7dB optical power budget improvements of 11.25Gb/s optical OFDM PON systems using optical filters

Wavelength offset super Gaussian optical filters enable 7dB increases in optical power budget of 11.25Gb/s optical OFDM PON systems using directly modulated DFBs, considerably relax filter bandwidth requirement and improve performance robustness to bandwidth variation. © 2011 Optical Society of America.

7dB optical power budget improvements of optical OFDM PON systems using narrow optical filters

The use of 0.02nm bandwidth optical bandpass filters with 0.01nm wavelength offsets from optical carrier wavelengths in the optical OFDM (OOFDM) transmitter improves optical power budgets by 7dB at a total channel BER of 1×10 -3 in directly modulated laser-based IMDD PON systems. ©2010 Optical Society of America.

Lighting conditions and optical filters effects on visual performance of speleologists exposed to cave environments

The aim of this study is to evaluate lighting conditions and speleologists’ visual performance using optical filters when exposed to the lighting conditions of cave environments. A crosssectional study was conducted. Twenty-three speleologists were submitted to an evaluation of visual function in a clinical lab. An examination of visual acuity, contrast sensitivity, stereoacuity and flashlight illuminance levels was also performed in 16 of the 23 speleologists at two caves deprived of natural lightning. Two organic filters (450 nm and 550 nm) were used to compare visual function with and without filters. The mean age of the speleologists was 40.65 (± 10.93) years. We detected 26.1% participants with visual impairment of which refractive error (17.4%) was the major cause. In the cave environment the majority of the speleologists used a head flashlight with a mean illuminance of 451.0 ± 305.7 lux. Binocular visual acuity (BVA) was -0.05 ± 0.15 LogMAR (20/18). BVA for distance without filter was not statistically different from BVA with 550 nm or 450 nm filters (p = 0.093). Significant improved contrast sensitivity was observed with 450 nm filters for 6 cpd (p = 0.034) and 18 cpd (p = 0.026) spatial frequencies. There were no signs and symptoms of visual pathologies related to cave exposure. Illuminance levels were adequate to the majority of the activities performed. The enhancement in contrast sensitivity with filters could potentially improve tasks related with the activities performed in the cave.

New algorithms for synthesized design of optical filters

Chebyshev optical-filter algorithms for low-cost microcomputers have been improved. An offset ripple is now used for better transmission/matching in low-pass stacks. A prototype for narrowband filters is now more general and nearer practicability.

Synthesised design of optical filters assisted by microcomputer

New algorithms and microcomputer-programs for generating original multilayer designs (and printing a spectral graph) from refractive-index input are presented. The programs are characterised TSHEBYSHEV, HERPIN, MULTILAYER-SPECTRUM and have originated new designs of narrow-stopband, non-polarizing edge, and Tshebyshev optical filter. Computation procedure is an exact synthesis (so far that is possible) numerical refinement not having been needed.

Ink-Jet Printing of Color Optical Filters for LCD Applications

At the age of multi-media, portable electronic devices such as mobile phones, personal digital assistant and handheld gaming systems have increased the demand for high performance displays with low cost production. Inkjet printing color optical filters (COF) for LCD applications seem to be an interesting alternative to decrease the production costs. The advantage of inkjet printing technology is to be fast, accurate, easy to run and cheaper than other technologies. In this master thesis work, we used various disciplines such as optical microscopy, rheology, inkjet printing, profilometering and colorimetry. The specific aim of the thesis was to investigate the feasibility of using company-A pigment formulation in inkjet production of COF for active matrix LCD applications. Ideal viscosity parameters were determined from 10 to 20mPa·s for easy inkjet printing at room temperature. The red pigments used are fully dispersed into the solvent and present an excellent homogenous repartition after printing. Thickness investigations revealed that the printed COF were equal or slightly thicker than typically manufactured ones. The colorimetry investigations demonstrated color coordinates very close to the NTSC red standard. LED backlighting seems to be a valuable solution to combine with the printed COF regarding to the spectrum and color analysis. The results on this thesis will increase the understanding of inkjet printing company-A pigments to produce COF for LCD applications.

Optical filters and resonant cavities based on di-ureasil organic–inorganic hybrids

Sol–gel derived poly(oxyethylene)/siloxane organic–inorganic di-ureasil hybrids containing different amounts (20–60% mol) of methacrylic acid (McOH) modified zirconium oxo-clusters (Zr-OMc) were processed as thin films and transparent and shape controlled monoliths. Laser direct writing was used to create channel waveguides, Bragg gratings, Fabry–Perot cavities and optical filters. The resulting Fabry–Perot optical cavity displays a free spectral range of 16.55 GHz and a fringe intensity contrast of 5.35 dB. Optical rejection values between 6.7 and 10.4 dB were obtained by varying the amount of the Zr-OMc oxo-clusters.

