CN112962074A - 一种mwdm滤光片薄膜制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种MWDM滤光片薄膜制作方法，包括下列步骤：对玻璃基板进行清洗，在玻璃基板上加上100～300V的负偏压，通过平面磁控溅射沉积技术对玻璃基板进行镀膜，在溅射过程中，靶为平面阴极，平行在平面阴极上面的磁场将自由电子限制在阴极靶材表面，离子源将氩气电离为氩离子，进而轰击靶表面，溅射出来的材料再与氧气结合形成氧化物，生成的氧化物再快速沉积在玻璃基板上形成光学薄膜，光学薄膜的膜系为TA2O5材料及SIO2材料相交替叠加，同时利用计算机进行光量值控制，再对玻璃基板的非镀膜面进行研磨抛光和切割。与现有技术相比，本发明能匹配出满足光谱特性的MWDM滤光片，明显改善MWDM滤光片产品单炉的成功率，由原来的20％的成功率提升到60％，实现批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及光学薄膜技术领域，具体而言，涉及一种MWDM滤光片薄膜制作方法。
背景技术
滤光片是用来选取所需辐射波段的光学器件。滤光片的一个共性，就是没有任何滤光片能让天体的成像变得更明亮，因为所有的滤光片都会吸收某些波长，从而使物体变得更暗。
在如今光通讯行业高速发展的带动下，滤光片的需求量也大幅提升。5G对前传网提出高可靠、高性能、低成本、易部署的更高需求，这就需要一个能够快速响应满足市场需求且成本较低的技术方案来实现。5G前传技术中CWDM是发展较早且较为成熟的方案，而运营商对于5G前传的基础需求是需要满足12波WDM，这样基于CWDM基础上提出了MWDM。MWDM主要是在中国5G前传网络环境下提出的。CWDM有18个波长(1271～1611nm)，但由于考虑到1270～1470nm波段的衰减比较大，以及基于成本的考虑，使用较多的只有其中的6个波长(1271nm、1291nm、1311nm、1351nm、1371nm)。MWDM就是在CWDM 6波的基础上，左右偏移3.5nm扩展为12波(1267.5、1274.5、1287.5、1294.5、1307.5、1314.5、1327.5、1334.5、1347.5、1354.5、1367.5、1374.5nm)。将CWDM的20nm的波长间隔压缩为7nm，采用TEC(ThermalElectronic Cooler,半导体制冷器)温控技术实现1波扩为2个波。这样就实现了容量提升的同时可以进一步节省光纤，从而节省基建成本。
上述MWDM滤光片的缺陷是：由于该膜层比以往膜层厚10um，现阶段镀膜机台与膜系无法匹配出满足光谱特性的滤光片。在以往进行该膜层成膜时，主要是运用蒸发式成膜工艺，由于成膜时间长，在这种工艺下，已无法提供足够的蒸发膜料，如TA2O5及SIO2会重复使用前面已使用过的位置，从而导致蒸发膜料产生吸收，材料折射率发生变化，进而会让该层膜层厚度与实际设计值产生较大的差异，随着每一层膜层差异的叠加，最终形成的MWDM滤光片薄膜无法满足光谱特性要求。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明能匹配出满足光谱特性的MWDM滤光片，明显改善MWDM滤光片产品单炉的成功率，由原来的20％的成功率提升到60％，实现批量生产。
一种MWDM滤光片薄膜制作方法，具体技术方案如下所示：
一种MWDM滤光片薄膜制作方法，包括下列步骤：
材质选择和清洗：选择K9材质的玻璃基板通过全自动化超声波清洗线进行超声波清洗，通过80KHZ的高频超声波将所述玻璃基板上的麻点进行清理，同时通过除油清洗剂WIN18的上下抛动洗涤将指纹油脂清洗干净；
装载：将清洗洁净的所述玻璃基板存放至铝制大圆片夹具上，待镀膜机台准备完毕后，将所述铝制大圆片夹具和所述玻璃基板逐一装载进所述镀膜机台的腔体内；
镀膜：对所述镀膜机台的腔体进行抽高真空及恒温加热的预处理，在所述玻璃基板上加上100～300V的负偏压，通过平面磁控溅射沉积技术对所述玻璃基板进行镀膜，在溅射过程中，靶为平面阴极，平行在所述平面阴极上面的磁场将自由电子限制在阴极靶材表面，离子源将氩气电离为氩离子，进而轰击所述靶材表面，溅射出来的材料再与氧气结合形成氧化物，生成的所述氧化物再快速沉积在所述玻璃基板上形成光学薄膜，所述光学薄膜的膜系为TA2O5材料及SIO2材料相交替叠加，同时利用计算机进行光量值控制，并将完成所述镀膜的玻璃基板进行预设时长的自然冷却，并从所述镀膜机台中取出卸载；
