CN107815659A - 一种光纤圆柱侧面均匀镀膜装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤圆柱侧面均匀镀膜装置及其方法，其装置用于具有镀膜盘的镀膜仪器上，包括保护旋转结构、光纤支撑结构；所述保护旋转结构包括外框架封闭件，其竖立侧面围板与一个底板相结合；底板上设置有多个电机与电源组件；所述光纤支撑结构包括与外框架封闭件固定的光纤支架，其上设置有多个用于放置光纤的V型槽；所述竖立侧面围板对着光纤支架的一面上开有多个小孔，分别对应于各电机与电源组件的电机输出轴；多个光纤转轴的一端分别与各电机输出轴相连接，另一端分别与对应光纤的一头紧密套接；光纤另一头置于V型槽上，从而使光纤随电机输出轴而旋转。本发明装置结构简单紧凑，方法简便易行，可适用于各种镀膜仪器。

Description

一种光纤圆柱侧面均匀镀膜装置及其方法

技术领域

本发明属于光纤镀膜加工工艺技术领域，涉及一种光学真空镀膜装置及其方法，尤其是一种光纤圆柱侧面均匀镀膜装置及其方法。

背景技术

光纤技术的快速发展致使光纤在通信、传感等领域得到了广泛的应用。在光通信领域，光信号探测或传输需要光纤具有一定的光反射能力，而常规作法是在光纤表面镀膜来提高光反射能力。在光传感领域，光纤表面等离子共振传感器技术受到了广泛关注和研究，表面等离子共振(Surface Plasmon Resonance，简称SPR)是发生在金属和电介质界面的一种物理光学现象。由于光纤SPR现象对光的入射条件以及环境介质的介电常数变化及其敏感，因而光纤SPR传感技术在生化、医学等传感领域得到了研究者的持久关注。通常，光纤SPR传感器需要将普通光纤进行去包层或拉锥等预处理，再在裸露的纤芯上镀厚度均匀的金属或金属氧化物薄膜作为表面等离子体波的载体。

现有技术中用于光纤镀膜手段主要包括：1、光纤化学镀；2、溶液提拉法；3、物理气相沉积法、4磁控溅射法等。而化学镀和溶液提拉法需要专用设备，受制于膜层种类，所能镀制膜层种类单一且镀膜过程繁琐，不易做到膜层厚度精确控制，且加工效率很低，难以满足大批量生产的要求。物理气相沉积法过程简单，但需要高温源对反应材料进行加热。磁控溅射法不仅过程简单，薄膜厚度容易控制且能镀多种膜层，可实现较高速率和低温的操作。对环境改善，无污染，耗材少，成膜均匀致密，与基体的结合力强。该技术广泛应用于航空航天、电子、光学、机械、建筑、轻工、冶金、材料等领域，可制备具有耐磨、耐腐饰、装饰、导电、绝缘、光导、压电、磁性、润滑、超导等特性的膜层。

磁控溅射法工艺多是专用于玻璃平面镀光学薄膜，不适宜直接用于光纤圆弧表面镀膜，需要设计相应的镀膜用旋转夹具装置。现有技术公开了一种将光纤固定在一个中间开有窗口的三角钢架上的装置，用于在光纤的圆弧表面蒸镀镀膜的方法，其步骤是将需要镀膜的光纤置于三角钢板的中间，光纤两端固定；三角钢板每隔120°由电机带动旋转一次；当在一个固定的角度下完成所需要的一定厚度的薄膜蒸镀后，再由电机带动三角钢架旋转120°，使光纤处于第二个表面蒸镀薄膜，再旋转120°，依次完成三个角度下所需的薄膜生长。该方法的缺陷是光纤圆弧方向的膜厚均匀性不好，这种不均匀的膜厚将严重影响光纤反射、偏振等性能，甚至不能激发表面等离子共振效应。中国专利申请CN 2898012Y公开了一种可用于在光纤圆弧表面上镀膜的旋转夹具，该装置的不足之处在于装置昂贵，需专门定制同步电机，并且体积较大，而一般镀膜装置腔室比较小(磁控溅射仪镀膜盘直径Ф125±2mm，其有效镀膜直径Ф75±2mm，腔室高50±2mm)；此外，整个旋转夹具没有外框架封闭结构，会严重影响镀膜腔室的环境，进而影响镀膜质量，甚至会破坏镀膜装置。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种光纤圆柱侧面均匀镀膜装置及其方法，可以对光纤圆柱侧面均匀地镀单层及多层膜，其部件无需定制，整体结构简单、小巧紧凑，具有外框架封闭结构，易于操作，适用于各种镀膜仪器。

