專(zhuān)利名稱：具有負(fù)溫度漂移系數(shù)的薄膜濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種薄膜濾波器的制作方法，尤其是關(guān)于一種具負(fù)溫度漂移系數(shù)的薄膜濾波器的制作方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，薄膜濾波器常用于光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的信號(hào)處理或光學(xué)傳輸。濾波器用于選擇特定波長(zhǎng)的光信號(hào)。薄膜濾波器可與自聚焦(Gradient Refractive Index，GRIN)透鏡及光纖共同構(gòu)成一密集波分復(fù)用(Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM)裝置。請(qǐng)參閱圖5，是一八信道濾波器型密集波分復(fù)用裝置的工作原理示意圖，其中入射光λ1、λ2…λ8入射到濾波器1，其允許具特定的波長(zhǎng)的入射光λ1通過(guò)，而入射光λ2…λ8被反射到濾波器2，其允許具特定的波長(zhǎng)的入射光λ2通過(guò)，其余入射光被反射到濾波器3，濾波器3允許入射光λ3通過(guò)，同理，濾波器4、5、6、7、8分別允許入射光λ4、λ5、λ6、λ7、λ8通過(guò)，從而實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用的功能。理想狀況下，一濾波器只可用于傳輸具有單一波長(zhǎng)的特定光信號(hào)；實(shí)際上，一個(gè)濾波器有一定的通帶寬度，密集波分復(fù)用裝置的信道越多，每一濾波器的通帶寬度要求越窄。
為得到較窄的通帶寬度，通常在玻璃基片上沉積更多的膜層，在該基片上形成一膜堆。然，沉積更多的膜層必然會(huì)增加膜堆承受的內(nèi)應(yīng)力。若膜堆承受的張應(yīng)力愈多，該膜堆內(nèi)的原子結(jié)構(gòu)將愈趨于松散。膜堆內(nèi)的膜層界面用以對(duì)入射光信號(hào)進(jìn)行選擇性反射，其可分離具不同波長(zhǎng)的光信號(hào)。膜堆內(nèi)較松散的原子結(jié)構(gòu)將降低界面反射率，因此在膜堆內(nèi)的張應(yīng)力將加寬通帶寬度。反之，膜堆承受的壓應(yīng)力越大，濾波器的通帶寬度會(huì)越窄。
可以通過(guò)設(shè)計(jì)鍍膜工藝來(lái)減少在室溫下(23℃)的通帶寬度漂移。薄膜濾波器的工作溫度范圍在-5℃到70℃之間，在此溫度范圍內(nèi)，該濾波器承受的應(yīng)力與溫度大致成線性關(guān)系。圖2表示一濾波器在室溫下的通帶寬度，即溫度在23℃時(shí)中心波長(zhǎng)λc的通帶寬度為Wc。Alcatel的1915 LMI 10mw波分復(fù)用器中薄膜濾波器有一正溫度漂移系數(shù)，為1pm/℃。圖3表示Alcatel的1915 LMI的通帶寬度隨溫度的變化，其中，中心波長(zhǎng)λc在70℃時(shí)通帶寬度為W1，中心波長(zhǎng)λc在-5℃時(shí)通帶寬度為W2。當(dāng)1915 LMI的工作溫度從23℃升到70℃時(shí)，通帶寬度將增加47pm；當(dāng)溫度從23℃降到-5℃時(shí)，如圖3所示，通帶寬度將減小28pm。顯然，工作溫度波動(dòng)及其所引起的通帶寬度漂移是不可避免的，所以理想狀況為由溫度波動(dòng)引起的通帶寬度減小的幾率比通帶寬度增加的幾率大。因此，發(fā)明一具有負(fù)溫度漂移系數(shù)的薄膜濾波器實(shí)屬必要。