研磨抛光及切割：对完成所述镀膜的玻璃基板的非镀膜面进行高精度研磨抛光，并将所述玻璃基板的尺寸加工为40X40X1.0(mm)，外观要求为40/20再进行小颗粒切割，最终加工后的尺寸为1.2X1.2X1.0(mm)。
在一个具体的实施例中，所述“镀膜”的方法进一步包括：
镀制多极值腔层：选择所述SIO2材料作为主膜料，靶材功率范围为8500-9000W，氧气流量为50ccm，氩气流量为23ccm，成膜速率稳定在3.15A/S，所述SIO2材料成膜过程中的产生的离子源的功率为1350W；
镀制TA2O5膜层：选择所述TA2O5材料，靶材功率范围为7500-8000W，氧气流量为55ccm，氩气流量为20ccm，成膜速率稳定在2.35A/S，所述TA2O5材料成膜过程中产生的离子源的功率为1250W。
在一个具体的实施例中，所述“镀制TA2O5膜层”的方法进一步包括：
镀制所述TA2O5膜层前，将所述镀膜机台的腔体真空度稳定在5.0E-6mbar高真空条件下，将所述玻璃基板温度稳定在220℃，同时将光控系统的光量干扰噪声稳定在0.01dB。
在一个具体的实施例中，所述“镀膜”的方法进一步包括：
在交替镀制所述多极值腔层和所述TA2O5膜层时，所述多极值腔层与所述TA2O5膜层之间的间隔空隙时间需控制在10S内完成。
在一个具体的实施例中，所述“TA2O5材料及SIO2材料相交替叠加”的方法进一步包括：
所述TA2O5材料和所述SIO2材料最终累积起厚度为31.4um，中心波长的峰值插损为0.1dB,通带带宽为5.5nm,截止带宽为8.2nm,通带波纹系数近似为0。
在一个具体的实施例中，所述“研磨抛光及切割”的方法进一步包括：
所述玻璃基板的尺寸公差在±0.05之间，厚度公差在±0.02之间，角度公差在±0.5°之间。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
采用本发明中的技术方案的制作方法，通过对镀膜机台的腔体进行抽高真空及恒温加热的预处理，在玻璃基板上加上100～300V的负偏压，以及通过平面磁控溅射沉积技术对玻璃基板进行镀膜，在溅射过程中，靶为平面阴极，平行在平面阴极上面的磁场将自由电子限制在阴极靶材表面，离子源将氩气电离为氩离子，进而轰击靶材表面，溅射出来的材料再与氧气结合形成氧化物，生成的氧化物再快速沉积在玻璃基板上形成光学薄膜，光学薄膜的膜系为TA2O5材料及SIO2材料相交替叠加，同时利用计算机进行光量值控制，并将完成镀膜的玻璃基板进行预设时长的自然冷却，再从镀膜机台中取出卸载，并对玻璃基板的非镀膜面进行高精度研磨抛光和切割。进一步匹配出满足光谱特性的MWDM滤光片，明显改善MWDM滤光片产品单炉的成功率，由原来的20％的成功率提升到60％，实现批量生产。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是实施例中MWDM滤光片薄膜制作方法的流程图；
图2是实施例中MWDM滤光片薄膜的结构图。
主要元件符号说明：
1-玻璃基板；2-多极值腔层；3-TA2O5膜层。
具体实施方式
根据本发明提供的一种MWDM滤光片薄膜制作方法，通过对镀膜机台的腔体进行抽高真空及恒温加热的预处理，在玻璃基板上加上100～300V的负偏压，以及通过平面磁控溅射沉积技术对玻璃基板进行镀膜，在溅射过程中，靶为平面阴极，平行在平面阴极上面的磁场将自由电子限制在阴极靶材表面，离子源将氩气电离为氩离子，进而轰击靶材表面，溅射出来的材料再与氧气结合形成氧化物，生成的氧化物再快速沉积在玻璃基板上形成光学薄膜，光学薄膜的膜系为TA2O5材料及SIO2材料相交替叠加，同时利用计算机进行光量值控制，并将完成镀膜的玻璃基板进行预设时长的自然冷却，再从镀膜机台中取出卸载，并对玻璃基板的非镀膜面进行高精度研磨抛光和切割。进一步匹配出满足光谱特性的MWDM滤光片，明显改善MWDM滤光片产品单炉的成功率，由原来的20％的成功率提升到60％，实现批量生产。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1-图2所示，本实施例提供一种MWDM滤光片薄膜制作方法，具体技术方案如下所示：
