度漂移隨所用材料的熱膨脹系數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，因此往往在實驗室的科學研究中應用較多。除上述傳統的光纖器件外，布拉格光纖光柵濾波器的制造技術逐漸成熟起來，它的制造方法是利用高功率紫外光波束干涉在光纖芯區中形成周期性的折射率變化，精細度可達每厘米1000線。布拉格光纖光柵的設計和制造比較快捷方便，成本較低，插入損耗很小，溫度特性穩定，其濾波特性帶內平坦，而帶外十分陡峭(滾降斜率優于150dB/nm，帶外抑制比高達50dB)，整個器件可以與系統中光纖熔為一體，它具有理想的濾光特性、便于設計制造、效率高等優點，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系統中得到了廣泛的應用。然而這類光纖光柵濾波器的波長適用范圍較窄，只適用于單個波長；帶來的好處是可以隨著使用的波長數變化增減濾波器，應用比較靈活。
2、介質薄膜型波分復用器它是山介質薄膜(DTF)構成的一類芯 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膜，按照設計要求組合起來的，每層的厚度為1/4波長(90°)，一層為高折射率，一層為低折射率，交替迭合而成。當光入射到高折射層時，反射光沒有相移；當光入射到低折射層時，反射光經歷180°相移。由于層厚1/4波長(90°)，因而經低折射率層反射的光經歷360°相移后與經高折射率層的反射光同相疊加。這樣在中心波長附近，各層反射光疊加，在濾波器前端面形成很強的反射光。在這高反射區之外，反射光突然降低，大部分光成為透射光。據此可以使之對一定波長范圍呈通帶，而對另外波長范圍呈阻帶，形成所要求的濾波特性。介質薄膜型波分復用器的主要特點是，設計上可以實現結構穩定的小型化器件，信號通帶平坦，且與極化無關，插入損耗低，通路間隔度好。缺點是通路數不會很多。具體特點還與結構有關，例如，薄膜濾波器型波分復用器在采用軟型材料的時候，由于濾波器容易吸潮，受環境的影響而改變波長；采用硬介質薄膜時材料的溫度穩定性優于O.0005nm/℃。另外，這種器件的設計和制造過程較長，產量較低，光路中使用環氧樹脂時隔離度不宜很高，帶寬不宜很窄。在DWDM系統中，當只有4至8個波長波分復用時，使用該型的波分復用器件，是比較理想的。
3、熔錐型波分復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度和不同光纖之間的互相靠近程度，實現不同波長的復用或解復用。在傳統的1310nm/1550nm波分復用系統中多采用兩纖的熔錐型濾波器，這種濾波器的插入損耗小(單級最大小于0.5dB，典型值為0.2dB)，無需波長選擇器件，工藝簡單，適于批量生產，但相鄰信道的隔離度較差(20dB左右)，且外形尺寸稍大，采用多個熔融式藕合器級聯應用的方法，可以改進隔離度(提高到30～40dB)。
4、集成光波導波分復用器它是以光集成技術為基礎的平面波導型器件，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，并利用光刻技術形成所需要的圖案，腐蝕成型。該器件可以集成生產，在今后的接入網中有很大的潛在應用，而且，除了波分復用器之外，還可以作成矩陣結構，對光信道進行上下分插(OADM)，是今后光傳送網絡中實現光交換的優選方案。
使用集成光波導波分復用器較有代表性的是日本NTT公司制作的陣列波導光柵(Arrayed Waveguide Grating)光合波分波器，它具有波長間隔小、信道數多、通帶平坦等優點，非常適合于超高速、大容量WDM系統使用。
本發明的目的在于提供一種通道容量大，同時具有解復用和藕合器的作用，成本低、插入損耗小、生產速率高的菲涅爾全息型密集波分復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用器(FH—DWDM)設有一薄玻璃，玻璃上設有一層具有離軸Fresnel透鏡結構的記錄材料。
所說的制造菲涅爾全息型密集波分復用器的方法是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，或者兩束球面波進行干涉；3、經曝光、顯影處理，即制成具離軸Fresnel透鏡結構的菲涅爾全息型密集波分復用器。
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用器的裝置設有1個波長能對記錄材料感光的激光器；1個分光鏡和1個反射鏡，用于將激光器發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，分別送物光產生裝置和干涉光產生裝置；物光產生裝置設有全反射鏡和擴束及空間濾波器，由分光鏡分給物光產生裝置的1束光(物光)經全反射鏡后再經擴束及空間濾波器，到達記錄介質；在擴束及空間濾波器與記錄介質之間可設有透鏡準直或會聚；干涉光產生裝置設有全反射鏡和擴束及空間濾波器，由分光鏡分給干涉光產生裝置的另1束光(干涉光)經全反射鏡后再經擴束及空間濾波器，到達記錄介質與物光干涉；在擴束及空間濾波器與記錄介質之間可設有透鏡會聚或準直。
所說的記錄介質(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用器相比，本發明的顯著優點在于1、通道容量大，信道數量多，信道數可達4～131個波長，波長間隔0.4～0.6nm，而已有的DWDM除光柵型外，一般只有4、8個波長，最多僅有64個波長；2、插入損耗小，達4～6dB，隔離度≤40dB；3、同時具有解復用和藕合器的作用，它既可以將復用在一根光纖中的多個光信道波長分開(解復用)，又能會聚(藕合)到各路光纖中，縮小了DWDM模塊的尺寸，節省了組裝元件。
