一种光纤侧面均匀镀膜掩膜装置及其镀膜方法

技术领域

本申请涉及光纤镀膜加工技术领域，尤其涉及一种光纤侧面均匀镀膜掩膜装置及其镀膜方法。

背景技术

光纤是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具，基于它的通信容量大、中继距离长、不受电磁干扰、重量轻体积小的优点，在通信方面得到了广泛的应用。

某些信号探测或传输应用需要光纤具有一定的光反射能力，为了使光纤具备光反射能力，常规的作法是在光纤表面镀膜。实现光纤镀膜的一个关键问题是在镀膜室中使用固定光纤的工具。大多数光纤在镀膜时必须缠绕成卷并且封装在该工具中，因此使光纤处于无应力状态是最重要的。

现有技术中用于光纤镀膜手段主要包括：1、光纤化学镀；2、物理气相沉积法；3、磁控溅射法等。而化学镀需要专用设备，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。磁控溅射工艺重复性好，薄膜纯度高，膜厚均匀，附着力好。磁控溅射技术作为一种十分有效的薄膜沉积方法，被普遍和成功地应用于许多方面，特别是在微电子、光学薄膜和材料表面处理领域中，用于薄膜沉积和表面覆盖层制备。

目前，现有的磁控溅射设备大多都是专门用于基底是平面且大小比较固定的光学镀膜，不适用于光纤圆柱体表面镀膜。随着光纤器件的研究与发展，在光纤上镀膜的材料种类多种多样，工艺复杂度也不断加大。为了满足镀膜顺序和镀膜结构设计的需要，光纤在镀膜时不仅要实现自旋转，而且实现掩膜工艺，需要设计相应的镀膜旋转掩膜夹具。现有技术公开了一种可用于在光纤侧面上镀膜的旋转夹具，该装置的不足之处在于装置昂贵，并且体积较大(磁控溅射仪镀膜盘直径125左右，其有效镀膜直径75左右)；此外，在真空状态下也不能实现光纤掩膜工艺，需要多次破坏真空实验环境，进而影响镀膜质量。为此，本发明提出一种光纤侧面均匀镀膜掩膜装置及其镀膜方法。

发明内容

本申请实施例提供了一种光纤侧面均匀镀膜掩膜装置及其镀膜方法，其结构简单、体积小，并且具有单独封闭结构，即使在镀膜过程中出现故障也不会影响镀膜腔室内的真空环境，进而保证镀膜质量。

本申请第一方面提供了一种光纤侧面均匀镀膜掩膜装置，包括：机架；

所述机架包括底板和位于所述底板两侧的左侧板和右侧板；

所述左侧板与所述右侧板之间设置有滑动轴；

所述滑动轴上滑动连接有滑动平台；

所述滑动平台上开设有用于将所述滑动平台固定在所述滑动轴上的第一螺丝孔；

所述左侧板上固定有第一驱动电机；

所述滑动平台上固定有与所述第一驱动电机相对应的第二驱动电机；

所述第一驱动电机与所述第二驱动电机相向设置；

所述第一驱动电机和所述第二驱动电机分别驱动连接有一个用于固定光纤的夹持组件；

所述夹持组件上设置有导向管；

所述第一驱动电机与所述第二驱动电机之间间隔设置有第一掩膜块和第二掩膜块；

所述第一掩膜块、所述第二掩膜块、所述第一驱动电机以及所述第二驱动电机位于同一条直线上；

所述第一掩膜块和所述第二掩膜块上均设置有用于穿过光纤的掩膜穿孔。

可选地，所述夹持组件包括套筒和压盖；

所述套筒上开设有用于压接光纤的V型槽；

所述压盖上设置有与所述V型槽形状相匹配的压接部；

所述压盖与所述套筒转动连接，并通过第一螺钉固定；

所述导向管设置在所述V型槽内，且所述导向管位于所述压盖的前侧。

可选地，所述第一驱动电机的数量为多个；

多个所述第一驱动电机间隔固定在所述左侧板上；

所述第一掩膜块、所述第二掩膜块和所述第二驱动电机的数量均与所述第一驱动电机的数量相等，且一一对应。

可选地，所述左侧板与所述右侧板之间设置有支撑轴；

所述第一掩膜块和所述第二掩膜块均与所述支撑轴滑动连接；

所述第一掩膜块和所述第二掩膜块上均开设有用于固定于所述支撑轴的第二螺丝孔。

可选地，还包括：控制器；

所述第一驱动电机和所述第二驱动电机均与所述控制器电连接。

可选地，所述第一驱动电机和所述第二驱动电机均为真空步进减速电机。

可选地，所述机架底部设置有用于与真空镀膜仪器连接的固定孔。

可选地，所述机架的材质为不锈钢。

本申请第二方面提供了一种光纤侧面均匀镀膜方法，基于上述的光纤侧面均匀镀膜掩膜装置实现，该方法包括：将光纤侧面均匀镀膜掩膜装置固定在镀膜盘上，并放置于镀膜仪器腔室内；