在幾乎所有的現(xiàn)有技術(shù)中，用于密集波分復(fù)用器的薄膜濾波器有一正溫度漂移系數(shù)。由于薄膜濾波器的膜堆與基片是由具有不同熱膨脹系數(shù)(Cofficient of Thermal Expansion，CTE)的材料組成，故工作溫度波動(dòng)將影響薄膜濾波器的應(yīng)力狀況。如圖1A所示，在大致高于室溫的溫度條件下將膜堆11沉積在基片12上，且該膜堆11的熱膨脹系數(shù)比基片12的熱膨脹系數(shù)高，所以當(dāng)冷卻到室溫時(shí)，該膜堆11收縮比基片12大，因此，形成一大致下凹的形變。如此該膜堆11承受一張應(yīng)力且通帶寬度隨溫度的升高而增加，因而當(dāng)溫度升高時(shí)更易引起串?dāng)_。在切割操作中膜堆11承受的張應(yīng)力也有害，因其致使膜堆11變脆，在切割時(shí)更易損壞膜堆11。此外，膜堆11承受過(guò)大的張應(yīng)力，當(dāng)其超過(guò)膜堆11與基片12間的附著強(qiáng)度時(shí)，將導(dǎo)致膜堆11從基片12上剝落。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種具有負(fù)溫度漂移系數(shù)的薄膜濾波器的制作方法，該濾波器在切割操作過(guò)程中，其膜堆內(nèi)分布有壓應(yīng)力。
本發(fā)明具有負(fù)溫度漂移系數(shù)的薄膜濾波器的制作方法包括如下步驟第一步準(zhǔn)備一由玻璃基片與膜堆組成的薄片，其中該基片的熱膨脹系數(shù)大于該膜堆材料的熱膨脹系數(shù)；第二步將該薄片放置在一目標(biāo)位置，使用至少一離子源，用高能離子轟擊該薄片的膜堆，其中該至少一離子源被加熱來(lái)釋放離子，且該離子在一電場(chǎng)作用下加速運(yùn)動(dòng)；第三步將該轟擊后的薄片切成多片。
與現(xiàn)有技術(shù)具有正溫度漂移系數(shù)的薄膜濾波器相比，本發(fā)明具有負(fù)溫度漂移系數(shù)的薄膜濾波器有一隨著溫度的升高而漸窄的通帶寬度，因此當(dāng)溫度升高時(shí)不易引起串?dāng)_，在光學(xué)系統(tǒng)中具有較可靠的光學(xué)性能；另，該具有負(fù)溫度漂移系數(shù)的薄膜濾波器的膜層產(chǎn)生一壓應(yīng)力，因此在切割過(guò)程中不易損壞該膜堆，也不會(huì)使膜堆從基片上剝落。

圖1A是現(xiàn)有技術(shù)具有正溫度漂移系數(shù)的薄膜濾波器的剖面圖。
圖1B是本發(fā)明具有負(fù)溫度漂移系數(shù)的薄膜濾波器的剖面圖。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)中薄膜濾波器的光譜透過(guò)率τ(λ)與波長(zhǎng)λ的特性曲線圖，表示在室溫(23℃)下薄膜濾波器的通帶寬度。
圖3是現(xiàn)有技術(shù)中具有正溫度漂移系數(shù)的薄膜濾波器的光譜透過(guò)率τ(λ)與波長(zhǎng)λ的特性曲線圖，表示在操作溫度范圍(-5℃到70℃)內(nèi)其通帶寬度的變化。
圖4是本發(fā)明具有負(fù)溫度漂移系數(shù)的薄膜濾波器的光譜透過(guò)率τ(λ)與波長(zhǎng)λ的特性曲線圖，表示在操作溫度范圍(-5℃到70℃)內(nèi)其通帶寬度的變化。
圖5是現(xiàn)有技術(shù)八信道濾波器型密集波分復(fù)用裝置的工作原理示意圖。
