角度调谐滤光片特性分析及膜系设计

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1、第37卷第6期光子学报Vol.37No.62008年6月ACTAPHOTONICASINICAJune2008角度调谐滤光片特性分析及膜系设计1,21,31,2俞侃,刘文,黄德修(1武汉光电国家实验室,武汉430074)(2华中科技大学光电子科学与工程学院,武汉430074)(3武汉光讯有限责任公司,武汉430074)摘要:对窄带滤光片的倾斜入射特性作了分析.斜入射时其透射通带和峰值会向短波方向移动,透射曲线的稳定性跟滤光片的间隔层结构相关,多腔间使用相同的间隔层可以保证斜入射时有稳定的峰值透射率和带宽,利用该特点可以制备角度调谐窄带滤光片.透射光S和P偏振分量的中心波长

2、随入射角度的增大出现分离现象,产生较大的偏振相关损耗.通过搭配不同厚度的高低折射率材料作为间隔层,改变其有效折射率,使其两个偏振分量的中心波长实现重合.设计了符合密集波分复用(DenseWavelengthDivisionMultiplexing,DWDM)系统要求的低偏振相关损耗四腔窄带角度调谐滤光片膜系,其可调谐范围达20nm以上,并评估了所设计角度调谐滤光片的调谐性能.关键词:窄带滤光片;倾斜入射;中心波长;等效折射率;偏振相关损耗中图分类号:O484文献标识码:A文章编号:100424213(2008)06211752520引言T=T0/{1+Fsin[(φa+φ

3、b)/2-δ]}(1)式中,T0=TaTb/(1-RaRb),F=1+4RaRb/在密集波分复用DWDM系统中,多腔窄带滤2[1-RaRb],Ra、Rb为两个等效面的反射率,Ta、光片的使用十分广泛,技术成熟,可以用来透射固定Tb为其透射率,φa、φb为其反射相移,δ=(2π/λ)波长和带宽的光信号.普通滤光片多是用于正入射Ndcosθ为其有效相位厚度,m为干涉级次,d为薄场合,随着光信号入射角度的加大,滤光片的透射特膜厚度,N为薄膜的等效折射率.由于经过匹配,等性会发生一些显著的变化.对于窄带滤光片的倾斜效面的反射相移φa+φb等于0或π,所以当有效相[1]入射特性,已

4、有一些文献做过报道.Macleod主要位厚度满足下式借助导纳图解方式对倾斜入射的多腔窄带滤光片做δ=(2π/λ)Ndcosθ=mπ(m=0,1,2,⋯)(2)[2]了分析;Baumeister用驻波比技术来匹配反射带;时,膜系可达到最大的透射率.[3]Cushing采用插入另一种材料的半波层来组成间1.1透射曲线移动特性隔层,再通过两个滤光片的串接来减小偏振分离现当输入光信号对窄带滤光片倾斜入射时,首先[4]象;顾培夫通过调整间隔层的等效折射率设计了其透射曲线的峰值波长和通带都会向短波方向移20°入射角的滤光片.本文对滤光片的倾斜入射特性动.设当正入射,即入射角θ=0时,

5、单层薄膜透射的做了分析.通过添加不同层数和厚度的高低折射率中心波长为λ0.则由δ=(2π/λ)Ndcosθ≈(2π/λ0)材料,调节了间隔层的等效折射率,改进了窄带滤光Ndcos0可以推出片的膜系结构.设计了四腔DWDM角度调谐滤光λ=λ0cosθ(3)片,其在倾斜入射时的透射性能稳定,偏振相关损耗由式(3)可知,随着入射角θ的增加,透射曲线的中和插入损耗较低,可调谐范围较大.给出了不同层数心波长λ是不断减小的,故倾斜入射时窄带滤光片间隔层的膜系设计结果,并对其角度调谐特性进行透射曲线的中心波长有向短波方向移动的现象.了分析.1.2透射曲线峰值和通带特性[5]1窄带滤光片

6、倾斜入射特性分析对窄带滤光片而言,间隔层的影响最大.倾斜入射时,多腔窄带滤光片的透射曲线会根据各腔间对于多腔窄带滤光片,其多层薄膜可以等效为间隔层结构的异同出现不同的现象.在0°和12°分两个有效界面a和b来表示.由干涉理论可知其透别对膜系(4)的窄带滤光片进行计算可以得到图1射特性为(a)和(b)所示的不同透射结果.该膜系各腔间的间隔层结构不相同.其中:空气折射率nA=1,基板折Tel:027287544509Email:onlyfish@126.com射率nG=1.5,高折射率材料为Ta2O5,其折射率nH=收稿日期:20072012152.05,低折射率材料为SiO

7、2,其折射率为nL=1.46,©1994-2011ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net1176光子学报37卷8877正入射中心波长λ0=1550nm.文中所有计算和设(HL)H6LH(LH)L(HL)H6LH(LH)]/A(6)计的材料与折射率都同这一致.膜系结构中H和L[6]分别为高、低折射率的四分之一波长膜层.7788G/[(HL)H4LH(LH)L(HL)H6LH(LH)L8877(HL)H8