Optical signal impairment study of cascaded optical filters in 40 Gbps DQPSK and 100 Gbps PM-DQPSK systems

Optical filters are crucial elements in optical communications. The influence of cascaded filters in the optical signal will affect the communications quality seriously. In this paper we will study and simulate the optical signal impairment caused by different kinds of filters which include Butterworth, Bessel, Fiber Bragg Grating (FBG) and Fabry-Perot (FP). Optical signal impairment is analyzed from an Eye Opening Penalty (EOP) and optical spectrum point of view. The simulation results show that when the center frequency of all filters aligns with the laser’s frequency, the Butterworth has the smallest influence to the signal while the F-P has the biggest. With a -1dB EOP, the amount of cascaded Butterworth optical filters with a bandwidth of 50 GHz is 18 in 40 Gbps NRZ-DQPSK systems and 12 in 100 Gbps PMNRZ- DQPSK systems. The value is reduced to 9 and 6 respectively for Febry-Perot optical filters. In the situation of frequency misalignment, the impairment caused by filters is more serious. Our research shows that with a frequency deviation of 5 GHz, only 12 and 9 Butterworth optical filters can be cascaded in 40 Gbps NRZ-DQPSK and 100 Gbps PM-NRZ-DQPSK systems respectively. We also study the signal impairment caused by different orders of the Butterworth filter model. Our study shows that although the higher-order has a smaller clipping effect in the transmission spectrum, it will introduce a more serious phase ripple which seriously affects the signal. Simulation result shows that the 2nd order Butterworth filter has the best performance.

Analysis of signal impairment and crosstalk penalty induced by different types of optical filters in 100 Gbps PM-DQPSK based systems

Optical filters are crucial elements in optical communication networks. Their influence toward the optical signal will affect the communication quality seriously. In this paper we will study and simulate the optical signal impairment and crosstalk penalty caused by different kinds of filters, which include Butterworth, Bessel, Fiber Bragg Grating (FBG) and Fabry-Perot (F-P). Signal impairment from filter concatenation effect and crosstalk penalty from out-band and in-band are analyzed from Q-penalty, eye opening penalty (EOP) and optical spectrum. The simulation results show that signal impairment and crosstalk penalty induced by the Butterworth filter is the minimum among these four types of filters. Signal impairment caused by filter concatenation effect shows that when center frequency of all filters is aligned perfectly with the laser's frequency, 12 50-GHz Butterworth filters can be cascaded, with 1-dB EOP. This value is reduced to 9 when the center frequency is misaligned with 5 GHz. In the 50-GHz channel spacing DWDM networks, total Q-penalty induced by a pair of Butterworth filters based demultiplexer and multiplexer is lower than 0.5 dB when the filter bandwidth is in the range of 42-46 GHz.

Defect-induced failure of optical coating filters

Optical filters composed of Ag, Al2O3, and ZnSe films were prepared on BK7 substrates by evaporation. By employing spectrophotometer, microscope, scanning electron microscope (SEM), and energy dispersive spectrum (EDS) analysis, the moisture-dependent stability of the samples was tested. The experimental results revealed that filter failure often occurs initially at defect sites. Small sputtering particles and pinhole are found to be two types of defects that induced the optical coating filter failure. The mechanisms of the defect-induced failure of the filters also are discussed in the article. (C) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Electric field enhancement in guided-mode resonance filters

Electric fields inside guided-mode resonance filters (GMRFs) may be intensified by resonance effects. The electric field enhancement is investigated in two GMRFs: one is resonant at normal incidence, the other at oblique incidence. It is shown that the two GMRFs exhibit different behaviors in their electric enhancement. Differences between the electric field distributions of the two GMRFs arise because coupling between counter-propagating modes occurs in the first case. It is also shown that the order of the electric field of maximum amplitude can be controlled by modulation of the dielectric constant of the grating. (c) 2006 Optical Society of America.