为解决上述技术问题，本发明所采用以下技术方案。

本发明的一种光纤圆柱侧面均匀镀膜装置，其特征在于，该装置用于具有镀膜盘的镀膜仪器上，包括保护旋转结构、光纤支撑结构；

所述的保护旋转结构包括外框架封闭件，其竖立侧面围板与一个底板相结合；所述的底板上设置有多个电机与电源组件；

所述的光纤支撑结构包括与外框架封闭件固定的光纤支架，光纤支架上设置有多个用于放置光纤的V型槽；

所述的竖立侧面围板对着光纤支架的一面上开有多个小孔，分别对应于各电机与电源组件的电机输出轴；多个光纤转轴的一端分别与各电机输出轴相连接，另一端分别与对应光纤的一头紧密套接；光纤另一头置于V型槽上，用于支撑光纤保持水平，从而使光纤随电机输出轴而旋转；

所述的外框架封闭件的底板底部可与镀膜盘相固定，从而使所述的光纤圆柱侧面均匀镀膜装置随着镀膜盘的运动而旋转。

所述的外框架封闭件采用不锈钢材料，其竖立侧面围板可与其底板紧密卡接。

在所述的电机与电源组件中，其电源置于电源底座内，并固定在电机上方；每个电机与电源组件四周均用绝热材料包裹后，再固定在所述的外框架封闭件内。

所述的光纤支架的两侧边通过支架固定螺孔固定在外框架封闭件上。

所述的电机与电源组件的电机采用真空减速电机，其电压为1.5～6V,转速为8～30转/分钟，D型输出轴；其电源为纽扣电池，电压为3V。

本发明的一种光纤圆柱侧面均匀镀膜方法，包括如下步骤：

61、将所述的光纤圆柱侧面均匀镀膜装置固定在镀膜仪器的镀膜盘上；并去除光纤待镀区域的外包层；

62、将各光纤的一头与对应的光纤转轴连接，另一头置于对应的光纤支架V型槽内；

63、将上述光纤转轴与电机输出轴分别对应连接；然后启动电源，电机通过光纤转轴带动光纤匀速转动后，接着外框架封闭件进行封闭；

64、将固定有光纤圆柱侧面均匀镀膜装置的镀膜盘放置于镀膜仪器腔室内；

65、根据镀膜需求，设置镀膜仪器参数，对光纤圆柱侧面进行均匀镀膜。

与现有技术相比，本发明包括以下有益效果和优点：

1.本发明的光纤圆柱侧面均匀镀膜装置在镀膜过程中具有均匀的旋转速度，可以在光纤圆柱侧面上均匀的溅射膜层，整个旋转夹具有外框架封闭结构，即使出现故障也不会影响镀膜腔室的环境、镀膜质量，更不会破坏镀膜装置。该装置体积小，结构坚固非常适用于磁控溅射仪此类镀膜室空间狭小的镀膜仪。另外，此装置还适用于其他柱状体的侧面镀膜且镀膜仪器除磁控溅射仪外，亦可用真空蒸镀或离子镀膜仪替代。

2.本发明有利于在光纤圆周表面生长出均匀的、多层的金属、金属氧化物、非金属薄膜，在光纤通讯和表面等离子共振传感器中具有重要意义。其装置体积小、结构简单、零件易于获得和装配、价格低廉、可重复使用、容易实现大批量生产。

附图说明

图1为本发明一实施例的光纤圆柱侧面均匀镀膜装置结构示意图。

图2是本发明一实施例的光纤圆柱侧面均匀镀膜装置结构侧面示意图。

其中，1电机与电源组件，2外框架封闭件，3外框架封闭件固定螺孔，4电机输出轴；5支架固定螺孔，6V型槽，7光纤，8光纤转轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明一实施例的光纤圆柱侧面均匀镀膜装置，适用于具有镀膜盘的镀膜仪器上，包括保护旋转结构、光纤支撑结构；

