一种CWDM滤光片的制作方法

技术领域

本发明实施例涉及光学通讯技术领域，尤其涉及一种CWDM滤光片的制作方法。

背景技术

随着信息时代的到来，人们对光通信带宽的需求日益剧增，增加光路带宽的方法有两种：一是提高光纤的单信道传输速率；二就是增加单光纤中传输的波长数，即WDM(Wavelength Division Multiplexing，采用波分复用)技术。

目前，BMAN(Broadband Metropolitan Area Network，宽带城域网)正成为信息化建设的热点，DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing，密集波分复用)的巨大带宽和传输数据的透明性，无疑是当今光纤应用领域的首选技术。然而，MAN(MetropolitanArea Network，城域网)等具有传输距离短、拓扑灵活和接入类型多等特点，如照搬用于长途传输的DWDM，必然成本过高；同时早期DWDM对MAN等的灵活多样性也难以适应。面对这种低成本城域范围的宽带需求，CWDM(Coarse wavelength division multiplexing，稀疏波分复用，也称粗波分复用)技术应运而生，并很快成为一种实用性的设备。

CWDM是一种面向城域网接入层的低成本WDM传输技术。从原理上讲，CWDM技术就是利用光复用器将不同波长的光信号复用至单根光纤进行传输，然后在链路的接收端，又借助光静复用器将光纤中的混合信号分解为不同波长的信号，最后连接到相应的接收设备。

其中，CWDM滤光片是区分不同波长的一个重要器件，是利用精密光学镀膜技术在光学基片上交替镀上高、低折射率的光学薄膜，能实现1217nm波段、1291nm波段、1311nm波段、1331nm波段、1351nm波段、1371nm波段高透，其余波段截止。

现有技术中的CWDM滤光片通过溅射镀膜机，使用高、低折射率材料通过不同膜层交替堆加达到效果。一般使用的高折射率材料有Ti3O5、Nb2OB、Ta2O5等，而低折射率材料则有SiO2等。然而，CWDM滤光片现有的膜系层，使用的高折射率材料为Ta2O5，该材料有以下三个缺点：

第一，Ta2O5折射率较低，给膜系理论设计带来了较大的困难；

第二，膜层较厚、为了实现光学功能，设计膜层达到了150多层，镀膜耗时长，设备运行成本高；

第三，材料贵，Ta2O5要用到较昂贵的Ta靶材。

因此，如果可以研制出一种有着更高的折射率、膜层设计更少、成本更低的CWDM滤光片，将很好地解决上述所有的问题和缺点，开拓科研领域，服务信息生活，其市场前景也将会很可观。

发明内容

本发明提供一种CWDM滤光片的制作方法，以解决现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：

一种CWDM滤光片的制作方法，所述方法包括：

S1、提供基片、低折射率靶材以及高折射率靶材，所述高折射率靶材为硅铝靶；

S2、在所述基片的表面镀制低折射率膜层；

S3、通过中频溅射镀膜的方式将所述硅铝靶溅射至所述基片的表面，并在溅射过程中向所述硅铝靶充入氢气，从而在所述基片的表面镀制高折射率膜层，所述高折射率膜层为SiH膜层；

S4、依次交替重复以上步骤S2、S3，直至镀制出目标层数。

进一步地，所述CWDM滤光片的制作方法中，所述步骤S2包括：

S21、通过低频溅射镀膜的方式将所述低折射率靶材溅射至所述基片的表面，在溅射过程中向所述低折射率靶材充入氩气，并采用离子源辅助；

S22、向所述低折射率靶材充入氧气，以在所述基片的表面镀制低折射率膜层。

进一步地，所述CWDM滤光片的制作方法中，所述低折射率靶材为纯硅靶。

进一步地，所述CWDM滤光片的制作方法中，所述低折射率膜层为SiO2膜层。

进一步地，所述CWDM滤光片的制作方法中，所述基片为具有高透射率的D263T或K9玻璃。

进一步地，所述CWDM滤光片的制作方法中，所述目标层数为60～100层。

进一步地，所述CWDM滤光片的制作方法中，所述目标层数为83层。

进一步地，所述CWDM滤光片的制作方法中，83层所述目标层数中的奇数层中，第1、5、9、11、19、67、71、79层的厚度为222.84nm，第3、8层的厚度为445.68nm，第13、15、17、21、23、25、27、29、31、33、35、37、39、41、43、45、47、49、51、53、55、57、59、61、63、65、69、73、75层的厚度为668.52nm，第7、77层的厚度为1337.04nm，第83层的厚度为150.42nm。

进一步地，所述CWDM滤光片的制作方法中，83层所述目标层数中的偶数层中，第2、4、6、8、10、16、22、28、34、40、46、52、58、64、70、76、78、80层的厚度为97.53nm，第12、18、24、30、36、42、48、54、60、66、72层的厚度为195.07nm，第14、20、26、32、38、44、50、56、62、68、74层的厚度为292.6nm，第82层的厚度为86.61nm。