4、相對于將來大容量光纖的擴容，具有成本低、插入損耗小、生產速率高的特點。目前DWDM一個波長最低市價是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用器制造裝置實施例1結構圖。
圖2為菲涅爾全息型密集波分復用器制造裝置實施例2結構圖。
圖3為菲涅爾全息型密集波分復用器制造裝置實施例3結構圖。
圖4為菲涅爾全息型密集波分復用器制造裝置實施例4結構圖。
圖5為菲涅爾全息型密集波分復用器制造裝置實施例5結構圖。
圖6為菲涅爾全息型密集波分復用器制造裝置實施例6結構圖。
圖7為菲涅爾全息型密集波分復用器的工作原理及過程。
以下實施例將結合附圖對本發明作進一步的說明。
本發明所說的菲涅爾全息型密集波分復用器是根據經典的相干光干涉理論和衍射理論，采用激光全息技術制作的，實踐證明它屬于角色散和聚集器件，其結構是在薄玻璃(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°)進行干涉而形成離軸Fresnel透鏡結構。
其制作工藝、步驟、條件、過程及其制造裝置的結構如圖1～6所示。設有波長能對記錄材料感光的藍光或紫光激光器LASER；M為反射鏡；BS為可調分光鏡；SF為擴束及空間濾波器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鏡頭。
其制作過程是從LASER發出的光經全反射鏡M1反射到分光鏡BS上，BS將光分為二束，其中一束物光經全反鏡M2后再經空間濾波器SF1，然后經透鏡L1準直(圖1、圖2)；或經L1會聚(圖3、圖6)或直接到達記錄介質FH(圖4、圖5)。另一束干涉光經全反射鏡M3后再經空間濾波器SF2，然后經透鏡L2匯聚(圖、1、圖5)或經L2準直(圖3、圖4)或直接到達記錄介質FH(圖2、圖6)與第一束光干涉。經曝光、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選取一種進行制作即可。
圖7為菲涅爾全息型密集波分復用器的工作原理及過程。擴容(復用)在一根光纖(Fiber)中的多個光信道波長λ1，λ2，λ3……λn經準直透鏡L后，到達FH—DWDM的光按波長λ1、λ2、λ3……λn分開(解復用)，并藕合到各路光纖Fb1、Fb2、Fb3……Fbn中。反之就是起擴容合波(復用)作用。
權利要求
1.菲涅爾全息型密集波分復用器，其特征在于設有一薄玻璃，玻璃上設有一層具有離軸Fresnel透鏡結構的記錄材料。
2.如權利要求1所述的菲涅爾全息型密集波分復用器，其特征在于所說的記錄材料為感光膠。
3.如權利要求1所述的菲涅爾全息型密集波分復用器，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，或者兩束球面波進行干涉3)、經曝光、顯影處理，即制成具離軸Fresnel透鏡結構的菲涅爾全息型密集波分復用器。
5.如權利要求4所述的制造菲涅爾全息型密集波分復用器的方法，其特征在于所說的薄玻璃片的厚度為0.5～1mm。
6.如權利要求4所述的制造菲涅爾全息型密集波分復用器的方法，其特征在于所說的記錄材料為感光膠。
7.如權利要求4所述的制造菲涅爾全息型密集波分復用器的方法，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用器的裝置，其特征在于設有1個波長能對記錄材料感光的激光器1個分光鏡和1個反射鏡，用于將激光器發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，分別送物光產生裝置和干涉光產生裝置所說的物光產生裝置設有全反射鏡和擴束及空間濾波器，由分光鏡分給物光產生裝置的1束光經全反射鏡后再經擴束及空間濾波器，到達記錄介質；在擴束及空間濾波器與記錄介質之間可設有透鏡準直或會聚；所說的干涉光產生裝置設有全反射鏡和擴束及空間濾波器，由分光鏡分給干涉光產生裝置的另1束光經全反射鏡后再經擴束及空間濾波器，到達記錄介質與物光干涉。
9.如權利要求8所述的制造菲涅爾全息型密集波分復用器的裝置，其特征在于所說的物光產生裝置的擴束及空間濾波器與記錄介質之間設有透鏡會聚或準直。
10.如權利要求8所述的制造菲涅爾全息型密集波分復用器的裝置，其特征在于所說的干涉光產生裝置的擴束及空間濾波器與記錄介質之間設有透鏡會聚或準直。
全文摘要
涉及一種密集波分復用器,設有薄玻璃,玻璃上設具離軸Fresnel透鏡結構的記錄材料。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;經曝光、顯影處理。其制造裝置設有激光器;1個分光鏡和1個反射鏡,分光鏡將反射光分為2束,分別送物光和干涉光產生裝置;物光產生裝置設有全反射鏡和濾波器,物光經全反射鏡后再經濾波器,到達記錄介質;干涉光產生裝置設有全反射鏡和濾波器,由分光鏡分給干涉光產生裝置的另1束光經全反射鏡后再經濾波器,到達記錄介質與物光干涉。通道容量大,信道數量多;插入損耗小;同時具有解復用和耦合器的作用;相對于將來大容量光纖的擴容,具有成本低、插入損耗小、生產速率高的特點。
文檔編號H04J14/02GK1388669SQ0212499
公開日2003年1月1日 申請日期2002年6月26日 優先權日2002年6月26日
發明者劉守, 張向蘇, 劉川, 任雪暢 申請人:廈門大學