所述的保护旋转结构包括外框架封闭件2，其竖立侧面围板与一个底板相结合；所述的底板上设置有多个电机与电源组件1；其外框架封闭件2的竖立侧面围板可以是整体结构，也可以是多侧板插接而成。

所述的光纤支撑结构包括与外框架封闭件2固定的光纤支架，光纤支架上设置有多个用于放置光纤7的V型槽6。

所述的竖立侧面围板对着光纤支架的一面上开有多个小孔，分别对应于各电机与电源组件1的电机输出轴；多个光纤转轴8的一端分别与各电机输出轴相连接，另一端分别与对应光纤7的一头紧密套接；光纤7另一头置于V型槽6上，用于支撑光纤7保持水平，从而使光纤7随电机输出轴而旋转。

所述的外框架封闭件2的底板底部可与镀膜盘相固定，从而使所述的光纤圆柱侧面均匀镀膜装置随着镀膜盘的运动而旋转。在镀膜仪器镀膜室中具有镀膜的靶材，当启动电源后，电机匀速转动，通过光纤转轴带动光纤匀速旋转，然后打开镀膜仪器即可在设定的参数下对光纤圆柱侧面均匀镀膜。所述的光纤圆柱侧面均匀镀膜装置可适用于各种具有镀膜盘的镀膜仪器，包括磁控溅射仪、真空镀膜仪或离子镀膜仪等。可镀膜光纤种类包括单模光纤、多模光纤、光子晶体光纤，所镀膜的种类可为金属，非金属薄膜。镀膜层数可为单层或多层。

所述的外框架封闭件2采用不锈钢材料，其竖立侧面围板可与其底板紧密卡接。从而保证外框架封闭件2的密闭性。整个外框架封闭件2的优选尺寸为：高2cm～4cm、长为7cm～8cm、宽为2.5～3cm。

在电机与电源组件1中，其电源置于电源底座内，并固定在电机上方；由于随着镀膜时间与次数的增多，需要经常更换电源，所以可将电源底座通过耐高温垫固定在真空减速电机上，然后将电源放置在电源底座上，这样可便于更换电源。每个电机与电源组件1四周均用绝热材料包裹后，再固定在所述的外框架封闭件2内。如此可有效隔热，使外框架封闭件2具有防止电池或电机过热导致泄露等严重影响镀膜腔室的环境，不会影响镀膜质量，甚至破坏镀膜装置。

所述的光纤支架的两侧边可通过支架固定螺孔5固定在外框架封闭件2上。

所述的电机与电源组件1的电机采用真空减速电机，其电压为1.5～6V,转速为8～30转/分钟，D型输出轴；便于输出轴与光纤转轴紧密配合且保持同步。其电源为纽扣电池，电压为3V。

本发明的一种实施例方法，包括如下步骤：

61、将所述的光纤圆柱侧面均匀镀膜装置固定在镀膜仪器的镀膜盘上；并去除光纤7待镀区域的外包层；

62、将各光纤7的一头与对应的光纤转轴8连接，另一头置于对应的光纤支架V型槽(6)内；

63、将上述光纤转轴8与电机输出轴4分别对应连接；然后启动电源，电机通过光纤转轴带动光纤匀速转动后，接着外框架封闭件2进行封闭；

64、将固定有光纤圆柱侧面均匀镀膜装置的镀膜盘放置于镀膜仪器腔室内；

65、根据镀膜需求，设置镀膜仪器参数，对光纤圆柱侧面进行均匀镀膜。

所镀光纤，可根据所镀光纤直径的大小选择不同直径和材质，只要一端与电机输出轴锲合即可。镀膜时，光纤转轴一端套在电机输出轴上，将光纤转轴另一端紧密套在光纤上。保证光纤随电机输出轴旋转而旋转。在固定光纤与转轴另一端时，可用耐高温橡胶进行点胶固定。待镀完膜后，用有机溶剂除去即可。

所述的光纤支撑结构的V型槽6与光纤转轴一一对应，可根据所镀光纤直径对V型槽直径调整。每个V型槽内放置一根光纤。根据所选镀膜仪器，合理安排V型槽数量，一次可放置多根光纤同时进行镀膜。所述的支架固定螺孔5分别设置于在支架两侧边，可用螺丝将支架固定在外框架封闭结构2上，从而将外框架封闭结构与支架连为一体。其中固定螺孔数量可根据实际情况增加。

