CN115220141A - 波分复用滤光片及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种波分复用滤光片，玻璃基板的其中一面覆盖有光学涂层，其特征在于：所述光学涂层由内向外依次为甲复层、乙复层及丙复层；所述甲复层由二氧化铪、二氧化硅组成；所述乙复层由五氧化二钽、二氧化硅组成；所述丙复层由三氧化二钛、二氧化硅组成。本发明高精度光学涂层材料制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产，能够有效降低产品偏差问题。
Description
技术领域
本发明涉及波分复用滤光片领域，尤其涉及高精度光学涂层材料用于光学器材领域。
背景技术
CN201520275350.9公开了一种用于光通信的1490纳米通带滤光片，包括基板、以交替的五氧化二钽和二氧化硅为镀膜材料的第一镀膜层与第二镀膜层，所述基板位于所述第一镀膜层和第二镀膜层之间；第一镀膜层由内而外依次由五氧化二钽层与二氧化硅层交替沉积共87层，其中包括43层五氧化二钽层与44层二氧化硅层；第二镀膜层由内而外依次由五氧化二钽层与二氧化硅层交替沉积共30层，其中包括15层五氧化二钽层与15层二氧化硅层。但偏差较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是实现一种高精度光学涂层材料，具有偏差低特性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：波分复用滤光片，玻璃基板的其中一面覆盖有光学涂层，所述光学涂层由内向外依次为甲复层、乙复层及丙复层；
所述甲复层由二氧化铪、二氧化硅组成；
所述乙复层由五氧化二钽、二氧化硅组成；
所述丙复层由三氧化二钛、二氧化硅组成。
所述光学涂层设有9-11层。
所述甲复层的厚度为0.3-0.5微米。
所述甲复层、乙复层及丙复层的厚度比为1:0.7-0.9:0.9-1.2。
甲复层、乙复层及丙复层中的二氧化硅厚度均为0.12-0.18微米。
所述玻璃基板的另一面贴附有增透膜层，所述玻璃基板的厚度为0.8mm～1.2mm。
波分复用滤光片的生产方法，包括以下步骤：
1)清洗玻璃基板；
2)用真空离子束溅射方法镀制二氧化硅薄膜；
3)用真空离子束溅射方法镀制二氧化铪薄膜；
4)用真空离子束溅射方法镀制二氧化硅薄膜；
5)用真空离子束溅射方法镀制五氧化二钽薄膜；
6)用真空离子束溅射方法镀制二氧化硅薄膜；
7)用真空离子束溅射方法镀制三氧化二钛薄膜；
8)重复2)-7)预设次数，完成波分复用滤光片的生产，预设次数为光学涂层的层数。
所述1)中，用去离子水将基片清洗干净，然后用丙酮擦拭干净，清洗干净并自然晾干后放入沉积腔体样品台，之后在真空度抽取到2-3×10-4Pa，最后在薄膜沉积前用辅助源在低电流和低压条件下对基板清洗5-10min。
所述2)、4)、6)中，溅射气体为氩气，反应气体为氧气和水汽，用主离子源产生的高能氩气离子束轰击硅靶材，硅靶材溅射出来的粒子与辅离子源产生的氧离子束发生反应，形成二氧化硅化合物沉积在基片区域表面，离子源作为溅射离子源。
所述3)中，用高纯Ar气产生的氩离子束对二氧化铪靶材进行轰击，对安装在样品台上的样品基体做二氧化铪沉积,氩气流速12～17cm3/s，离子源的射频频率均为9-12MHz，离子束压为1950V～2360V，离子束流的调整范围为590mA～640mA，沉积时间为11～14min；
所述5)中，溅射气体为氩气，氩气流速10～13cm3/s，反应气体为氧气和水汽，且水汽的流量为氧气流量的1.5％-1.7％，溅射速率为0.4nm/s-0.7nm/s，用主离子源产生的高能氩气离子束轰击钽靶材，钽靶材溅射出来的粒子与辅离子源产生的氧离子束发生反应，形成五氧化二钽膜，离子源作为溅射离子源，离子源的射频频率均为11-14MHz，离子束压为1500V～1750V，离子束流的调整范围和580mA～620mA，沉积时间为10～12min；
