CN1048232C - 中空光波导的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种中空介质膜金属光波导的制备工艺，包括芯基的拉制及表面处理、介质膜及金属膜的真空蒸涂、金属外壳的电镀、芯基的腐蚀去除等步骤，制得的中空光波导内层为介质膜，中间层为金属膜，外壳为金属镀层。本制备工艺采用表面光洁度高的玻璃管作为芯基，介质膜对传输的光波具有高折射率从而能增加其反射率，而金属外壳有一定厚度使其具有一定的机械强度，因此，光波导的内壁表面具有高光学质量，光传输损耗低，波导不易损坏，使用寿命长。

Description

中空光波导的制备工艺
本发明涉及一种中空光波导的制备工艺，特别是一种中空介质膜金属光波导制备工艺。
现有的中空介质膜金属光波导制备工艺为：先在芯基外壁镀一层介质膜(如锗)，再镀一层金属膜(如银)，然后电镀一层金属外壳(如镍)，最后腐蚀除去芯基，则得到包括介质膜、金属膜和金属外壳的中空介质膜金属光波导，这种光波导的内壁表面的光学质量取决于芯基外壁表面的光学质量，面目前所采用的芯基材料通常为空心铝基，由于金属铝的硬度小，难以加工成高光学质量的表面，因此，所制成的光波导的内壁光学质量不理想，使用时光输损耗较大。
本发明的目的是通过采用玻璃管作芯基制备中空介质膜金属光波导来提高光波导内壁表面的光学质量，降低光传输损耗。
本发明的制备工艺包括芯基的制备、介质膜的真空蒸涂、金属膜的真空蒸涂、外壳金属的电镀和芯基的腐蚀去除等步骤，具体地：
(1)采用玻璃管作为芯基材料，经拉制成外径为0.3～1.5mm，长度为100～500mm，表面光洁度为8～10的细玻璃管作为制备中空光波导的芯基；
(2)在芯基外壁表面真空蒸涂介质膜，膜厚为1000～5000；
(3)在介质膜上真空蒸涂金属膜，膜厚1000～2000，膜材料为反光性能好的金属银或金；
(4)在金属膜上电镀金属铜或镍作为外壳，镀层厚度为0.1～0.2mm；
(5)芯基的去除：用浓度为20％的氢氟酸腐蚀芯基10-20分钟。
由以上工艺制备的中空介质膜金属光波导，内壁表面为介质膜，外壳为金属，制成的光波导还可以通过波导联接方法联接成1米基至数米的长度。
介质膜对传输的光波具有高折射率从而能增加反射率，因此，对于红外及可见光区的光波导，用二氧化锆作为介质膜材料，二氧化锆介质膜，既可以增加光传输的反射率，又可以隔离空气、使金属膜不易被硫化或氧化，以致降低管的透过率，另外，二氧化锆不与氢氟酸反应。二氧化锆介质膜的蒸涂条件为：真空度2×10-3Pa，蒸键速度5～7/S。
对于红外光区的光波导，采用对红外光具有高折射率的介质锗作为介质膜材料，由于锗不抗氢氟酸腐蚀，所以蒸涂介质膜前先在芯基外壁表面蒸涂一层介质膜的临时保护膜，使腐蚀去除芯基时锗介质膜不被氢氟酸腐蚀掉，保护膜的首要条件是不与氢氟酸反应，如氟化镁，保护膜的膜厚可以是1000-3000，当芯基除去后，再除去临时保护膜，如可采用5％的盐酸在常温下腐蚀20分钟即可除去临时保护膜氟化镁。锗介质膜的蒸镀条件为真空度2×10-3Pa，蒸镀速度8～10/S。
光被导的金属外壳，是用一般金属电镀工艺在金属膜上镀上的一层较厚的金属铜或镍，外壳对金属膜层有保护作用，同时由于外壳金属层有一定厚度，保证制备好的光波导有一定的机械强度，不易损坏，使用寿命长。
本发明的中空介质膜金属光波导制备工艺，采用玻璃管作为芯基材料，由于玻璃管外壁表面光洁度高，所制备出的光波导的内壁表面具有高光学质量，再加上介质膜对传输的光波具有高折射率从而能增加其反射率，因此，能大大降低光传输损耗；用玻璃管作芯基，光波导的内径可小至0.3～0.4mm，长度可达数米；由于波导的外壳为有一定厚度的金属镀层，具有一定的机械强度，使波导不易损坏，使用寿命长；利用He-Ne激光与CO2激光对用本工艺制备的波导进行通光测试，结果表明其透过率可达目前的最高水平，且损耗小于0.2dB/m。
以下为本发明的具体实施例：实施例一：
1、拉制好的外径为0.5mm，长度为300mm、光洁度为10的玻璃管，用脱脂棉布蘸体积比为1∶1的乙醇乙醚混合液，在超净工作台内擦试后置于真空镀膜机中，真空度达2×10-3Pa后，用电子束加热二氧化锆蒸发，蒸镀速度为7/S，膜厚1000时停镀，此工艺中电子束斑不应过小，以免过热使二氧化锆分解；
2、真空镀膜机的真空度调为1×10-3Ph，用钼舟加热蒸发金属银，蒸发速度在100/S以上，膜厚达2000时停镀；
3、将有二氧化锆膜和银膜的光波导半成品放入电镀槽中，用一般的电镀铜工艺镀上一层铜外壳，镀层厚0.1mm；
4、将镀好铜外壳的光波导浸入装有20％氢氟酸的塑料桶中，常温下10分钟后取出波导，玻璃管芯基被腐蚀掉，得到中空二氧化锆介质膜金属光波导。
本实施例制备的光波导，适合红外及可见光传输，可应用于非线性波导的研究，在波导内充入气体或任意折射率的液体，都可产生光约束效应，从而大大扩展了非线性波导的研究对象。
本实施例制备的光波导，在He-Ne激光(波长6428)的透过率为99％。
实施例二：
1、拉制好的直外为1.2mm、长度为300mm、光洁度为10的玻璃管，用脱脂棉布蘸体积比为1∶1的乙醇乙醚混合液，在超净工作台内擦试后置于真空镀膜机中，真空度达2×10-3Pa后，用钨舟加热蒸发氟化镁，蒸镀速度不低于20/S，膜厚2000时停镀；
2、在氟化镁膜上真空蒸涂锗，调真空度为1×10-3Pa，用电子束加热蒸发锗，蒸镀速度为10/S，膜厚4500时停镀；
3、在锗膜上真空蒸涂金属银，同实施例一2；
4、在银膜表面电镀金属铜：同实施例一3；
5、氢氟酸腐蚀除去玻璃管芯基：同实施例一4；
6、临时保护膜氟化镁的去除：用5％盐酸在常温下浸泡已除去芯基的光波导20分钟，除去波导内壁的氟化镁层，得到具有锗介质膜银金属膜铜外壳的中空介质膜金属光波导。
本实施例制备的光波导，适合于红外光的传输。
制得的光波导，对CO2激光(波长10.6μm)的损耗小于0.2dB/m。

