波长渐变膜的设计与制备

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)新美亚科技(深圳)有限公司 作者:刘思用

  基于实际使用中的需求,使用磁控溅射的方法,在50 G 窄带光学膜的基础上,通过使用挡板遮挡,在玻璃上镀制不同厚度的膜层,在不同物理位置实现中心波长渐变的50 G 窄带光学膜。

  光学薄膜是现代光学器件的重要组成部分,它通过在各种光学材料的表面镀上一层和多层膜,利用光的干涉效应改变透射光或反射光的偏振、相位及能量。

  光学薄膜器件广泛地应用于光通信网络中,随着信息时代的到来、国际互联网和各种信息业务迅速发展,尤其是视频和语音等多媒体业务的发展,对光纤通信网络带宽和容量的需求越来越高,对光学薄膜的设计和工艺也提出越来越高的要求。

  窄带光学膜广泛应用于光通讯DWDM,以及光纤干路中的检测监控,设计和工艺相对比较成熟。但是,目前的光学薄膜多基于在基底上均匀镀制膜层,整个基底上的各个部分的光学性能几乎一致,很少见在同一基底上同时镀制不同光谱性能薄膜的研究和报道。

  随着光通讯的发展,通讯干路中包含的信息容量以及光频道越来越多,如果使用普通的光学薄膜, 需要每个通道使用一个光学薄膜以及配套的光学器件, 但是波长渐变膜只需要一套器件就可以实现在干路中同时检测多达40 个频道的光信号,节省了大量的空间以及器件。

  波长渐变膜是指薄膜通带的中心波长从中心向边缘逐渐变大,基于普通的50 G 窄带,通过膜层厚度的空间渐变来实现中心波长的空间变化。一般使用具有固定轮廓的掩模板,基片靠近掩模板并相对于掩模板旋转,基片不同半径处相对于溅射源的张角不同,得到不同的平均沉积速率。

  本文介绍了波长渐变膜的设计方法和光学性能,使用自制的掩模板和掩模板切换装置,在磁控溅射机内镀制波长渐变膜的工艺过程并分析结果。

  1、波长渐变膜的设计和光学性能

  根据使用需求,波长渐变膜需要包含40 个通道,每个通道的光谱性能要求如表1:

表1 波长渐变膜各通道的光学性能

波长渐变膜的设计与制备

  其光谱曲线示意图如图1 所示(仅标出其中的几个通道作为示例)。

波长渐变膜的设计与制备

图1 波长渐变膜不同频道的光谱性能

  波长渐变膜在基片半径方向的结构如图2所示:

波长渐变膜的设计与制备

图2 波长渐变膜在基片半径方向的结构

  本文在双面抛光的玻璃上镀膜,一面为波长渐变膜,另一面为增透膜。增透膜反射率<-38 dB,因增透膜工艺已经很成熟,且多见于报道,本文不作详述。

  本文使用基于Matlab 编程的TFO 设计软件,参考50 G 窄带的设计,以玻璃为基底,使用SiO2和Ta2O5/Nb2O5 为高低折射率材料,图3 是一个设计实例:

波长渐变膜的设计与制备

图3 用于波长渐变膜的50G 窄带膜系设计

  用该设计模拟的薄膜光谱性能如图4 所示。

波长渐变膜的设计与制备

图4 50 G 窄带设计的模拟光谱曲线

  5、结论

  介绍了波长渐变膜的光学性能和设计方法,镀膜工艺,测量方法。使用自行设计的掩模板和掩模板切换装置,在高真空环境下镀制了波长渐变膜。测量结果表明,这种技术制备的波长渐变膜符合设计要求,能满足市场需求。

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