所述7)中，用高纯Ar气产生的氩离子束对三氧化二钛靶材进行轰击，对安装在样品台上的样品基体做三氧化二钛沉积，氩气流速14～19cm3/s，离子源的射频频率均为12-18MHz，离子束压为2650V～2980V，离子束流的调整范围为590mA～690mA，沉积时间为12～17min。
本发明高精度光学涂层材料制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产，能够有效降低产品偏差问题。
附图说明
下面对本发明说明书中每幅附图表达的内作简要说明：
图1为波分复用滤光片层结构示意图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
波分复用滤光片在有增透膜层的玻璃基板上的另一面覆盖有甲复层、乙复层及丙复层，甲复层由二氧化铪、二氧化硅组成；乙复层由五氧化二钽、二氧化硅组成；丙复层由三氧化二钛、二氧化硅组成。一个甲复层的厚度为0.3-0.5微米。一个甲复层与一个乙复层及一个丙复层的厚度比为1:0.7-0.9:0.9-1.2。
三个复层中二氧化硅的厚度为0.12-0.18微米。靠近玻璃基板的是甲复层，然后是乙复层及丙复层。如此循环9-11次。有增透膜层的玻璃基板的厚度为0.8mm～1.2mm。
高精度光学涂层材料的制备，用离子束沉积设备在有增透膜层的玻璃基板上先涂镀甲复层，然后是乙复层及丙复层，如此循环9-11次。
甲复层的制备：
首先对有增透膜层的玻璃基板用去离子水将基片清洗干净，然后用丙酮擦拭干净，清洗干净并自然晾干后放入沉积腔体样品台。在真空度抽取到2-3×10-4Pa，在薄膜沉积前用辅助源在低电流和低压条件下(50mA/350V)对基板清洗5-10min。最后防护板全部打开，准备开始沉积。
用真空离子束溅射方法镀制二氧化硅薄膜。溅射气体为氩气，氩气流速10～14cm3/s。反应气体为氧气和水汽，且水汽的流量为氧气流量的1.6％-2.5％，溅射速率为0.3nm/s-0.6nm/s。用主离子源产生的高能氩气离子束轰击硅靶材，硅靶材溅射出来的粒子与辅离子源产生的氧离子束发生反应，形成二氧化硅化合物沉积在基片区域表面。离子源作为溅射离子源，离子源的射频频率均为9-13MHz，离子束压为1500V～1700V，离子束流的调整范围和550mA～650mA。沉积时间为14～16min。
用真空离子束溅射方法镀制二氧化铪薄膜的过程：用高纯Ar气产生的氩离子束对二氧化铪靶材进行轰击，对安装在样品台上的样品基体做二氧化铪沉积。溅射过程中通过调节灯丝电流使氩离子束保持聚焦，同时控制调节注入离子束的能量和束流，通过设定溅射时间控制所得薄膜的厚度。氩气流速12～17cm3/s。离子源的射频频率均为9-12MHz，离子束压为1950V～2360V，离子束流的调整范围为590mA～640mA。沉积时间为11～14min。
乙复层的制备：
先用真空离子束溅射方法镀制二氧化硅薄膜，该二氧化硅薄膜可采用反应气体仅为氧气的真空离子束溅射工艺镀制而成。溅射气体为氩气，氩气流速12～15cm3/s。反应气体为氧气和水汽，且水汽的流量为氧气流量的1.1％-1.5％，溅射速率为0.2nm/s-0.5nm/s。用主离子源产生的高能氩气离子束轰击硅靶材，硅靶材溅射出来的粒子与辅离子源产生的氧离子束发生反应，形成二氧化硅化合物沉积在基片区域表面。离子源作为溅射离子源，离子源的射频频率均为8-12MHz，离子束压为1300V～1500V，离子束流的调整范围和490mA～580mA。沉积时间为13～16min。
用真空离子束溅射方法镀制五氧化二钽薄膜。溅射气体为氩气，氩气流速10～13cm3/s。反应气体为氧气和水汽，且水汽的流量为氧气流量的1.5％-1.7％，溅射速率为0.4nm/s-0.7nm/s。用主离子源产生的高能氩气离子束轰击钽靶材，钽靶材溅射出来的粒子与辅离子源产生的氧离子束发生反应，形成五氧化二钽膜。离子源作为溅射离子源，离子源的射频频率均为11-14MHz，离子束压为1500V～1750V，离子束流的调整范围和580mA～620mA。沉积时间为10～12min。