具體實(shí)施方式請(qǐng)參照?qǐng)D1B，本發(fā)明具有負(fù)溫度漂移系數(shù)的薄膜濾波器包括一由膜堆材料制成的具有多個(gè)膜層的膜堆13與一基片14，其中該膜堆13是在大致高于室溫的溫度條件下沉積在基片14上，而后冷卻到室溫。且該膜堆13的熱膨脹系數(shù)比基片14小，則當(dāng)冷卻時(shí)該膜堆13和基片14皆產(chǎn)生一大致上凸的形變，因而呈現(xiàn)一大致上凸的形狀且在膜堆13內(nèi)引起一壓應(yīng)力。因該膜堆13收縮比基片14小，因而該基片14比膜堆13更靠近該上凸形狀的曲率中心。此即為一具有負(fù)溫度漂移系數(shù)的基片/膜堆薄片。當(dāng)操作在工作溫度范圍內(nèi)時(shí)，溫度升高時(shí)具有較窄的通帶寬度，因此可有效提高密集波分復(fù)用系統(tǒng)的光學(xué)性能。
請(qǐng)參閱圖4，是本發(fā)明具有負(fù)溫度漂移系數(shù)的薄膜濾波器的光譜透過(guò)率τ(λ)與波長(zhǎng)λ的特性曲線圖。其中，中心波長(zhǎng)λc在-5℃時(shí)的通帶寬度為W3，中心波長(zhǎng)λc在70℃時(shí)通帶寬度為W4。該濾波器的通帶寬度隨溫度降低而增加，隨溫度升高而減小。在溫度極值條件下，圖4所示的通帶寬度的增加比圖3所示的Alcatel 1915LMI的通帶寬度的增加較小。
本發(fā)明具有負(fù)溫度漂移系數(shù)的薄膜濾波器的制作方法有兩種。
第一種方法包括五個(gè)步驟第一步準(zhǔn)備一膜堆材料和一基片，其中該基片的熱膨脹系數(shù)比所選膜堆材料的熱膨脹系數(shù)大；第二步拋光該基片；第三步在大致高于室溫的溫度條件下，該膜堆材料沉積在該基片上形成具多個(gè)薄膜層的膜堆，即形成一基片/膜堆薄片；第四步冷卻該制得的基片/膜堆薄片到室溫，以形成一大致上凸形狀的基片/膜堆薄片；第五步將該冷卻后的基片/膜堆薄片切成多片。
在上述的第一步中，該基片的熱膨脹系數(shù)范圍為10×10-6/°K到20×10-6/°K之間，且該基片需允許通信帶寬范圍內(nèi)的波長(zhǎng)透過(guò)，如C帶(1528nm到1561nm)與L帶(1561nm到1620nm)。該基片可由SiO2-Na2O-K2O-Li2O-PbO-XO2的玻璃系統(tǒng)組成，其中X可為鈦(Ti)或鋯(Zr)。該基片也可由SiO2-Na2O-K2O-Li2O-PbO-Y2O3的玻璃系統(tǒng)組成，其中Y可為鋁(Al)，或由SiO2-Na2O-K2O-Li2O-P2O5-ZO2的玻璃系統(tǒng)組成，其中Z可為鈦(Ti)或鋯(Zr)。為提高玻璃基片的熱膨脹系數(shù)到所要求的范圍，該基片可摻雜鉛(Pb)、鋰(Li)、鈉(Na)、鉀(K)，或其它堿離子或其氧化物。
為增加膜堆與基片間的附著強(qiáng)度，在第二步中，拋光該基片，使其粗糙度位于0.1nm到0.8nm范圍內(nèi)。
然后，在第三步中，使用熱膨脹系數(shù)位于1×10-6/°K至8×10-6/°K范圍內(nèi)的Ta2O5與SiO2，作為膜堆材料沉積在基片上。其中，用該膜堆材料制成的每一膜層，是通過(guò)化學(xué)汽相沉積法(ChemicalVapor Deposition，CVD)沉積在基片上。在此步驟中，該基片與膜堆在沉積過(guò)程中大致保持平展，且該程序是在大致高于室溫的溫度條件下完成。
第四步是將第三步形成的基片/膜堆薄片冷卻。請(qǐng)參照?qǐng)D1B，因基片14的熱膨脹系數(shù)大于膜堆13，當(dāng)在第四步中冷卻時(shí)，基片14收縮比膜堆13大。因此，該制得的基片/膜堆薄片成一輕微上凸形狀，且在室溫下該膜堆13承受一壓應(yīng)力。且從顯微鏡下觀察，該基片14比膜堆13更靠近該上凸形狀的曲率中心。
