具有负温度漂移系数的薄膜滤波器的制作方法技术

一种具有负温度漂移系数的薄膜滤波器的制作方法，该薄膜滤波器包括一具有多个膜层的膜堆和一基片，其中，该膜堆沉积在该基片上，该基片的热膨胀系数大于膜堆材料的热膨胀系数，并在膜层内产生一压应力。该薄膜滤波器的制作方法包括如下三个步骤：第一步准备一由玻璃基片与膜堆组成的薄片，其中该基片的热膨胀系数大于该膜堆的热膨胀系数；第二步使用至少一离子源，用高能离子轰击该薄片的膜堆；第三步将该轰击后的薄片切成多片。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种薄膜滤波器的制作方法，尤其是关于一种具负温度漂移系数的薄膜滤波器的制作方法。
技术介绍
近年来，薄膜滤波器常用于光学系统内的信号处理或光学传输。滤波器用于选择特定波长的光信号。薄膜滤波器可与自聚焦(Gradient Refractive Index，GRIN)透镜及光纤共同构成一密集波分复用(Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM)装置。请参阅图5，是一八信道滤波器型密集波分复用装置的工作原理示意图，其中入射光λ1、λ2…λ8入射到滤波器1，其允许具特定的波长的入射光λ1通过，而入射光λ2…λ8被反射到滤波器2，其允许具特定的波长的入射光λ2通过，其余入射光被反射到滤波器3，滤波器3允许入射光λ3通过，同理，滤波器4、5、6、7、8分别允许入射光λ4、λ5、λ6、λ7、λ8通过，从而实现波分复用的功能。理想状况下，一滤波器只可用于传输具有单一波长的特定光信号；实际上，一个滤波器有一定的通带宽度，密集波分复用装置的信道越多，每一滤波器的通带宽度要求越窄。为得到较窄的通带宽度，通常在玻璃基片上沉积更多的膜层，在该基片上形成一膜堆。然，沉积更多的膜层必然会增加膜堆承受的内应力。若膜堆承受的张应力愈多，该膜堆内的原子结构将愈趋于松散。膜堆内的膜层界面用以对入射光信号进行选择性反射，其可分离具不同波长的光信号。膜堆内较松散的原子结构将降低界面反射率，因此在膜堆内的张应力将加宽通带宽度。反之，膜堆承受的压应力越大，滤波器的通带宽度会越窄。可以通过设计镀膜工艺来减少在室温下(23℃)的通带宽度漂移。薄膜滤波器的工作温度范围在-5℃到70℃之间，在此温度范围内，该滤波器承受的应力与温度大致成线性关系。图2表示一滤波器在室温下的通带宽度，即温度在23℃时中心波长λc的通带宽度为Wc。Alcatel的1915 LMI 10mw波分复用器中薄膜滤波器有一正温度漂移系数，为1pm/℃。图3表示Alcatel的1915 LMI的通带宽度随温度的变化，其中，中心波长λc在70℃时通带宽度为W1，中心波长λc在-5℃时通带宽度为W2。当1915 LMI的工作温度从23℃升到70℃时，通带宽度将增加47pm；当温度从23℃降到-5℃时，如图3所示，通带宽度将减小28pm。显然，工作温度波动及其所引起的通带宽度漂移是不可避免的，所以理想状况为由温度波动引起的通带宽度减小的几率比通带宽度增加的几率大。因此，专利技术一具有负温度漂移系数的薄膜滤波器实属必要。在几乎所有的现有技术中，用于密集波分复用器的薄膜滤波器有一正温度漂移系数。由于薄膜滤波器的膜堆与基片是由具有不同热膨胀系数(Cofficient of Thermal Expansion，CTE)的材料组成，故工作温度波动将影响薄膜滤波器的应力状况。如图1A所示，在大致高于室温的温度条件下将膜堆11沉积在基片12上，且该膜堆11的热膨胀系数比基片12的热膨胀系数高，所以当冷却到室温时，该膜堆11收缩比基片12大，因此，形成一大致下凹的形变。如此该膜堆11承受一张应力且通带宽度随温度的升高而增加，因而当温度升高时更易引起串扰。在切割操作中膜堆11承受的张应力也有害，因其致使膜堆11变脆，在切割时更易损坏膜堆11。此外，膜堆11承受过大的张应力，当其超过膜堆11与基片12间的附着强度时，将导致膜堆11从基片12上剥落。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，该滤波器在切割操作过程中，其膜堆内分布有压应力。