TW201538452A - 介電體多層膜過濾器用玻璃基板 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種熱膨脹係數及楊氏模數較大、且因加工性優異故可提高量產性之介電體多層膜過濾器用玻璃基板。 本發明之介電體多層膜過濾器用玻璃基板之特徵在於：包含以質量%計含有Li2O+Na2O+K2O 5~30%、及TiO2 0~2%(其中不含2%)，且-30~+70℃下之熱膨脹係數為95×10-7~130×10-7/K之非晶質玻璃。

Description

介電體多層膜過濾器用玻璃基板
本發明係關於一種用於光纖通信等之介電體多層膜過濾器用玻璃基板。
光纖通信係將發送者側之音訊資料、圖像資料或文字資料等電氣資訊主要藉由LD(雷射二極體)轉換為光資訊，經由包含基站或中繼站之光纖網，使接收者側接收光資訊，並將所接收之光資訊再次轉換為電氣資訊，藉此自發送者向接收者進行資訊通信。於基站，為了匯總來自各種末端之光資訊，或將傳送來之資訊分類於各末端，使用稜鏡、反射鏡、光學過濾器(帶通濾波器、流線式過濾器、校準濾波器等)等。另一方面，於中繼站，為了將於光纖內衰減之光資訊進行增幅，使用EDFA(Erbium Doped optical Fiber Amplifier，摻鉺光纖增幅器)等。
近年來，通信之高速化、大容量化不斷推進，光纖通信中開始使用稱之為波長分割多工(Wavelength Division Multiplexing，以下稱為WDM)之方式。WDM方式係於某波長頻帶以1根光纖同時傳送賦予有資訊之具有不同波長之複數種光，其後分割為各波長而接收各資訊。此處，波長頻帶係被預先規定，故而各波長之差越小，則越可同時傳送更多資訊。
WDM方式中之分波使用僅選擇性地反射或透射特定波長之光之光學過濾器。一般而言，光學過濾器具有於基板表面形成介電體多層 膜而成之構造(以下稱為介電體多層膜過濾器)。關於基板，由於入射較強能量之雷射光，故而作為其材質，使用耐熱性優異，且適合波長下之光之吸收較少之玻璃。
於介電體多層膜過濾器中，有因以溫度變化所導致之膨脹收縮為起因之密度變化，而使介電體多層膜之折射率發生變化之傾向。因此，有介電體多層膜過濾器反射之光或透射之光之波長發生變化，而無法準確地通信之虞。為了解決該問題，提出預先對介電體多層膜賦予壓縮應力，抑制由溫度變化引起之波長變化。
介電體多層膜過濾器一般係以如下方式製作。(1)準備熱膨脹係數大於介電體多層膜之玻璃基板。(2)於將玻璃基板加熱至數百℃之狀態下向表面積層介電體膜，藉此形成介電體多層膜。(3)冷卻至常溫後，視需要進行研磨或切斷等後加工。此處，熱膨脹係數大於介電體多層膜之玻璃基板於冷卻時會更大地收縮，故而對介電體多層膜賦予壓縮應力。
再者，為了提高分波精度，有必要精密地控制介電體多層膜中之各層之厚度，並且增加層數。若介電體多層膜之層數增加，則膜整體之厚度變大，故而有必要增大對介電體多層膜賦予之壓縮應力。因此，要求玻璃基板之高熱膨脹係數化。又，於該情形時，施加於玻璃基板之應力亦變大，故而為了抑制翹曲等變形亦有必要實現高楊氏模數化。為了滿足此種要求，提出有熱膨脹係數及楊氏模數較大之介電體多層膜過濾器用玻璃基板(例如參照專利文獻1)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2001-66425號公報
隨著近年來之光通信市場之急遽膨脹，嘗試藉由維持性能且提高量產性而謀求低價格化。具體而言，藉由提高玻璃基板之加工性，即提高玻璃基板之研磨速度或切斷速度，可縮短加工時間，提高生產效率。然而，專利文獻1中揭示之玻璃基板因加工性較差，故而有缺乏量產性之問題。
鑒於以上，本發明之目的在於提供一種熱膨脹係數及楊氏模數較大、且因加工性優異故可提高量產性之介電體多層膜過濾器用玻璃基板。