进一步地，所述CWDM滤光片的制作方法中，所述步骤S3中，所述中频溅射镀膜采用的频率为20～60KHZ。

本发明实施例提供的一种CWDM滤光片的制作方法，通过中频溅射镀膜的方式在基片的表面镀制高折射率的SiH膜层，与现有技术中的Ta2O5膜层相比，不仅有着更高的折射率，膜层设计更容易，镀膜时间更短，而且原材料的成本低，易于量产，可以使CWDM滤光片的光学性能更好，具有较高的推广应用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的CWDM滤光片的制作方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的CWDM滤光片的制作方法的流程示意图；

图3是本发明实施例提供的CWDM滤光片的制作方法的镀膜过程示意图；

图4是本发明实施例提供的CWDM滤光片的制作方法中溅射镀膜的原理图。

具体实施方式

为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。当一个组件被认为是“设置在”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中设置的组件。

此外，术语“长”“短”“内”“外”等指示方位或位置关系为基于附图所展示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有此特定的方位、以特定的方位构造进行操作，以此不能理解为本发明的限制。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

有鉴于CWDM滤光片现有的膜系层存在的缺陷，本申请人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以希望创设能够避免现有技术中缺陷的CWDM滤光片，使得CWDM滤光片更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

请参考图1～2，本发明实施例提供一种CWDM滤光片的制作方法，所述方法包括如下步骤：

S1、提供基片、低折射率靶材以及高折射率靶材，所述高折射率靶材为硅铝靶。

需要说明的是，所述低折射率靶材为纯硅靶；所述基片为D263T或K9等在1271波段具有高透射率的玻璃。

S2、在所述基片的表面镀制低折射率膜层。

需要说明的是，所述低折射率膜层为SiO2膜层。

优选的，所述步骤S2具体包括如下步骤：

S21、通过低频溅射镀膜的方式将所述低折射率靶材溅射至所述基片的表面，在溅射过程中向所述低折射率靶材充入氩气，并采用离子源辅助；

S22、向所述低折射率靶材充入氧气，以在所述基片的表面镀制低折射率膜层。

具体的，当转到低折射率靶材室时，采用从上往下中频溅射镀膜的方式，其中，溅射源在上，基片在下；镀膜时基片以180圈/min的速度垂直于溅射方向顺时针旋转。通过低频溅射的方式镀膜，充入氩气采用离子源辅助并电离氩气产生电子使成膜启动，再充入氧气与溅射出的硅膜层反应在基片的表面形成SiO2膜层。

S3、通过中频溅射镀膜的方式将所述硅铝靶溅射至所述基片的表面，并在溅射过程中向所述硅铝靶充入氢气，从而在所述基片的表面镀制高折射率膜层，所述高折射率膜层为SiH膜层。

需要说明的是，此步骤中，所述中频溅射镀膜采用的频率在20～60KHZ之间，比如可以是40KHZ。

具体的，当转到高折射率靶材室时，采用从上往下中频溅射镀膜的方式，其中，溅射源在上，基片在下；镀膜时基片以180圈/min的速度垂直于溅射方向顺时针旋转。通过中频(40KHZ)溅射的方式镀膜，在硅铝靶溅射过程中向硅铝靶直接充入氢气反应得到带铝(硅铝含量比例40：1)的高折射率SiH膜层；由于没有采用离子源冲氢气反应，SiH膜层不需要开离子源辅助成膜，应力降低，变形量减少，得到的SiH材料可见光波段可达到5以上，红外800-1000nm波段折射率在3.5以上，在红外1100-1500nm波段，折射率在3左右，折射率透过带宽，性能适合量产。

S4、依次交替重复以上步骤S2、S3，直至镀制出目标层数。

需要说明的是，现有技术中设计的CWDM滤光片的高折射率材料是Ta2O5(五氧化二钽)、低折射率材料是SiO2(二氧化硅)，设计出的膜层层数多达150多层，而本实施例通过采用SiH(氢化硅)来代替Ta2O5，可配合SiO2设计出一个膜层层数少、峰值插入损耗低、平坦度低的膜系层；具体的，用采SiH代替Ta2O5设计出的膜层层数少了近一半，仅为60～100层，本实施例以83层为例，经OSA光学测量仪光以0度角垂直入射时，中心波长在1271nm，通带范围在1264.6～1278.4nm，隔离带在1250～1258nm和1283～1638nm，峰值插入损耗为0.05db，通带内反射隔离为24db，通带内传输隔离为48db。

优选的，按照设计膜层分布，用物理气相沉积方式，将每一层镀制到设计的厚度，具体如下：

奇数层中，第1、5、9、11、19、67、71、79层的厚度为222.84nm，第3、8层的厚度为445.68nm，第13、15、17、21、23、25、27、29、31、33、35、37、39、41、43、45、47、49、51、53、55、57、59、61、63、65、69、73、75层的厚度为668.52nm，第7、77层的厚度为1337.04nm，第83层的厚度为150.42nm。

