Тонкопленочные оптические фильтры являются неотъемлемой частью всех современных систем спектрального уплотнения, а также применяются в пассивных сетях PON и сетях вещания кабельного телевидения – CATV.
Тонкопленочные фильтры производятся путем нанесения чередующихся тонких слоёв диэлектрических материалов на стеклянную подложку. Современные оптические фильтры могут состоять из более чем четырехсот слоев твердооксидных материалов. Слои на подложку наносятся с помощью технологии ионно-лучевого распыления, этот метод позволяет создавать наиболее сложные многослойные структуры.
Принцип работы тонкопленочных фильтров
Когда световой поток проходит через оптический фильтр, часть его спектра или весь спектр меняет направление своего распространения при переходе от одного слоя к другому, это приводит к явлению внутренней интерференции.
В зависимости от длины волны и конфигурации слоев проходящий световой поток или его часть могут отражаться, поглощаться или проходить сквозь слои фильтра. Такое поведение светового потока связано с различными показателями преломления диэлектрических материалов, из которых состоит каждый слой.
Именно выстраивание слоев в определенном порядке и приводит к созданию оптического фильтра с заданными характеристиками.
Типы оптических фильтров
Оптические фильтры могут быть предназначены для передачи, блокирования или отражения света в любом диапазоне длин волн — от УФ до ИК. Их обычно делят на пять основных категорий, в зависимости от их спектральной формы:
- Полосовые фильтры, пропускают диапазон длин волн, блокируя световой поток с обеих сторон.
- Режекторные фильтры, блокируют выбранный диапазон длин волн, пропуская световые потоки с обеих сторон от заблокированного спектра.
- Короткополосные краевые фильтры, пропускают более короткие волны и блокируют более длинные.
- Длиннополосные краевые фильтры, блокируют более короткие волны и пропускают более длинные.
- Дихроичные фильтры, отражают определенные диапазоны длин волн и пропускают другие.
Полосовые, режекторные и краевые фильтры обычно предназначены для работы при 0° или других малых углах падения. А дихроичные фильтры предназначены для работы с углом падения примерно 45° или большими углами и могут иметь конфигурацию как полосового, так и режекторного или краевого фильтров.
Хотя большинство оптических фильтров попадают в вышеуказанные категории, специальные фильтры могут быть разработаны с любой формой спектра, которая может быть востребована для решения конкретной задачи.
Основные составляющие тонкопленочных фильтров
Оптические фильтры, используемые в современных телекоммуникационных сетях, представляют собой сложную многокомпонентную структуру, ее схематическое изображение приведено на рисунке ниже.
Основным элементом всей конструкции является тонкопленочный фильтр, предназначенный для работы со световыми потоками с 0° углом падения, к которому с обоих плоскостей приклеены фокусирующие G-линзы.
G-линзы используются для стыковки тонкопленочного фильтра с оптическими выводами, они фокусируют все движущиеся в системе световые потоки в соответствующие отводы.
Остальная часть конструктива оптического фильтра представляет собой не более чем защиту хрупкой структуры «G-линза + Фильтр + G-линза» от внешних воздействий. Защитные буферы могут быть разные, в зависимости от модификации.
К примеру, оптические фильтры в стеклянной трубке в качестве защитного корпуса имеют стеклянную трубку, в которой оптические выводы никак не защищены. Такой тип исполнения используется при сборке мультиплексоров в корпусе ABS small box.
В то время как оптический фильтр в стальной трубке, кроме более прочного защитного корпуса имеет защитные концевики по краям корпуса, которые защищают оптические выводы от переламывания у основания G-линзы.
Модели тонкопленочных оптический фильтров
Вне зависимости от технологии уплотнения в современных WDM и PON + CATV системах используются два вида тонкопленочных фильтров:
- Полосовые тонкопленочные оптические фильтры;
- Краевые тонкопленочные оптические фильтры.
Фильтры используемые в CWDM
В современных CWDM системах спектрального уплотнения каналов используется оба типа тонкопленочных фильтров. Для вывода определенной длины волны используется полосовой фильтр с шириной окна пропускания 13,5 нм.
В качестве split-фильтров в мультиплексорах для снижения вносимых затуханий, а также в качестве широкополосных фильтров для разделения оптических диапазонов используются краевые тонкопленочные фильтры. Так же краевые фильтры используются для одновременной передачи CWDM каналов и CATV сигнала.
В зависимости от конкретной модели широкополосного фильтра в нем может быть использован или короткополосный или длиннополосный тонкопленочный фильтр.
Фильтры используемые в DWDM
Как и в CWDM, в DWDM для построения оптических мультиплексоров используются полосовые фильтры с шириной окна пропускания 0,8 нм, 0,4 нм или 0,2 нм в зависимости от типа технологии DWDM.
Для split-фильтров, равно как и для широкополосных Red/Blue фильтров используются краевые тонкопленочные фильтры. Подробнее о технологии DWDM и CWDM можно прочитать по ссылке.
Фильтры используемые в LWDM и MWDM
В связи с «молодостью» технологий уплотнения LWDM и MWDM и особенностями их применения, на данный момент в обоих системах используются в большей степени только полосовые фильтры, из которых собираются мультиплексоры. При необходимости используются широкополосные CWDM фильтры. Подробнее о технологиях уплотнения LWDM и MWDM можно прочитать по ссылке.
Фильтры используемых в PON и CATV
Зачастую, что в пассивных сетях EPON и GPON, что в системах кабельного телевидения используются широкополосные CWDM фильтры на основе краевых тонкопленочных структур.
В более современных стандартах PON, например, в TWDM PON совместно с краевыми фильтрами используются полосовые для выделения конкретной длины волны.
Больше узнать о технологии PON Вы можете в нашей статье по ссылке.