一种MWDM滤光片薄膜制作方法，包括下列步骤：
材质选择和清洗：选择K9材质的玻璃基板1通过全自动化超声波清洗线进行超声波清洗，通过80KHZ的高频超声波将玻璃基板1上的指纹和麻点小颗粒进行清理，同时通过除油清洗剂WIN18的上下抛动洗涤将指纹油脂清洗干净，这样能高效环保的对玻璃基板1进行清洗，同时该洁净玻璃基板1能在成膜时，膜料可在玻璃表面进行完美的附着，从而为制作MWDM滤光片打下良好的基础。
具体地，K9材质的玻璃基板1尺寸为Ф200X6.0(mm)。
装载：将清洗洁净的玻璃基板1存放至铝制大圆片夹具上，待镀膜机台准备完毕后，将铝制大圆片夹具和玻璃基板1逐一装载进镀膜机台的腔体内待成膜。
镀膜：对镀膜机台的腔体进行抽高真空及恒温加热的预处理，需要说明的是，成膜时的腔体基础环境尤为重要，它将直接影响滤光片的有效良率。接着在玻璃基板1上加上100～300V的负偏压，通过平面磁控溅射沉积技术对玻璃基板1进行镀膜，在溅射过程中，靶为平面阴极，平行在平面阴极上面的磁场将自由电子限制在阴极靶材表面，离子源将氩气电离为氩离子，进而轰击靶材表面，溅射出来的材料再与氧气结合形成氧化物，生成的氧化物再快速沉积在玻璃基板1上形成光学薄膜，光学薄膜的膜系为TA2O5材料及SIO2材料相交替叠加，同时利用计算机进行光量值控制，并将完成镀膜的玻璃基板1进行预设时长的自然冷却，并从镀膜机台中取出卸载。
具体地，平面溅射沉积的薄膜表面会吸附上一些残余气体，会影响薄膜的质量。在磁控溅射中，在基片上加上100～300V的负偏压，对基片来说相当于阴极，所以会受到正离子的不断轰击，具有一定能量的正离子可将吸附的气体杂质轰击掉。同时利用计算机进行光量值控制从而实现膜厚控制，可以达到很高的控制精度，而且所制备的膜层附着性好，致密、纯度高，镀膜时衬底可保持常温。
研磨抛光及切割：对完成镀膜的玻璃基板1的非镀膜面进行高精度研磨抛光，并将玻璃基板1的尺寸加工为40X40X1.0(mm)，外观要求为40/20再进行小颗粒切割，最终加工后的尺寸为1.2X1.2X1.0(mm)。
本实施例中，“镀膜”的方法进一步包括：
镀制多极值腔层2：选择SIO2材料作为主膜料，靶材功率范围为8500-9000W，氧气流量为50ccm，氩气流量为23ccm，成膜速率稳定在3.15A/S，SIO2材料成膜过程中的产生的离子源的功率为1350W。
具体地，在镀制多极值腔层2时，选择低折射率的SIO2材料作为主膜料，主要原因是SI材料比TA材料氧化更稳定，膜料SIO2成膜时产生掉坑的机率会大大降低，膜料的折射率更稳定，吸收很小，进而形成的光学薄膜光谱性能更接近设计模拟值。
镀制TA2O5膜层：选择TA2O5材料，靶材功率范围为7500-8000W，氧气流量为55ccm，氩气流量为20ccm，成膜速率稳定在2.35A/S，TA2O5材料成膜过程中产生的离子源的功率为1250W。
本实施例中，“镀制TA2O5膜层”的方法进一步包括：
镀制TA2O5膜层前，将镀膜机台的腔体真空度稳定在5.0E-6mbar高真空条件下，将玻璃基板1温度稳定在220℃，同时将光控系统的光量干扰噪声稳定在0.01dB。
本实施例中，“镀膜”的方法进一步包括：
在交替镀制多极值腔层2和TA2O5膜层时，多极值腔层2与TA2O5膜层之间的间隔空隙时间需控制在10S内完成，让各膜层能以最优化的状态进行叠加。
本实施例中，“TA2O5材料及SIO2材料相交替叠加”的方法进一步包括：
TA2O5材料和SIO2材料最终累积起厚度为31.4um，中心波长的峰值插损为0.1dB,通带带宽为5.5nm,截止带宽为8.2nm,通带波纹系数近似为0。
具体地，该成膜方式能明显解决蒸发式成膜的掉坑现象，进而能实现长时间的不间断镀膜。
本实施例中，“研磨抛光及切割”的方法进一步包括：
如表1所示，玻璃基板1的尺寸公差在±0.05之间，厚度公差在±0.02之间，角度公差在±0.5°之间。
表1：具体膜层物理厚度
