波長(cháng)漸變膜的設計與制備

　　基于實(shí)際使用中的需求，使用磁控濺射的方法，在50 G 窄帶光學(xué)膜的基礎上，通過(guò)使用擋板遮擋，在玻璃上鍍制不同厚度的膜層，在不同物理位置實(shí)現中心波長(cháng)漸變的50 G 窄帶光學(xué)膜。

　　光學(xué)薄膜是現代光學(xué)器件的重要組成部分，它通過(guò)在各種光學(xué)材料的表面鍍上一層和多層膜，利用光的干涉效應改變透射光或反射光的偏振、相位及能量。

　　光學(xué)薄膜器件廣泛地應用于光通信網(wǎng)絡(luò )中，隨著(zhù)信息時(shí)代的到來(lái)、國際互聯(lián)網(wǎng)和各種信息業(yè)務(wù)迅速發(fā)展，尤其是視頻和語(yǔ)音等多媒體業(yè)務(wù)的發(fā)展，對光纖通信網(wǎng)絡(luò )帶寬和容量的需求越來(lái)越高，對光學(xué)薄膜的設計和工藝也提出越來(lái)越高的要求。

　　窄帶光學(xué)膜廣泛應用于光通訊DWDM，以及光纖干路中的檢測監控，設計和工藝相對比較成熟。但是，目前的光學(xué)薄膜多基于在基底上均勻鍍制膜層，整個(gè)基底上的各個(gè)部分的光學(xué)性能幾乎一致，很少見(jiàn)在同一基底上同時(shí)鍍制不同光譜性能薄膜的研究和報道。

　　隨著(zhù)光通訊的發(fā)展，通訊干路中包含的信息容量以及光頻道越來(lái)越多，如果使用普通的光學(xué)薄膜， 需要每個(gè)通道使用一個(gè)光學(xué)薄膜以及配套的光學(xué)器件， 但是波長(cháng)漸變膜只需要一套器件就可以實(shí)現在干路中同時(shí)檢測多達40 個(gè)頻道的光信號，節省了大量的空間以及器件。

　　波長(cháng)漸變膜是指薄膜通帶的中心波長(cháng)從中心向邊緣逐漸變大，基于普通的50 G 窄帶，通過(guò)膜層厚度的空間漸變來(lái)實(shí)現中心波長(cháng)的空間變化。一般使用具有固定輪廓的掩模板，基片靠近掩模板并相對于掩模板旋轉，基片不同半徑處相對于濺射源的張角不同，得到不同的平均沉積速率。

　　本文介紹了波長(cháng)漸變膜的設計方法和光學(xué)性能，使用自制的掩模板和掩模板切換裝置，在磁控濺射機內鍍制波長(cháng)漸變膜的工藝過(guò)程并分析結果。

　　1、波長(cháng)漸變膜的設計和光學(xué)性能

　　根據使用需求，波長(cháng)漸變膜需要包含40 個(gè)通道，每個(gè)通道的光譜性能要求如表1：

表1 波長(cháng)漸變膜各通道的光學(xué)性能

　　其光譜曲線(xiàn)示意圖如圖1 所示(僅標出其中的幾個(gè)通道作為示例)。

圖1 波長(cháng)漸變膜不同頻道的光譜性能

　　波長(cháng)漸變膜在基片半徑方向的結構如圖2所示：

圖2 波長(cháng)漸變膜在基片半徑方向的結構

　　本文在雙面拋光的玻璃上鍍膜，一面為波長(cháng)漸變膜，另一面為增透膜。增透膜反射率<-38 dB，因增透膜工藝已經(jīng)很成熟，且多見(jiàn)于報道，本文不作詳述。

　　本文使用基于Matlab 編程的TFO 設計軟件，參考50 G 窄帶的設計，以玻璃為基底，使用SiO2和Ta2O5/Nb2O5 為高低折射率材料，圖3 是一個(gè)設計實(shí)例：

圖3 用于波長(cháng)漸變膜的50G 窄帶膜系設計

　　用該設計模擬的薄膜光譜性能如圖4 所示。

圖4 50 G 窄帶設計的模擬光譜曲線(xiàn)

　　5、結論

　　介紹了波長(cháng)漸變膜的光學(xué)性能和設計方法，鍍膜工藝，測量方法。使用自行設計的掩模板和掩模板切換裝置，在高真空環(huán)境下鍍制了波長(cháng)漸變膜。測量結果表明，這種技術(shù)制備的波長(cháng)漸變膜符合設計要求，能滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。