WDM薄膜滤光片和分束器的设计与制造研究

论文题目: WDM薄膜滤光片和分束器的设计与制造研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 物理电子学

作者: 李晓平

导师: 易新建

关键词: 光电薄膜,波分复用,滤光片,分束器,误差分析

文献来源: 华中科技大学

发表年度: 2005

论文摘要: 薄膜技术是光电领域的关键技术之一。本文对波分复用(WDM)系统中四种主要类型滤光片的光谱特性、膜系的优化设计、误差分析、膜厚监控方式和镀制工艺等方面进行了深入的理论分析和实验研究。各类滤波片的设计和制造技术是光信息科学利用最广和难度最高的领域之一。本文的创新点如下: (1) 建立了一套完善的薄膜误差分析与镀膜过程模拟方法。Monte Carlo 模拟能够得到膜系所要求的膜层厚度控制精度范围,膜系的相对灵敏度分析可以指明每层膜对误差要求的苛刻程度;膜厚光学监控过程模拟能够显示镀膜过程能否完成,膜系的导纳图绘制与分析能够得到极值法监控时膜层之间可能的补偿关系。整套较完善的误差分析方法,对其他光学薄膜的分析有普适意义。实验表明:理论分析与实际相符。(2) 研究、制定了几种薄膜分束器膜层制备过程中膜厚的控制策略。窄带滤光片的膜厚控制采用的是一种混合的监控方法:用极值法监控反射层和间隔层,用石英晶振法监控耦合层,石英晶振法与光度法结合控制外层的增透层;若仅采用极值法监控,无法达到WDM 滤光片的技术指标。干涉截止滤光片(Edge Filter)和薄膜偏振分束器(PBS)采用极值法监控,在不改变实际膜系结构条件下,通过转换监控波长,将含有规正膜层的膜系结构全部转换为相应的非规正膜层。变换后的膜层的相对灵敏度只有变换前的十分之一,大大提高了薄膜制备的成品率。(3) 研究并改进了Leybold APS1104 镀膜机的光学监控单元,使监控光源的带宽小于0.3 nm,通过优化计算和多次实验,选择了合适监控光带宽和强度。(4) 深入研究了窄带滤光片的测试方法,并建立了测试系统。将原来只具备手动功能的仪器Agilent8164A 光波测试仪,通过集成变为窄带滤光片的自动测量系统。和其他测量系统相比,测量精度达到±1 pm,测试速度可提高数倍,而且操作简单。测试系统不仅可以测试窄带滤光片,而且可对光通信领域1550 nm 波段的光信号进行测量。(5) 深入研究了一种小尺寸、高消光比、高截止度的薄膜PBS 分束器的设计与制造

论文目录:

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 WDM 技术的发展趋势

1.2 光学薄膜在DWDM 系统中的应用

1.3 光学薄膜设计技术的回顾与发展状况

1.4 光学薄膜设计技术在DWDM 中光学薄膜的应用状况

1.5 二氧化钒薄膜研究的最新进展

1.5.1 高品质VO_2 薄膜制备技术的探索

1.5.2 降低VO_2 相变温度的研究进展情况

1.6 薄膜制备技术的发展状况

1.6.1 电阻蒸镀与电子束蒸镀

1.6.2 离子辅助沉积

1.6.3 等离子辅助沉积(PIAD)

1.6.4 离子束溅射

1.6.5 磁控溅射

1.7 DWDM 滤光片测试技术的发展状况

1.8 本文要做的工作

2 光学薄膜的特性计算及误差分析理论

2.1 薄膜特性的计算

2.2 光学薄膜膜系的误差分析

2.2.1 膜系误差的孤立灵敏度与各层相对灵敏度分析

2.2.2 膜系误差的允差分析

2.3 群延迟(Group Delay)