本發明之介電體多層膜過濾器用玻璃基板之特徵在於：包含以質量%計含有Li2O+Na2O+K2O 5~30%、及TiO2 0~2%(其中不含2%)，且-30~+70℃下之熱膨脹係數為95×10-7~130×10-7/K之非晶質玻璃。
根據本發明者等之調査，可知藉由使玻璃組成中含有鹼金屬氧化物，研磨或切斷等之加工性提高。另一方面，可知若於玻璃組成中含有TiO2，則玻璃構造得以強化，相反加工性降低。因此，發現藉由使玻璃基板中含有適量鹼金屬氧化物，並且限制TiO2之含量之上限，可提高加工性。再者，藉由加工性提高可縮短加工步驟，故而難以發生於玻璃基板或介電體多層膜產生非所希望之加工傷痕，或受到研磨液等腐蝕等不良情形，亦可期待良率之提高。
再者，本發明之玻璃基板包含非晶質玻璃，故而與包含結晶化玻璃之玻璃基板相比加工性特別優異。
本發明之介電體多層膜過濾器用玻璃基板較佳為楊氏模數為75GPa以上。
本發明之介電體多層膜過濾器用玻璃基板較佳為拋光法之研磨速度為20μm/min以上。
本發明之介電體多層膜過濾器用玻璃基板較佳為以質量%計含有SiO2 30~60%、Al2O3 0~10%、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 3~35%、及ZrO2 0~10%。
本發明之介電體多層膜過濾器用玻璃基板較佳為將厚度換算成1mm時波長1550nm下之內部透射率為98%以上。
本發明之介電體多層膜過濾器之特徵在於：具備上述介電體多層膜過濾器用玻璃基板、及形成於介電體多層膜過濾器用玻璃基板上之介電體多層膜而成。
根據本發明，可提供一種熱膨脹係數及楊氏模數較大、且因加工性優異故可提高量產性之介電體多層膜過濾器用玻璃基板。
本發明之介電體多層膜過濾器用玻璃基板包含以質量%計含有Li2O+Na2O+K2O 5~30%、及TiO2 0~2%(其中不含2%)之非晶質玻璃。以下對將各成分之含量如此特定之理由進行說明。再者，以下關於各成分之含量之說明中，只要無特別規定，則「%」意指「質量%」。
Li2O、Na2O及K2O係提高加工性並且提高熱膨脹係數之成分。Li2O+Na2O+K2O之含量為5~30%，較佳為5~22%。若Li2O+Na2O+K2O之含量過少，則難以獲得上述效果。另一方面，若Li2O+Na2O+K2O之含量過多，則有耐候性較差之傾向。
TiO2係強化玻璃構造，使加工性降低之成分。TiO2之含量為0~2%(其中不含2%)，較佳為0~1%，更佳為0~0.5%，進而更佳為不含TiO2。
本發明之多層膜過濾器用玻璃基板亦可含有除了上述成分以外之各種成分。例如，本發明之多層膜過濾器用玻璃基板較佳為以質量%計含有SiO2 30~60%、Al2O3 0~10%、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 3~35%、及ZrO2 0~10%。以下對將各成分之含量如此特定之理由進行說明。
SiO2係構成玻璃骨架之成分，具有提高耐候性之效果。SiO2之含量較佳為30~60%，更佳為40~55%。若SiO2之含量過少，則耐候性容易降低。另一方面，若SiO2之含量過多，則加工性容易降低。又，熔融或成形容易變得困難。
Al2O3與SiO2同樣地係構成玻璃骨架之成分，具有提高耐候性之效果。尤其是抑制玻璃中溶出鹼成分之效果較高之成分。Al2O3之含量較佳為0~10%，更佳為1~8%。若Al2O3之含量過多，則加工性容易降低。又，熔融或成形容易變得困難。
MgO、CaO、BaO、SrO及ZnO係作為熔劑發揮作用而有助於熔融之成分。又，與鹼金屬氧化物同樣地具有提高加工性之效果。MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO之含量較佳為3~35%，更佳為5~34%，進而更佳為10~33%，尤佳為15~32%，最佳為20~30%。若MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO之含量過少，則加工性容易降低。另一方面，若MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO之含量過多，則耐候性容易降低。