Compensation of reflectance response deviations of guided-mode resonant filters induced by overetching fabrication

Unless the fabrication error control is well treated, it easily causes overetched fabrication errors, which causes the resonant peak value deviation during the fabrication process of guided-mode resonant filters (GMRFs). Hence, the fabrication error control becomes a key point for improving the performance of GMRF. We find that, within the range of the groove depth from 93 to 105 nm, the relationship between the overetched error and the resonant peak value deviation is nearly linear, which means that we can compensate the reflectance response deviation and reduce the resonant peak value deviation by the method of covering the layer film on the GMRF. Simulation results show that the deviation is compensated perfectly by this way. (C) 2008 Optical Society of America

Influence of dispersive coupling coefficient in microring channel drop filters

Wide transmission dips are observed in the through spectra in microring and racetrack channel drop filters by two-dimensional finite-difference time-domain (FDTD) simulation. The transmission spectra, which reflect the coupling efficiency, are also calculated from the FDTD output as the pulse just travels one circle inside the resonator. The results indicate that the dips are caused by the dispersion of the coupling coefficient between the input waveguide and the resonator. In addition, a near-zero channel drop on resonance and a large channel drop off resonance are observed due to the near zero coupling coefficient and a large coupling coefficient, respectively. If the width of the input waveguide is different from that of the ring resonator, the oscillation of the coupling coefficient can be greatly suppressed.

1.3μm Si-Based MOEMS Optical Tunable Filter with a Tuning Range of 90nm

Optical filters capable of single control parameter-based wide tuning are implemented and studied. A prototype surface micromachined 1.3μm Si-based MOEMS (micro-opto-electro-mechanical-systems) tunable filter exhibits a continuous and large tuning range of 90 nm at 50 V tuning voltage. The filter can be integrated with Si-based photodetector in a low-cost component for coarse wavelength division multiplexing systems operating in the 1.3μm band.