丙复层的制备：
先用真空离子束溅射方法镀制二氧化硅薄膜。溅射气体为氩气，氩气流速12～17cm3/s。反应气体为氧气和水汽，且水汽的流量为氧气流量的1.1％-1.5％，溅射速率为0.2nm/s-0.7nm/s。用主离子源产生的高能氩气离子束轰击硅靶材，硅靶材溅射出来的粒子与辅离子源产生的氧离子束发生反应，形成二氧化硅化合物沉积在基片区域表面。离子源作为溅射离子源，离子源的射频频率均为9-12MHz，离子束压为1900V～2200V，离子束流的调整范围和450mA～520mA。沉积时间为10～15min。
用真空离子束溅射方法镀制三氧化二钛薄膜的过程：用高纯Ar气产生的氩离子束对三氧化二钛靶材进行轰击，对安装在样品台上的样品基体做三氧化二钛沉积。溅射过程中通过调节灯丝电流使氩离子束保持聚焦，同时控制调节注入离子束的能量和束流，通过设定溅射时间控制所得薄膜的厚度。氩气流速14～19cm3/s。离子源的射频频率均为12-18MHz，离子束压为2650V～2980V，离子束流的调整范围为590mA～690mA。沉积时间为12～17min。
上面甲、乙、丙复层制作循环预设次数，完成波分复用滤光片的生产，预设次数为光学涂层的层数。
背景技术中CN201520275350.9的中心波偏差在0.3％；
实施例1、在有增透膜层的玻璃基板上的另一面覆盖有甲复层、乙复层及丙复层，甲复层由二氧化铪、二氧化硅组成；乙复层由五氧化二钽、二氧化硅组成；丙复层由三氧化二钛、二氧化硅组成。一个甲复层的厚度为0.3微米。一个甲复层与一个乙复层及一个丙复层的厚度比为1:0.7:0.9。三个复层中二氧化硅的厚度为0.12微米。靠近玻璃基板的是甲复层，然后是乙复层及丙复层。如此循环9次，中心波偏差在0.26％；
实施例2、在有增透膜层的玻璃基板上的另一面覆盖有甲复层、乙复层及丙复层，甲复层由二氧化铪、二氧化硅组成；乙复层由五氧化二钽、二氧化硅组成；丙复层由三氧化二钛、二氧化硅组成。一个甲复层的厚度为0.4微米。一个甲复层与一个乙复层及一个丙复层的厚度比为1:0.8:1.0。三个复层中二氧化硅的厚度为0.15微米。靠近玻璃基板的是甲复层，然后是乙复层及丙复层。如此循环10次，中心波偏差在0.23％；
实施例3、在有增透膜层的玻璃基板上的另一面覆盖有甲复层、乙复层及丙复层，甲复层由二氧化铪、二氧化硅组成；乙复层由五氧化二钽、二氧化硅组成；丙复层由三氧化二钛、二氧化硅组成。一个甲复层的厚度为0.5微米。一个甲复层与一个乙复层及一个丙复层的厚度比为1:0.9:1.2。三个复层中二氧化硅的厚度为0.18微米。靠近玻璃基板的是甲复层，然后是乙复层及丙复层。如此循环11次，中心波偏差在0.25％；
实施例4、在有增透膜层的玻璃基板上的另一面覆盖有甲复层、乙复层及丙复层，甲复层由二氧化铪、二氧化硅组成；乙复层由五氧化二钽、二氧化硅组成；丙复层由三氧化二钛、二氧化硅组成。一个甲复层的厚度为0.2微米。一个甲复层与一个乙复层及一个丙复层的厚度比为1:0.6。三个复层中二氧化硅的厚度为0.10微米。靠近玻璃基板的是甲复层，然后是乙复层及丙复层。如此循环8次，中心波偏差在0.28％；
实施例5、在有增透膜层的玻璃基板上的另一面覆盖有甲复层、乙复层及丙复层，甲复层由二氧化铪、二氧化硅组成；乙复层由五氧化二钽、二氧化硅组成；丙复层由三氧化二钛、二氧化硅组成。一个甲复层的厚度为0.6微米。一个甲复层与一个乙复层及一个丙复层的厚度比为1:1:1.4。三个复层中二氧化硅的厚度为0.20微米。靠近玻璃基板的是甲复层，然后是乙复层及丙复层。如此循环12次，中心波偏差在0.28％；