ZrO2係維持耐候性且提高熱膨脹係數之成分。ZrO2之含量較佳為0~10%，更佳為含有1~8%。若ZrO2之含量過多，則容易失透。
除了上述成分以外，亦可含有Sb2O3等澄清劑、或用以提高楊氏模數或耐候性之Y2O3、La2O3、Nb2O5或Gd2O3等。其中，As2O3於環境方面欠佳，故而較佳為不含。
本發明之介電體多層膜過濾器用玻璃基板於-30~+70℃下之熱膨脹係數為95×10-7~130×10-7/K，較佳為100×10-7~130×10-7/K，更佳為 103×10-7~125×10-7/K。若熱膨脹係數過小，則有對介電體多層膜之壓縮應力之賦予變得不充分之傾向。其結果，有介電體多層膜過濾器之透射光中心波長之溫度依存性變大，分波精度降低之傾向。另一方面，若熱膨脹係數過大，則介電體多層膜容易自玻璃基板剝離。
再者，介電體多層膜過濾器之透射光中心波長之溫度依存性較佳為1pm/K以下。
本發明之介電體多層膜過濾器用玻璃基板之楊氏模數較佳為75GPa以上，更佳為80GPa以上。若楊氏模數過小，則有玻璃基板因自介電體多層膜受到之應力而變形之虞。
本發明之介電體多層膜過濾器用玻璃基板較佳為拋光法之研磨速度為20μm/min以上。若拋光法之研磨速度過低，則加工時間變長，生產性容易降低。又，有容易發生於玻璃基板或介電體多層膜產生非所希望之加工傷痕，或受到研磨液等腐蝕等不良情形，而良率降低之傾向。再者，拋光法之研磨速度係設為藉由後述實施例中記載之測定條件獲得者。
本發明之介電體多層膜過濾器用玻璃基板較佳為以厚度1mm換算計波長1550nm下之內部透射率為98%以上，更佳為99%以上。若內部透射率過低，則光之傳播效率容易降低。又，有因所吸收之光能而使溫度不合理地上升之虞。
本發明之介電體多層膜過濾器用玻璃基板較佳為依據JOGIS之耐水性評價中之質量減少未達0.25%，更佳為未達0.1%。
本發明之介電體多層膜過濾器用玻璃基板較佳為應變點為380℃以上。根據該構成，即便於成膜、洗淨、乾燥等各步驟進行加熱亦難以變形。
本發明之介電體多層膜過濾器之特徵在於：具備上述介電體多層膜過濾器用玻璃基板、及形成於介電體多層膜過濾器用玻璃基板上 之介電體多層膜而成。
作為構成介電體多層膜之介電體層之構成成分，可列舉SiO2、Al2O3、La2O3、TiO2、Nb2O5等。一般而言，介電體多層膜具有低折射率膜(SiO2、Al2O3等)與高折射率膜(La2O3、TiO2、Nb2O5、Ta2O5等)交替積層而成之構造。
本發明之介電體多層膜過濾器係以如下方式製作。首先，準備可製作多片目標介電體多層膜過濾器(例如2mm×2mm×1mm程度)之大小之玻璃基板。視需要對玻璃基板之成膜側之面實施研磨加工(較佳為鏡面研磨)。使用各種成膜方法，於200~300℃下，以特定之順序、特定之膜厚對玻璃基板積層介電體材料，而形成介電體多層膜。冷卻至常溫後，實施切斷加工或研磨加工，獲得特定尺寸之介電體多層膜過濾器。於進行切斷加工與研磨加工兩者之情形時，可先進行任一者。再者，為了提高介電體多層膜之均質性，亦可視需要進而進行熱處理。
作為介電體層之形成方法，可列舉濺鍍法、PVD(Physical Vapor Deposition，物理氣相沈積)法、CVD(Chemical Vapor Deposition，化學氣相沈積)法、氣溶膠沈積法、旋塗法、浸漬法、真空蒸鍍法等。其中，較佳為容易以特定之順序、並且以特定之膜厚成膜特定之膜材料之濺鍍法、CVD法、真空蒸鍍法等。
作為切斷機構，可列舉線鋸、旋轉刀切割器、水刀(water jet)、雷射切斷等。