与现有技术相比，采用本发明中的技术方案的制作方法，通过对镀膜机台的腔体进行抽高真空及恒温加热的预处理，在玻璃基板上加上100～300V的负偏压，以及通过平面磁控溅射沉积技术对玻璃基板进行镀膜，在溅射过程中，靶为平面阴极，平行在平面阴极上面的磁场将自由电子限制在阴极靶材表面，离子源将氩气电离为氩离子，进而轰击靶材表面，溅射出来的材料再与氧气结合形成氧化物，生成的氧化物再快速沉积在玻璃基板上形成光学薄膜，光学薄膜的膜系为TA2O5材料及SIO2材料相交替叠加，同时利用计算机进行光量值控制，并将完成镀膜的玻璃基板进行预设时长的自然冷却，再从镀膜机台中取出卸载，并对玻璃基板的非镀膜面进行高精度研磨抛光和切割。进一步匹配出满足光谱特性的MWDM滤光片，明显改善MWDM滤光片产品单炉的成功率，由原来的20％的成功率提升到60％，实现批量生产。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施场景，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种MWDM滤光片薄膜制作方法，其特征在于,包括下列步骤：
材质选择和清洗：选择K9材质的玻璃基板通过全自动化超声波清洗线进行超声波清洗，通过80KHZ的高频超声波将所述玻璃基板上的麻点进行清理，同时通过除油清洗剂WIN18的上下抛动洗涤将指纹油脂清洗干净；
装载：将清洗洁净的所述玻璃基板存放至铝制大圆片夹具上，待镀膜机台准备完毕后，将所述铝制大圆片夹具和所述玻璃基板逐一装载进所述镀膜机台的腔体内；
镀膜：对所述镀膜机台的腔体进行抽高真空及恒温加热的预处理，在所述玻璃基板上加上100～300V的负偏压，通过平面磁控溅射沉积技术对所述玻璃基板进行镀膜，在溅射过程中，靶为平面阴极，平行在所述平面阴极上面的磁场将自由电子限制在阴极靶材表面，离子源将氩气电离为氩离子，进而轰击所述靶材表面，溅射出来的材料再与氧气结合形成氧化物，生成的所述氧化物再快速沉积在所述玻璃基板上形成光学薄膜，所述光学薄膜的膜系为TA2O5材料及SIO2材料相交替叠加，同时利用计算机进行光量值控制，并将完成所述镀膜的玻璃基板进行预设时长的自然冷却，等所述玻璃基板达到预设温度后再从所述镀膜机台中取出卸载；
研磨抛光及切割：对完成所述镀膜的玻璃基板的非镀膜面进行高精度研磨抛光，并将所述玻璃基板的尺寸加工为40X40X1.0(mm)，外观要求为40/20再进行小颗粒切割，最终加工后的尺寸为1.2X1.2X1.0(mm)。
2.根据权利要求1所述的MWDM滤光片薄膜制作方法，其特征在于，所述“镀膜”的方法进一步包括：
镀制多极值腔层：选择所述SIO2材料作为主膜料，靶材功率范围为8500-9000W，氧气流量为50ccm，氩气流量为23ccm，成膜速率稳定在3.15A/S，所述SIO2材料成膜过程中的产生的离子源的功率为1350W；
镀制TA2O5膜层：选择所述TA2O5材料，靶材功率范围为7500-8000W，氧气流量为55ccm，氩气流量为20ccm，成膜速率稳定在2.35A/S，所述TA2O5材料成膜过程中产生的离子源的功率为1250W。
3.根据权利要求2所述的MWDM滤光片薄膜制作方法，其特征在于，所述“镀制TA2O5膜层”的方法进一步包括：
镀制所述TA2O5膜层前，将所述镀膜机台的腔体真空度稳定在5.0E-6mbar高真空条件下，将所述玻璃基板温度稳定在220℃，同时将光控系统的光量干扰噪声稳定在0.01dB。
4.根据权利要求2所述的MWDM滤光片薄膜制作方法，其特征在于，所述“镀膜”的方法进一步包括：
在交替镀制所述多极值腔层和所述TA2O5膜层时，所述多极值腔层与所述TA2O5膜层之间的间隔空隙时间需控制在10S内完成。
5.根据权利要求1所述的MWDM滤光片薄膜制作方法，其特征在于，所述“TA2O5材料及SIO2材料相交替叠加”的方法进一步包括：
所述TA2O5材料和所述SIO2材料最终累积起厚度为31.4um，中心波长的峰值插损为0.1dB,通带带宽为5.5nm,截止带宽为8.2nm,通带波纹系数近似为0。
6.根据权利要求1所述的MWDM滤光片薄膜制作方法，其特征在于，所述“研磨抛光及切割”的方法进一步包括：
所述玻璃基板的尺寸公差在±0.05之间，厚度公差在±0.02之间，角度公差在±0.5°之间。
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Cited By (1)
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2021
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