混合型波分復用系統(tǒng)中薄膜濾光片的研究.pdf

1、混合型波分復用技術通過對傳統(tǒng)稀疏波分復用技術與寬光譜摻鉺光纖放大技術的結合使用，具備了數(shù)據(jù)傳輸距離遠、通信效率高、抗干擾和保密性能好、結構簡單、可快速組建等特點，一經(jīng)問世就引起了光纖通信領域的廣泛關注。但該技術對所使用的復用/解復用濾光片和增益平坦濾光片技術要求特別嚴格，以目前的光學薄膜制備技術研制兩種濾光片難度很大，這也成為了限制混合型波分復用技術發(fā)展的主要因素。為此，本文針對混合型波分復用系統(tǒng)中復用/解復用濾光片和增益平坦濾光片的使

2、用要求，通過對合金靶濺射特性、復合薄膜沉積工藝、膜系設計、制備技術、測試技術進行了詳盡的理論分析和實驗研究，簡化了實驗步驟，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，具體研究內(nèi)容如下。
　　首先采用Ta-Nb合金作為濺射靶材，O2為反應氣體，采用離子束反應濺射技術制備了一種新型復合薄

3、膜。分別利用分光光度計、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制備的復合薄膜的光學特性、結晶狀態(tài)、成份配比、薄膜表面微結構和表面形貌進行了表征與分析，實驗結果顯示:相比于Ta2O5和Nb2O5薄膜，復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用系統(tǒng)中薄膜器件的薄膜材料。
　　其次對不同離子束工藝參量下制備的復合薄膜、SiO2薄膜的特性進行了深入研究

4、，系統(tǒng)的分析了氧氣充入方式對復合薄膜特性產(chǎn)生的影響，并對膜厚均勻性進行修正，為研制低損耗CWDM濾光片與GFF濾光片提供了必要的條件。通過正交矩陣法進行離子源工藝參量優(yōu)化實驗，與傳統(tǒng)實驗方法進行對比可知，正交矩陣法需要更少的實驗次數(shù)即可獲取較理想的工藝參量，這對簡化實驗步驟、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)設計方法，并對膜堆疊加、匹配層優(yōu)化等技術進行了深入研究，選用復合薄膜與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)設計出了滿足混合型波分復用系統(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)膜系的結構，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，采用平均時間法控制耦合層厚度。在GFF濾光片研制過程中，采用時間監(jiān)控法控制膜層厚度。并分別對兩種薄膜進行多次

6、沉積，將其結果進行最小二乘擬合得到復合薄膜、SiO2薄膜的沉積速率。實驗結果顯示: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)過光譜特性測試系統(tǒng)檢測，具體數(shù)據(jù)為低損耗CWDM濾光片的通帶中心波長為1551.1nm，通帶峰值最大插入損耗-0.09dB，通帶波紋在0