将去外保护层的光纤穿过所述导向管和所述掩膜穿孔，并通过所述夹持组件将所述光纤固定；

设置所述第一驱动电机和所述第二驱动电机的转速；然后进行抽真空，待达到试验要求的条件后，启动所述第一驱动电机和所述第二驱动电机，通过所述第一驱动电机和所述第二驱动电机带动所述夹持组件转动，使固定在所述夹持组件上的所述光纤随着所述夹持组件的旋转一起自转；最后根据镀膜要求，设置溅射镀膜仪器参数对光纤圆柱侧面进行均匀镀膜。

可选地，所述第一驱动电机和所述第二驱动电机的转速为0～30r/min。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：本装置结构简单、体积小，通过将光纤穿过导向管和掩膜穿孔后固定，并由第一驱动电机和第二驱动电机驱动夹持组件旋转，使光纤随着夹持组件的旋转一起自转，可以对光纤圆柱侧面均匀地镀单层或多层膜以及不同分层结构的膜层，并且本装置由机架、第一驱动电机、第二驱动电机、夹持组件、第一掩膜块以及第二掩膜块构成单独封闭结构，即使在镀膜过程中出现故障也不会影响镀膜腔室内的真空环境，进而保证镀膜质量，同时通过设置滑动轴和滑动平台，可动态调整待镀膜光纤的长度。

附图说明

图1为本申请实施例中光纤侧面均匀镀膜掩膜装置的结构示意图；

图2为本申请实施例中夹持组件的结构示意图；

其中，附图标记为：

1-导向管，2-滑动轴，3-压盖，4-第一驱动电机，5-滑动平台，6-支撑轴，7-机架，8-掩膜穿孔，9-第三螺钉，10-第二螺钉，11-第二驱动电机，12-第一螺钉，13-第四螺钉，14-第一掩膜块，15-套筒，16-第二掩膜块。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请提供了一种光纤侧面均匀镀膜掩膜装置的一个实施例，具体请参阅图1。

本实施例中的光纤侧面均匀镀膜掩膜装置包括：机架7，机架7包括底板和位于底板两侧的左侧板和右侧板，左侧板与右侧板之间设置有滑动轴2，滑动轴2上滑动连接有滑动平台5，滑动平台5上开设有用于将滑动平台5固定在滑动轴2上的第一螺丝孔，左侧板上固定有第一驱动电机4，滑动平台5上固定有与第一驱动电机4相对应的第二驱动电机11，第一驱动电机4与第二驱动电机11相向设置，第一驱动电机4和第二驱动电机11分别驱动连接有一个用于固定光纤的夹持组件，夹持组件上设置有导向管1；第一驱动电机4与第二驱动电机11之间间隔设置有第一掩膜块14和第二掩膜块16，第一掩膜块14、第二掩膜块16、第一驱动电机4以及第二驱动电机11位于同一条直线上，第一掩膜块14和第二掩膜块16上均设置有用于穿过光纤的掩膜穿孔8。

需要说明的是：本装置结构简单、体积小，通过将光纤穿过导向管1和掩膜穿孔8后固定，并由第一驱动电机4和第二驱动电机11驱动夹持组件旋转，使光纤随着夹持组件的旋转一起自转，可以对光纤圆柱侧面均匀地镀单层或多层膜以及不同分层结构的膜层，并且本装置由机架7、第一驱动电机4、第二驱动电机11、夹持组件、第一掩膜块14以及第二掩膜块16构成单独封闭结构，即使在镀膜过程中出现故障也不会影响镀膜腔室内的真空环境，进而保证镀膜质量，同时通过设置滑动轴2和滑动平台5，可动态调整待镀膜光纤的长度。

以上为本申请实施例提供的一种光纤侧面均匀镀膜掩膜装置的实施例一，以下为本申请实施例提供的一种光纤侧面均匀镀膜掩膜装置的实施例二，具体请参阅图1和图2。

本实施例中的光纤侧面均匀镀膜掩膜装置包括：机架7，机架7包括底板和位于底板两侧的左侧板和右侧板，左侧板与右侧板之间设置有滑动轴2，滑动轴2上滑动连接有滑动平台5，可以动态调整滑动平台5的位置，进而实现动态调整待镀膜光纤的长度；滑动平台5上开设有用于将滑动平台5固定在滑动轴2上的第一螺丝孔，具体的，滑动平台5通过第二螺钉10固定在滑动轴2上；左侧板上固定有第一驱动电机4，滑动平台5上固定有与第一驱动电机4相对应的第二驱动电机11，第一驱动电机4与第二驱动电机11相向设置，第一驱动电机4和第二驱动电机11分别驱动连接有一个用于固定光纤的夹持组件，具体的，第一驱动电机4和第二驱动电机11的输出轴均通过第四螺钉13与夹持组件固定连接，夹持组件上设置有导向管1；第一驱动电机4与第二驱动电机11之间间隔设置有第一掩膜块14和第二掩膜块16，第一掩膜块14、第二掩膜块16、第一驱动电机4以及第二驱动电机11位于同一条直线上，第一掩膜块14和第二掩膜块16上均设置有用于穿过光纤的掩膜穿孔8。