再者，作為原料玻璃基板，較佳為使用相對較厚之玻璃基板(例如厚度10mm以上)以不會因來自介電體多層膜之應力而發生翹曲等變形。於該情形時，形成介電體多層膜後，對未形成介電體多層膜之側之面進行研磨加工直至成為所需之厚度(例如1mm左右)。此時，研磨面較佳為提高與形成有介電體多層膜之面之平行度，且設為鏡面。
[實施例]
以下，基於實施例對本發明之介電體多層膜過濾器用玻璃基板進行說明，但本發明並不限定於以下實施例。
表1中表示本發明之實施例(No.1~4)及比較例(No.5~8)。
(1)介電體多層膜過濾器用玻璃基板之製作及特性評價
以成為表1所示之玻璃組成之方式調合原料，使用鉑坩堝於1300 ~1500℃下熔融4小時。使熔融玻璃流出至碳板上，並進行退火，藉此獲得非晶質之玻璃成形體。繼而，藉由平面研磨機，使用氧化鋁粉末，對所得之玻璃成形體磨削10~20分鐘，其後，使用氧化鈰粉末拋光30~60分鐘，製作包含非晶質玻璃之介電體多層膜過濾器用玻璃基板。
對所得之玻璃基板測定熱膨脹係數、楊氏模數、研磨速度、耐水性及內部透射率。
熱膨脹係數係使用熱膨脹計，於-30~+70℃之溫度範圍內求出。
楊氏模數係使用20mm×40mm×2mm之板狀試樣，於室溫下藉由彎曲共振法測得。
拋光法之研磨速度係以如下方式測定。將25mm×30mm×1.8mm之板狀試樣保持於水平旋轉之鑄鐵製精研板之固定位置，垂直施加荷重，一面供給研磨劑一面加工，測定加工後之試樣厚度而進行評價。試驗條件如下所示。
精研荷重：37kPa
精研板之旋轉速度：110rpm
自精研板中心至板狀試樣之中心之距離：10cm
研磨劑：將1200#氧化鋁粉末與水以質量比1：20混合而成之漿料
研磨劑之供給速度：10mL/min
耐水性係依據日本光學玻璃工業會標準JOGIS「光學玻璃之化學耐久性之測定法(粉末法)06-1975」而進行。再者，評價中使用pH值調整至6.5~7.5之純水。
內部透射率係對厚度2mm及4mm之2片不同試樣使用日本分光股份有限公司製之V-670紫外可見近紅外分光光度計，測定波長1550nm下之透射率後，基於所得之測定值，由計算求出將厚度換算成1 mm時之內部透射率。
(2)結果
作為實施例之No.1~4之玻璃基板之熱膨脹係數為103×10-7/K以上、楊氏模數為78GPa以上、研磨速度為21μm/min以上、耐水性評價中之質量減少為0.13%以下、內部透射率為100%。
另一方面，作為比較例之No.5~8之玻璃基板之研磨速度較小為15μm/min以下，熱膨脹係數較小為94×10-7/K以下。

Claims (6)

  1. 一種介電體多層膜過濾器用玻璃基板，其特徵在於：包含以質量%計含有Li2O+Na2O+K2O 5~30%、及TiO2 0~2%(其中不含2%)，且-30~+70℃下之熱膨脹係數為95×10-7~130×10-7/K之非晶質玻璃。
  2. 如請求項1之介電體多層膜過濾器用玻璃基板，其中楊氏模數為75GPa以上。
  3. 如請求項1或2之介電體多層膜過濾器用玻璃基板，其中拋光法之研磨速度為20μm/min以上。
  4. 如請求項1至3中任一項之介電體多層膜過濾器用玻璃基板，其以質量%計含有SiO2 30~60%、Al2O3 0~10%、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 3~35%、及ZrO2 0~10%。
  5. 如請求項1至4中任一項之介電體多層膜過濾器用玻璃基板，其中將厚度換算成1mm時波長1550nm下之內部透射率為98%以上。
  6. 一種介電體多層膜過濾器，其特徵在於：具備如請求項1至5中任一項之介電體多層膜過濾器用玻璃基板、及形成於上述介電體多層膜過濾器用玻璃基板上之介電體多層膜而成。
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