五氧化二钽及二氧化硅搭配，具有好的折射率。但是缺点是，滤光片膜层吸湿后随着温度的上升和膜层中水的损失，折射率会减小。而这种折射率减小的影响远大于薄膜材料折射率随温度上升和热膨胀引起的几何厚度增大的影响，从而引起中心波长向短波方向漂移。而二氧化铪、二氧化硅的搭配及三氧化二钛、二氧化硅的搭配，由于配合紧密，不受湿度的影响，因而不会受到温度的变化影响折射率会。所以甲复层、乙复层及丙复层复合搭配，不仅保证了正常状态的滤光片的光学性能，也保证了滤光片不受湿度温度影响造成中心波长漂移。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.波分复用滤光片，玻璃基板的其中一面覆盖有光学涂层，其特征在于：所述光学涂层由内向外依次为甲复层、乙复层及丙复层；
所述甲复层由二氧化铪、二氧化硅组成；
所述乙复层由五氧化二钽、二氧化硅组成；
所述丙复层由三氧化二钛、二氧化硅组成。
2.根据权利要求1所述的波分复用滤光片，其特征在于：所述光学涂层设有9-11层。
3.根据权利要求2所述的波分复用滤光片，其特征在于：所述甲复层的厚度为0.3-0.5微米。
4.根据权利要求3所述的波分复用滤光片，其特征在于：所述甲复层、乙复层及丙复层的厚度比为1:0.7-0.9:0.9-1.2。
5.根据权利要求1-4中任一所述的波分复用滤光片，其特征在于：甲复层、乙复层及丙复层中的二氧化硅厚度均为0.12-0.18微米。
6.根据权利要求5所述的波分复用滤光片，其特征在于：所述玻璃基板的另一面贴附有增透膜层，所述玻璃基板的厚度为0.8mm～1.2mm。
7.波分复用滤光片的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)清洗玻璃基板；
2)用真空离子束溅射方法镀制二氧化硅薄膜；
3)用真空离子束溅射方法镀制二氧化铪薄膜；
4)用真空离子束溅射方法镀制二氧化硅薄膜；
5)用真空离子束溅射方法镀制五氧化二钽薄膜；
6)用真空离子束溅射方法镀制二氧化硅薄膜；
7)用真空离子束溅射方法镀制三氧化二钛薄膜；
8)重复2)-7)预设次数，完成波分复用滤光片的生产，预设次数为光学涂层的层数。
8.根据权利要求7所述波分复用滤光片的生产方法，其特征在于：所述1)中，用去离子水将基片清洗干净，然后用丙酮擦拭干净，清洗干净并自然晾干后放入沉积腔体样品台，之后在真空度抽取到2-3×10-4Pa，最后在薄膜沉积前用辅助源在低电流和低压条件下对基板清洗5-10min。
9.根据权利要求7或8所述波分复用滤光片的生产方法，其特征在于：所述2)、4)、6)中，溅射气体为氩气，反应气体为氧气和水汽，用主离子源产生的高能氩气离子束轰击硅靶材，硅靶材溅射出来的粒子与辅离子源产生的氧离子束发生反应，形成二氧化硅化合物沉积在基片区域表面，离子源作为溅射离子源。
10.根据权利要求9所述波分复用滤光片的生产方法，其特征在于：所述3)中，用高纯Ar气产生的氩离子束对二氧化铪靶材进行轰击，对安装在样品台上的样品基体做二氧化铪沉积,氩气流速12～17cm3/s，离子源的射频频率均为9-12MHz，离子束压为1950V～2360V，离子束流的调整范围为590mA～640mA，沉积时间为11～14min；
所述5)中，溅射气体为氩气，氩气流速10～13cm3/s，反应气体为氧气和水汽，且水汽的流量为氧气流量的1.5％-1.7％，溅射速率为0.4nm/s-0.7nm/s，用主离子源产生的高能氩气离子束轰击钽靶材，钽靶材溅射出来的粒子与辅离子源产生的氧离子束发生反应，形成五氧化二钽膜，离子源作为溅射离子源，离子源的射频频率均为11-14MHz，离子束压为1500V～1750V，离子束流的调整范围和580mA～620mA，沉积时间为10～12min；
所述7)中，用高纯Ar气产生的氩离子束对三氧化二钛靶材进行轰击，对安装在样品台上的样品基体做三氧化二钛沉积，氩气流速14～19cm3/s，离子源的射频频率均为12-18MHz，离子束压为2650V～2980V，离子束流的调整范围为590mA～690mA，沉积时间为12～17min。
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