本专利技术包括如下步骤第一步准备一由玻璃基片与膜堆组成的薄片，其中该基片的热膨胀系数大于该膜堆材料的热膨胀系数；第二步将该薄片放置在一目标位置，使用至少一离子源，用高能离子轰击该薄片的膜堆，其中该至少一离子源被加热来释放离子，且该离子在一电场作用下加速运动；第三步将该轰击后的薄片切成多片。与现有技术具有正温度漂移系数的薄膜滤波器相比，本专利技术具有负温度漂移系数的薄膜滤波器有一随着温度的升高而渐窄的通带宽度，因此当温度升高时不易引起串扰，在光学系统中具有较可靠的光学性能；另，该具有负温度漂移系数的薄膜滤波器的膜层产生一压应力，因此在切割过程中不易损坏该膜堆，也不会使膜堆从基片上剥落。附图说明图1A是现有技术具有正温度漂移系数的薄膜滤波器的剖面图。图1B是本专利技术具有负温度漂移系数的薄膜滤波器的剖面图。图2是现有技术中薄膜滤波器的光谱透过率τ(λ)与波长λ的特性曲线图，表示在室温(23℃)下薄膜滤波器的通带宽度。图3是现有技术中具有正温度漂移系数的薄膜滤波器的光谱透过率τ(λ)与波长λ的特性曲线图，表示在操作温度范围(-5℃到70℃)内其通带宽度的变化。图4是本专利技术具有负温度漂移系数的薄膜滤波器的光谱透过率τ(λ)与波长λ的特性曲线图，表示在操作温度范围(-5℃到70℃)内其通带宽度的变化。图5是现有技术八信道滤波器型密集波分复用装置的工作原理示意图。具体实施方式请参照图1B，本专利技术具有负温度漂移系数的薄膜滤波器包括一由膜堆材料制成的具有多个膜层的膜堆13与一基片14，其中该膜堆13是在大致高于室温的温度条件下沉积在基片14上，而后冷却到室温。且该膜堆13的热膨胀系数比基片14小，则当冷却时该膜堆13和基片14皆产生一大致上凸的形变，因而呈现一大致上凸的形状且在膜堆13内引起一压应力。因该膜堆13收缩比基片14小，因而该基片14比膜堆13更靠近该上凸形状的曲率中心。此即为一具有负温度漂移系数的基片/膜堆薄片。当操作在工作温度范围内时，温度升高时具有较窄的通带宽度，因此可有效提高密集波分复用系统的光学性能。请参阅图4，是本专利技术具有负温度漂移系数的薄膜滤波器的光谱透过率τ(λ)与波长λ的特性曲线图。其中，中心波长λc在-5℃时的通带宽度为W3，中心波长λc在70℃时通带宽度为W4。该滤波器的通带宽度随温度降低而增加，随温度升高而减小。在温度极值条件下，图4所示的通带宽度的增加比图3所示的Alcatel 1915LMI的通带宽度的增加较小。本专利技术有两种。第一种方法包括五个步骤第一步准备一膜堆材料和一基片，其中该基片的热膨胀系数比所选膜堆材料的热膨胀系数大；第二步抛光该基片；第三步在大致高于室温的温度条件下，该膜堆材料沉积在该基片上形成具多个薄膜层的膜堆，即形成一基片/膜堆薄片；第四步冷却该制得的基片/膜堆薄片到室温，以形成一大致上凸形状的基片/膜堆薄片；第五步将该冷却后的基片/膜堆薄片切成多片。在上述的第一步中，该基片的热膨胀系数范围为10×10-6/°K到20×10-6/°K之间，且该基片需允许通信带宽范围内的波长透过，如C带(1528nm到1561nm)与L带(1561nm到1620nm)。该基片可由SiO2-Na2O-K2O-Li2O-PbO-XO2的玻璃系统组成，其中X可为钛(Ti)或锆(Zr)。该基片也可由SiO2-Na2O-K2O-Li2O-PbO-Y2O3的玻璃系统组成，其中Y可为铝(Al)，或由SiO2-Na2O-K2O-Li2O-P2O5-ZO2的玻璃系统组成，其中Z可为钛(Ti)或锆(Zr)。为提高玻璃基片的热膨胀系数到所要求的范围，该基片可掺杂铅(Pb)、锂(Li)、钠(Na)、钾(K)，或其它碱离子或其氧化物。为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有负温度漂移系数的薄膜滤波器的制作方法，其包括如下步骤：第一步准备一由玻璃基片与膜堆组成的薄片，其中该基片的热膨胀系数大于该膜堆材料的热膨胀系数；第二步将该薄片放置在一目标位置，使用至少一离子源轰击该薄片的膜堆，其中该至少一离子源被加热来释放离子，且该离子在一电场作用下加速运动；第三步将轰击后的薄片切成多片。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈杰良，吕昌岳，
申请(专利权)人：鸿富锦精密工业深圳有限公司，鸿海精密工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]