Air-gap based vertical cavity micro-opto-electro-mechanical Fabry-Perot filters

Mikrooptische Filter sind heutzutage in vielen Bereichen in der Telekommunikation unersetzlich. Wichtige Einsatzgebiete sind aber auch spektroskopische Systeme in der Medizin-, Prozess- und Umwelttechnik. Diese Arbeit befasst sich mit der Technologieentwicklung und Herstellung von luftspaltbasierenden, vertikal auf einem Substrat angeordneten, oberflächenmikromechanisch hergestellten Fabry-Perot-Filtern. Es werden zwei verschiedene Filtervarianten, basierend auf zwei verschiedenen Materialsystemen, ausführlich untersucht. Zum einen handelt es sich dabei um die Weiterentwicklung von kontinuierlich mikromechanisch durchstimmbaren InP / Luftspaltfiltern; zum anderen werden neuartige, kostengünstige Siliziumnitrid / Luftspaltfilter wissenschaftlich behandelt. Der Inhalt der Arbeit ist so gegliedert, dass nach einer Einleitung mit Vergleichen zu Arbeiten und Ergebnissen anderer Forschergruppen weltweit, zunächst einige theoretische Grundlagen zur Berechnung der spektralen Reflektivität und Transmission von beliebigen optischen Schichtanordnungen aufgezeigt werden. Auß erdem wird ein kurzer theoretischer Ü berblick zu wichtigen Eigenschaften von Fabry-Perot-Filtern sowie der Möglichkeit einer mikromechanischen Durchstimmbarkeit gegeben. Daran anschließ end folgt ein Kapitel, welches sich den grundlegenden technologischen Aspekten der Herstellung von luftspaltbasierenden Filtern widmet. Es wird ein Zusammenhang zu wichtigen Referenzarbeiten hergestellt, auf denen diverse Weiterentwicklungen dieser Arbeit basieren. Die beiden folgenden Kapitel erläutern dann ausführlich das Design, die Herstellung und die Charakterisierung der beiden oben erwähnten Filtervarianten. Abgesehen von der vorangehenden Epitaxie von InP / GaInAs Schichten, ist die Herstellung der InP / Luftspaltfilter komplett im Institut durchgeführt worden. Die Herstellungsschritte sind ausführlich in der Arbeit erläutert, wobei ein Schwerpunktthema das trockenchemische Ä tzen von InP sowie GaInAs, welches als Opferschichtmaterial für die Herstellung der Luftspalte genutzt wurde, behandelt. Im Verlauf der wissenschaftlichen Arbeit konnten sehr wichtige technische Verbesserungen entwickelt und eingesetzt werden, welche zu einer effizienteren technologischen Herstellung der Filter führten und in der vorliegenden Niederschrift ausführlich dokumentiert sind. Die hergestellten, für einen Einsatz in der optischen Telekommunikation entworfenen, elektrostatisch aktuierbaren Filter sind aus zwei luftspaltbasierenden Braggspiegeln aufgebaut, welche wiederum jeweils 3 InP-Schichten von (je nach Design) 357nm bzw. 367nm Dicke aufweisen. Die Filter bestehen aus im definierten Abstand parallel übereinander angeordneten Membranen, die über Verbindungsbrücken unterschiedlicher Anzahl und Länge an Haltepfosten befestigt sind. Da die mit 357nm bzw. 367nm vergleichsweise sehr dünnen Schichten freitragende Konstrukte mit bis zu 140 nm Länge bilden, aber trotzdem Positionsgenauigkeiten im nm-Bereich einhalten müssen, handelt es sich hierbei um sehr anspruchsvolle mikromechanische Bauelemente. Um den Einfluss der zahlreichen geometrischen Strukturparameter studieren zu können, wurden verschiedene laterale Filterdesigns implementiert. Mit den realisierten Filter konnte ein enorm weiter spektraler Abstimmbereich erzielt werden. Je nach lateralem Design wurden internationale Bestwerte für durchstimmbare Fabry-Perot-Filter von mehr als 140nm erreicht. Die Abstimmung konnte dabei kontinuierlich mit einer angelegten Spannung von nur wenigen Volt durchgeführt werden. Im Vergleich zu früher berichteten Ergebnissen konnten damit sowohl die Wellenlängenabstimmung als auch die dafür benötigte Abstimmungsspannung signifikant verbessert werden. Durch den hohen Brechungsindexkontrast und die geringe Schichtdicke zeigen die Filter ein vorteilhaftes, extrem weites Stopband in der Größ enordnung um 550nm. Die gewählten, sehr kurzen Kavitätslängen ermöglichen einen freien Spektralbereich des Filters welcher ebenfalls in diesen Größ enordnungen liegt, so dass ein weiter spektraler Einsatzbereich ermöglicht wird. Während der Arbeit zeigte sich, dass Verspannungen in den freitragenden InPSchichten die Funktionsweise der mikrooptischen Filter stark beeinflussen bzw. behindern. Insbesondere eine Unterätzung der Haltepfosten und die daraus resultierende Verbiegung der Ecken an denen sich die Verbindungsbrücken befinden, führte zu enormen vertikalen Membranverschiebungen, welche die Filtereigenschaften verändern. Um optimale Ergebnisse zu erreichen, muss eine weitere Verbesserung der Epitaxie erfolgen. Jedoch konnten durch den zusätzlichen Einsatz einer speziellen Schutzmaske die Unterätzung der Haltepfosten und damit starke vertikale Verformungen reduziert werden. Die aus der Verspannung resultierenden Verformungen und die Reaktion einzelner freistehender InP Schichten auf eine angelegte Gleich- oder Wechselspannung wurde detailliert untersucht. Mittels Weisslichtinterferometrie wurden lateral identische Strukturen verglichen, die aus unterschiedlich dicken InP-Schichten (357nm bzw. 1065nm) bestehen. Einen weiteren Hauptteil der Arbeit stellen Siliziumnitrid / Luftspaltfilter dar, welche auf einem neuen, im Rahmen dieser Dissertation entwickelten, technologischen Ansatz basieren. Die Filter bestehen aus zwei Braggspiegeln, die jeweils aus fünf 590nm dicken, freistehenden Siliziumnitridschichten aufgebaut sind und einem Abstand von 390nm untereinander aufweisen. Die Filter wurden auf Glassubstraten hergestellt. Der Herstellungsprozess ist jedoch auch mit vielen anderen Materialien oder Prozessen kompatibel, so dass z.B. eine Integration mit anderen Bauelemente relativ leicht möglich ist. Die Prozesse dieser ebenfalls oberflächenmikromechanisch hergestellten Filter wurden konsequent auf niedrige Herstellungskosten optimiert. Als Opferschichtmaterial wurde hier amorph abgeschiedenes Silizium verwendet. Der Herstellungsprozess beinhaltet die Abscheidung verspannungsoptimierter Schichten (Silizium und Siliziumnitrid) mittels PECVD, die laterale Strukturierung per reaktiven Ionenätzen mit den Gasen SF6 / CHF3 / Ar sowie Fotolack als Maske, die nasschemische Unterätzung der Opferschichten mittels KOH und das Kritisch-Punkt-Trocken der Proben. Die Ergebnisse der optischen Charakterisierung der Filter zeigen eine hohe Ü bereinstimmung zwischen den experimentell ermittelten Daten und den korrespondierenden theoretischen Modellrechnungen. Weisslichtinterferometermessungen der freigeätzten Strukturen zeigen ebene Filterschichten und bestätigen die hohe vertikale Positioniergenauigkeit, die mit diesem technologischen Ansatz erreicht werden kann.