偶数层中，第2、4、6、8、10、16、22、28、34、40、46、52、58、64、70、76、78、80层的厚度为97.53nm，第12、18、24、30、36、42、48、54、60、66、72层的厚度为195.07nm，第14、20、26、32、38、44、50、56、62、68、74层的厚度为292.6nm，第82层的厚度为86.61nm。

请参考图3，图3是本发明提供方法的镀膜过程示意图。图中：A为阴极(负极)中频溅射，B为靶材(硅铝靶)，C为反应气体离子，D为靶材的粒子，E为自由电子，F为沉积镀层，G为基材，H为基材固定器和阳极(正极)。

请参考图4，图4是本发明提供方法中溅射镀膜的原理图。溅射镀膜就是在真空中利用荷能粒子轰击靶表面，使被轰击出的粒子沉积在基片上的技术。通常，利用低压惰性气体辉光放电来产生入射离子。阴极靶由镀膜材料制成，基片作为阳极，真空室中通入0.1-10Pa的氩气(Ar2)或其它惰性气体，在阴极(靶)1-3KV直流负高压或13.56MHz的射频电压作用下产生辉光放电。电离出的氩离子轰击靶表面，使得靶原子溅出并沉积在基片上，形成镀层(例如Si)，再充入氧气进行氧化形成(例如SiO2)薄膜。

尽管本申请中较多的使用了诸如基片、膜系层、低折射率膜层、高折射率膜层等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

本发明实施例提供的一种CWDM滤光片的制作方法，通过中频溅射镀膜的方式在基片的表面镀制高折射率的SiH膜层，与现有技术中的Ta2O5膜层相比，不仅有着更高的折射率，膜层设计更容易，镀膜时间更短，而且原材料的成本低，易于量产，可以使CWDM滤光片的光学性能更好，具有较高的推广应用价值。

至此，以说明和描述的目的提供上述实施例的描述。不意指穷举或者限制本公开。特定的实施例的单独元件或者特征通常不受到特定的实施例的限制，但是在适用时，即使没有具体地示出或者描述，其可以互换和用于选定的实施例。在许多方面，相同的元件或者特征也可以改变。这种变化不被认为是偏离本公开，并且所有的这种修改意指为包括在本公开的范围内。

提供示例实施例，从而本公开将变得透彻，并且将会完全地将该范围传达至本领域内技术人员。为了透彻理解本公开的实施例，阐明了众多细节，诸如特定零件、装置和方法的示例。显然，对于本领域内技术人员，不需要使用特定的细节，示例实施例可以以许多不同的形式实施，而且两者都不应当解释为限制本公开的范围。在某些示例实施例中，不对公知的工序、公知的装置结构和公知的技术进行详细地描述。

在此，仅为了描述特定的示例实施例的目的使用专业词汇，并且不是意指为限制的目的。除非上下文清楚地作出相反的表示，在此使用的单数形式“一个”和“该”可以意指为也包括复数形式。术语“包括”和“具有”是包括在内的意思，并且因此指定存在所声明的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或额外地具有一个或以上的其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。除非明确地指示了执行的次序，在此描述的该方法步骤、处理和操作不解释为一定需要按照所论述和示出的特定的次序执行。还应当理解的是，可以采用附加的或者可选择的步骤。

当元件或者层称为是“在……上”、“与……接合”、“连接到”或者“联接到”另一个元件或层，其可以是直接在另一个元件或者层上、与另一个元件或层接合、连接到或者联接到另一个元件或层，也可以存在介于其间的元件或者层。与此相反，当元件或层称为是“直接在……上”、“与……直接接合”、“直接连接到”或者“直接联接到”另一个元件或层，则可能不存在介于其间的元件或者层。其他用于描述元件关系的词应当以类似的方式解释(例如，“在……之间”和“直接在……之间”、“相邻”和“直接相邻”等)。在此使用的术语“和/或”包括该相关联的所罗列的项目的一个或以上的任一和所有的组合。虽然此处可能使用了术语第一、第二、第三等以描述各种的元件、组件、区域、层和/或部分，这些元件、组件、区域、层和/或部分不受到这些术语的限制。这些术语可以只用于将一个元件、组件、区域或部分与另一个元件、组件、区域或部分区分。除非由上下文清楚地表示，在此使用诸如术语“第一”、“第二”及其他数值的术语不意味序列或者次序。因此，在下方论述的第一元件、组件、区域、层或者部分可以采用第二元件、组件、区域、层或者部分的术语而不脱离该示例实施例的教导。

空间的相对术语，诸如“内”、“外”、“在下面”、“在……的下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，在此可出于便于描述的目的使用，以描述如图中所示的一个元件或者特征和另外一个或多个元件或者特征之间的关系。空间的相对术语可以意指包含除该图描绘的取向之外该装置的不同的取向。例如如果翻转该图中的装置，则描述为“在其他元件或者特征的下方”或者“在元件或者特征的下面”的元件将取向为“在其他元件或者特征的上方”。因此，示例术语“在……的下方”可以包含朝上和朝下的两种取向。该装置可以以其他方式取向(旋转90度或者其他取向)并且以此处的空间的相对描述解释。