薄膜滤光片走向成熟

　　多层膜滤光片在生物医学仪器、分析仪器及先进的激光系统中起着重要的作用。虽然许多应用目前仍依赖于过时的滤光技术,但远程通信的严格要求促进了光学薄膜技术的发展。密集波分复用(DWDM)光通信系统的挑战性要求加速了薄膜滤光片向具有低损耗、优异的光谱性能和被动式温度补偿能力等方向发展,并使其成为光通信的关键组件,从而提高了光纤系统的性能,降低了成本。

　　光学薄膜今天所取得的显著进展是人们在10年前难以想像的。其中的第一个关键性进展是研制出中心波长接近于1550nm的极窄带通滤光片。这种滤光片首先在DWDM系统中得到应用,用于选择单独通道,带宽最初为1·6nm(200GHz),后来提高到0·8nm(100GHz)。美国Optical Coating Associates公司最先对外报道了这种滤光片,紧随其后,美国加州Optical Coating　　Laboratory也发布了其研究成果。该研究室研制的滤光片是基于多重法布里-珀罗谐振腔设计,是由1/4波长厚度的高/低折射率的坚硬氧化物材料多层膜构成的。

　　多通道滤光片

　　对滤光片技术的研究从来就没有停止过,一些公司先后研制出带宽小至0·2nm(25GHz),能够传输8个100GHz带宽,并同时反射掉所有直接相邻频道的信号(8频通滤光片)。因为这种滤　　光片要求的是高度矩形的频谱形状(边的陡度对带宽的比值很小),所以需要多达17个法布里-珀罗腔和共计400多层膜层。

　　另一个关键性进展是薄膜增益补偿滤光片的研制成功,该滤光片能对光纤放大器的增益光谱进行补偿。设计和制造这种滤光片极具挑战性,因为所要求的膜层厚度为非1/4波长,因此目前世界上只有很少几家公司掌握这种技术。

　　镀膜技术、滤光片设计和光学监测技术的发展促进了薄膜滤光片技术的发展。采用10年前的镀膜技术现已不能制备出今天这种大容量、多波长光通信系统所需要的光学滤光片。这种高性能滤光片的厚度仅为几十微米,但要求镀上几百层膜。新的沉积方法具有在一个小面积上制备极高均匀性的滤光片的能力,但是稳定的沉积速率还有待于进一步研究。

　　新开发的一种离子辅助离子束溅射镀膜新技术除能提供高精度监控能力外,还能镀制氧化物的硬质薄膜,这种膜能经受住恶劣环境的长期侵害。当工作在湿热环境时,膜层必须没有漂移,能在很宽的温度和湿度范围条件下工作几十年,且不出现故障。

　　滤光片设计方面的进展。新型滤光片需设计成多层数,因而促进了商品软件包的开发研究,此外还要求新的算法。设计者必须学会如何去设计波纹很小的极窄的矩形带通滤光片,并使其光谱性能对制造偏差和环境变化不敏感(稳定性)等。