本发明在外围金属框架固定保护和支撑下由电力驱动进行光纤圆柱侧面均匀镀膜，其装置体积小，非常适用于磁控溅射仪等具有狭小镀膜室的镀膜仪器。可以批量完成光纤侧面镀膜处理，降低了生产成本，可在光纤侧面全部区域内均匀的镀制光学膜层，提高了光纤对光纤等离子体共振传感器的灵敏性。

如图2所示，本发明一实施的光纤圆柱侧面均匀镀膜装置固定在EBAS型多靶磁控溅射镀膜仪腔室里面。利用磁控溅射工艺，在环形静止电磁场作用下。电子在飞速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，电离出氩离子、电子，在二次电子以复合形式做圆周运动的过程中与更多的氩离子发生碰撞，生成更多的离子轰击靶材表面，使靶材发生溅射，使靶材溅射出的原子沉积在衬底上形成薄膜。首先打开镀膜装置上的电机开关，使电机带动光纤旋转，关闭镀膜腔室，当镀膜室内气压4.5×10^-6pa左右时，根据所需镀膜材质，通气体调节流量，加电压进行溅射，移开挡板即开始在光纤上溅射金属或非金属薄膜。

Claims (6)

1.一种光纤圆柱侧面均匀镀膜装置，其特征在于，该装置用于具有镀膜盘的镀膜仪器上，包括保护旋转结构、光纤支撑结构；

所述的保护旋转结构包括外框架封闭件(2)，其竖立侧面围板与一个底板相结合；所述的底板上设置有多个电机与电源组件(1)；

所述的光纤支撑结构包括与外框架封闭件(2)固定的光纤支架，光纤支架上设置有多个用于放置光纤(7)的V型槽(6)；

所述的竖立侧面围板对着光纤支架的一面上开有多个小孔，分别对应于各电机与电源组件(1)的电机输出轴；多个光纤转轴(8)的一端分别与各电机输出轴相连接，另一端分别与对应光纤(7)的一头紧密套接；光纤(7)另一头置于V型槽(6)上，用于支撑光纤(7)保持水平，从而使光纤(7)随电机输出轴而旋转；

所述的外框架封闭件(2)的底板底部可与镀膜盘相固定，从而使所述的光纤圆柱侧面均匀镀膜装置随着镀膜盘的运动而旋转。

2.根据权利要求1所述的一种光纤圆柱侧面均匀镀膜装置，其特征是，所述的外框架封闭件(2)采用不锈钢材料，其竖立侧面围板可与其底板紧密卡接。

3.根据权利要求1所述的一种光纤圆柱侧面均匀镀膜装置，其特征是，在所述的电机与电源组件(1)中，其电源置于电源底座内，并固定在电机上方；每个电机与电源组件(1)四周均用绝热材料包裹后，再固定在所述的外框架封闭件(2)内。

4.根据权利要求1所述的一种光纤圆柱侧面均匀镀膜装置，其特征是，所述的光纤支架的两侧边通过支架固定螺孔(5)固定在外框架封闭件(2)上。

5.根据权利要求1所述的一种光纤圆柱侧面均匀镀膜装置，其特征是，所述的电机与电源组件(1)的电机采用真空减速电机，其电压为1.5～6V,转速为8～30转/分钟，D型输出轴；其电源为纽扣电池，电压为3V。

6.一种光纤圆柱侧面均匀镀膜方法，其特征在于，采用如权利要求1-5任一项所述的光纤圆柱侧面均匀镀膜装置，包括如下步骤：

61.将所述的光纤圆柱侧面均匀镀膜装置固定在镀膜仪器的镀膜盘上；并去除光纤(7)待镀区域的外包层；

62.将各光纤(7)的一头与对应的光纤转轴(8)连接，另一头置于对应的光纤支架V型槽(6)内；

63.将上述光纤转轴(8)与电机输出轴(4)分别对应连接；然后启动电源，电机通过光纤转轴带动光纤匀速转动后，接着外框架封闭件(2)进行封闭；

64.将固定有光纤圆柱侧面均匀镀膜装置的镀膜盘放置于镀膜仪器腔室内；

65.根据镀膜需求，设置镀膜仪器参数，对光纤圆柱侧面进行均匀镀膜。