Claims (6)

1、一种中空光波导制备工艺，包括芯基的制备、介质膜的真空蒸涂、金属膜的真空蒸涂、外壳金属的电镀和芯基的腐蚀去除，其特征是：
(1)采用玻璃管作为芯基材料，经拉制成外径为0.3～1.5mm，长度为100～500mm、表面光洁度为8～10的细玻璃管作为制备中空光波导的芯基；
(2)在芯基外壁真空蒸涂介质膜，膜材料为二氧化锆或锗膜厚为1000～5000；
(3)在介质膜上真空蒸涂金属膜，膜材料为反光性能好的金属银或金，膜厚1000～2000；
(4)在金属膜上电镀金属铜或镍作为中空光波导的外壳，镀层厚度为0.1～0.2mm；
(5)芯基的去除，用浓度为20％的氢氟酸腐蚀玻璃芯基10～20分钟。
2、按权利要求1所述的制备工艺，其特征在于所说的芯基外壁真空蒸涂介质膜之前，先真空蒸涂一层介质膜临时保护膜，临时保护膜厚度为1000～3000，在腐蚀除去芯基后，再去除这层临时保护膜。
3、按权利要求2所述的制备工艺，其特征在于所说的介质膜材料为锗，临时保护膜材料为氟化镁，蒸涂条件为：真空度2×10-3Pa，蒸镀速度分别为8～10/S和20～25/S，膜厚分别为4500和2000；临时保护膜用5％的盐酸腐蚀20分钟除去。
4、按权利要求1所述的的制备工艺，其特征在于所说的介质膜材料为二氧化锆，真空蒸涂条件为：真空度2×10-3Pa，蒸镀速度5～7/S，膜厚1000。
5、按权利要求1或2所述的制备工艺，其特征在于所说的金属膜材料为银，蒸涂条件为真空度1×10-3Pa，蒸镀速度100/S，膜厚2000。
6、按权利要求1或2所述的制备工艺，其特征在于所说的波导外壳为电镀金属铜，镀层厚度为0.1mm。
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