2.4 本章小结

3 DWDM 窄带滤光片

3.1 单腔窄带滤光片的基本结构

3.2 F-P 型多腔窄带滤光片的基本结构

3.3 DWDM 100GHz 窄带滤光片的设计要求

3.4 基板和薄膜材料

3.5 DWDM 100GHz 窄带滤光片的膜系设计

3.5.1 虚设层概念的应用

3.5.2 DWDM 100GHz 薄膜型窄带滤光片设计基本原理

3.6 DWDM 100GHz 窄带滤光片原始膜系的设计结果

3.7 膜系的容差分析

3.8 相对灵敏度分析

3.9 薄膜的淀积的光学监控过程的模拟

3.10 最终设计

3.11 群延迟

3.12 监控策略

3.13 监控系统的改进

3.14 结果

3.15 讨论

3.16 本章小结

4 CWDM 窄带滤光片

4.1 CWDM 滤光片的设计要求

4.2 CWDM 滤光片的膜系设计

4.3 CWDM 滤光片膜系的设计结果

4.4 误差分析

4.5 最终设计结果

4.6 监控策略

4.7 结果

4.8 讨论

4.9 本章小结

5 WDM 窄带滤光片测试系统

5.1 Agilent8164A 光波测量系统

5.1.1 测试原理

5.1.2 测试系统缺陷

5.1.3 可调谐激光器和功率计的功能

5.2 WDM 自动测试系统的构成

5.2.1 自动测试软件各模块的设计

5.3 测试装置

5.4 本章小结

6 DWDM 干涉截止滤光片

6.1 结构和基本技术指标

6.1.1 结构

6.1.2 基本技术指标

6.2 膜系设计

6.2.1 薄膜材料和基板

6.2.2 评价函数与约束条件

6.2.3 设计结果

6.2.4 膜系的误差分析

6.3 薄膜制备与膜层的监控策略

6.4 测试结果

6.4.1 光谱测试曲线

6.5 本章小结

7 微小偏振分束器的设计与制造

7.1 器件的结构与主要技术指标

7.1.1 PBS 棱镜的结构

7.1.2 主要技术指标如表7.1 所示

7.2 PBS 膜系的设计

7.2.1 膜系的设计

7.2.2 膜系的误差分析

7.3 薄膜制备与膜层的监控策略

7.4 棱镜的胶合与s 光和p 光光轴的平行度调试

7.5 测试结果

7.6 本章小结

8 薄膜制备技术研究

8.1 电子束、离子辅助镀和溅射法3 种工艺对薄膜性能的影响

8.1.1 3 种工艺对薄膜折射率的影响

8.1.2 三种工艺对薄膜表面粗糙度的影响

8.1.3 3种工艺对薄膜吸收的影响

8.2 二氧化钒薄膜制备

8.2.1 薄膜制备

8.2.2 结果和讨论

8.3 DWDM 滤光片膜层纳米尺度的变化与光谱特性

8.4 ITO 薄膜制备和材料混合掺杂技术

8.5 Ta_2O_5和Nb_2O_5 混合掺杂及WDM 薄膜滤光片退火技术

8.5.1 NB_2O_5 和Ta_2O_5 混合掺杂技术

8.5.2 退火消除DWDM 滤光片的薄膜应力

8.6 本章小结

全文总结与展望

致谢

参考文献

附录 1 攻读博士学位期间所发表的论文

附录 2 制造 WDM 滤光片的主要工艺、技术路线

发布时间: 2006-04-05

参考文献

• [1].三维集成多模干涉型光分束器的研究[D]. 孙一翎.浙江大学2005
• [2].硅基槽式纳米线紧凑型偏振分束器/旋转器机理的表征、模拟与设计[D]. 王嘉源.东南大学2017
• [3].基于耦合理论的微结构光纤及其应用研究[D]. 鹿文亮.北京交通大学2015
• [4].光子晶体自准直现象及其应用研究[D]. 伍振海.电子科技大学2012
• [5].硅基片上复用器件的研究[D]. 陈代高.华中科技大学2016
• [6].量子纠缠的直接测量研究[D]. 章礼华.安徽大学2014
• [7].广义光子晶体器件设计及其导光特性研究[D]. 王林辉.山东大学2014
• [8].空间光传输系统中光信号处理技术研究[D]. 高爽.中国科学技术大学2013
• [9].基于二维衍射理论与空间滤波原理的新型硅基无源光器件的研究[D]. 李春生.华中科技大学2017
• [10].电磁波单向导波及相关非互易功能器件研究[D]. 王卓远.浙江大学2013

相关论文

• [1].混合型波分复用系统中薄膜滤光片的研究[D]. 唐昊龙.长春理工大学2014
• [2].光学薄膜设计及其在光波分复用系统中的应用[D]. 白胜元.浙江大学2001
• [3].TiO2薄膜的结构、特性及生长模式的研究[D]. 王学华.武汉理工大学2003
• [4].基于晶体双折射的宽角度偏振干涉滤光片理论、实验及其应用[D]. 贺银波.浙江大学2004
• [5].高损伤阈值介质膜层的制备及其研究[D]. 刘强.四川大学2004
• [6].波分复用系统中基于法布里—珀罗腔的光学薄膜滤波器研究[D]. 陈海星.浙江大学2005
• [7].中远红外激光薄膜技术研究[D]. 黄伟.四川大学2005
• [8].介质薄膜膜基体系力学光学特性研究[D]. 王成.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）2005
• [9].基于薄膜技术的光子晶体理论与器件研究[D]. 李明宇.浙江大学2006
• [10].WDM系统中光分插复用/解复用技术研究[D]. 黄勇林.南开大学2003

标签：光电薄膜论文;  波分复用论文;  滤光片论文;  分束器论文;  误差分析论文;