夹持组件包括套筒15和压盖3，套筒15上开设有用于压接光纤的V型槽，压盖3上设置有与V型槽形状相匹配的压接部，压盖3与套筒15转动连接，并通过第一螺钉12固定；导向管1设置在V型槽内，且导向管1位于压盖3的前侧。使用时，光纤先穿过导向管1保持水平，再通过拧紧第一螺钉12实现压接部对光纤固定，使用方便。

第一驱动电机4的数量可以为多个，多个第一驱动电机4间隔固定在左侧板上，第一掩膜块14、第二掩膜块16和第二驱动电机11的数量均与第一驱动电机4的数量相等，且一一对应。可以理解的是，通过设置多个第一驱动电机4、第一掩膜块14、第二掩膜块16和第二驱动电机11，可实现单次多根光纤同步均匀镀膜。

左侧板与右侧板之间设置有支撑轴6，第一掩膜块14和第二掩膜块16均与支撑轴6滑动连接；第一掩膜块14和第二掩膜块16上均开设有用于固定于支撑轴6的第二螺丝孔。具体的，第一掩膜块14和第二掩膜块16通过第三螺钉9固定在支撑轴6上。

需要说明的是：根据镀膜工艺的需要，可自行调整第一掩膜块14和第二掩膜块16之间的距离，第一掩膜块14和第二掩膜块16之间的光纤即为镀膜光纤段，因此，可以通过滑动第一掩膜块14和第二掩膜块16来动态调节镀膜的长度，使用方便。

还包括：控制器，第一驱动电机4和第二驱动电机11均与控制器电连接。第一驱动电机4和第二驱动电机11均可以为真空步进减速电机，其电压为1.5～6V，转速为0～30r/min。

需要说明的是：如果第一驱动电机4和第二驱动电机11的转速差别过大，可能造成光纤在镀膜过程中扭断，进而会导致镀膜失败。为了防止光纤在旋转镀膜时因承受力而造成中断从而影响镀膜质量，需保证第一驱动电机4和第二驱动电机11的转速一致，因此，将同一对第一驱动电机4和第二驱动电机11连接在同一个控制器上，通过控制器同时控制电机的启动与暂停，同时，第一驱动电机4和第二驱动电机11采用完全相同的步进电机，保证其转速一致。

机架7底部设置有用于与真空镀膜仪器连接的固定孔，通过使用固定件可以将机架7固定在不同的真空镀膜仪器上。具体的，机架7的材质可以为不锈钢。

本申请还提供了一种光纤侧面均匀镀膜方法，该方法基于上述的光纤侧面均匀镀膜掩膜装置实现，方法具体包括：将光纤侧面均匀镀膜掩膜装置固定在镀膜盘上，并放置于镀膜仪器腔室内；

将去外保护层的光纤穿过导向管1和掩膜穿孔8，并通过夹持组件将光纤固定；

设置第一驱动电机4和第二驱动电机11的转速，然后进行抽真空，待达到试验要求的条件后，启动第一驱动电机4和第二驱动电机11，通过第一驱动电机4和第二驱动电机11带动夹持组件转动，使固定在夹持组件上的光纤随着夹持组件的旋转一起自转，最后根据镀膜要求，设置溅射镀膜仪器参数对光纤圆柱侧面进行均匀镀膜。可以理解的是，镀膜仪器除磁控溅射仪外，也可用真空蒸镀或离子镀膜仪替代。

具体实施时，在镀膜前，先将机架7与真空镀膜机腔室内的镀膜盘通过螺栓固定，光纤一端穿过左侧夹持组件上的导向管1，并通过压盖3压紧，另一端依次穿过第一掩膜块14和第二掩膜块16上的掩膜穿孔8以及右侧夹持组件上的导向管1，并通过压盖3压紧。滑动平台5可在滑动轴2上移动，在镀膜中可以通过调节滑动平台5在滑动轴2上的位置选择待镀膜光纤的长度，然后通过第二螺钉10固定滑动平台5，此时光纤处于水平无应力状态。第一掩膜块14和第二掩膜块16可以在支撑轴6上左右滑动，根据镀膜工艺的需要，可自行调整第一掩膜块14和第二掩膜块16之间的距离，第一掩膜块14和第二掩膜块16之间的光纤即为镀膜光纤段。镀膜工艺参数确定后，调节第一掩膜块14和第二掩膜块16的位置，并通过第三螺钉9固定第一掩膜块14和第二掩膜块16，最后将整个装置放入真空镀膜机的腔室，真空度达到实验要求后进行光纤侧面镀膜。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。