最后，在第五步中，將上凸形狀的基片/膜堆薄片切割成多片，在室溫下，每一片具有一負(fù)溫度漂移系數(shù)，且膜堆承受一壓應(yīng)力。
第二種方法包括三個(gè)步驟第一步準(zhǔn)備一由玻璃基片與膜堆組成的薄片，其中該基片的熱膨脹系數(shù)大于該膜堆材料的熱膨脹系數(shù)；第二步準(zhǔn)備至少一離子源用以轟擊該薄片的膜堆；第三步將該轟擊后的薄片切成多片。
在第一步中，一由玻璃基片與膜堆組成的薄片被置在一目標(biāo)位置，其中該玻璃基片和膜堆材料的選擇與第一種方法中相同。在第二步中，至少一離子源被加熱用來(lái)釋放離子，然后該離子被電場(chǎng)加速來(lái)轟擊該薄片的膜堆。在該離子到達(dá)目標(biāo)位置之前，該離子平均能量在100至1500電子伏之間，該離子源可為考夫曼(Kaufman)源。該離子轟擊過(guò)程使膜堆結(jié)構(gòu)致密。膜堆內(nèi)的致密結(jié)構(gòu)是指其相鄰原子間距離更近，如此在膜堆內(nèi)引起一壓應(yīng)力。最后，在第三步中，將該被轟擊后的薄片切割成多片，以制得具有所需負(fù)溫度漂移系數(shù)的濾波器，其用于密集波分復(fù)用裝置中。
該第一種制作方法可與第二種制作方法結(jié)合使用。當(dāng)在工作溫度范圍內(nèi)，由上述方法制得的薄膜濾波器在密集型波分復(fù)用系統(tǒng)中具有較可靠的光學(xué)性能。
權(quán)利要求
1.一種具有負(fù)溫度漂移系數(shù)的薄膜濾波器的制作方法，其包括如下步驟第一步準(zhǔn)備一由玻璃基片與膜堆組成的薄片，其中該基片的熱膨脹系數(shù)大于該膜堆材料的熱膨脹系數(shù)；第二步將該薄片放置在一目標(biāo)位置，使用至少一離子源轟擊該薄片的膜堆，其中該至少一離子源被加熱來(lái)釋放離子，且該離子在一電場(chǎng)作用下加速運(yùn)動(dòng)；第三步將轟擊后的薄片切成多片。
2.如權(quán)利要求1所述的具有負(fù)溫度漂移系數(shù)的薄膜濾波器的制作方法，其特征在于該至少一離子源為考夫曼(Kaufman)源。
3.如權(quán)利要求1所述的具有負(fù)溫度漂移系數(shù)的薄膜濾波器的制作方法，其特征在于該加速離子到達(dá)目標(biāo)薄片之前，其平均能量在100到1500電子伏范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的具有負(fù)溫度漂移系數(shù)的薄膜濾波器的制作方法，其特征在于該被轟擊后的基片在室溫下承受一張應(yīng)力。
5.如權(quán)利要求1所述的具有負(fù)溫度漂移系數(shù)的薄膜濾波器的制作方法，其特征在于該膜層內(nèi)產(chǎn)生一壓應(yīng)力。
6.如權(quán)利要求1所述的具有負(fù)溫度漂移系數(shù)的薄膜濾波器的制作方法，其特征在于該基片的熱膨脹系數(shù)在10×10-6/°K到20×10-6/°K范圍內(nèi)。
7.如權(quán)利要求1所述的具有負(fù)溫度漂移系數(shù)的薄膜濾波器的制作方法，其特征在于該膜堆的熱膨脹系數(shù)在1×10-6/°K到8×10-6/°K范圍內(nèi)。
全文摘要
一種具有負(fù)溫度漂移系數(shù)的薄膜濾波器的制作方法，該薄膜濾波器包括一具有多個(gè)膜層的膜堆和一基片，其中，該膜堆沉積在該基片上，該基片的熱膨脹系數(shù)大于膜堆材料的熱膨脹系數(shù)，并在膜層內(nèi)產(chǎn)生一壓應(yīng)力。該薄膜濾波器的制作方法包括如下三個(gè)步驟第一步準(zhǔn)備一由玻璃基片與膜堆組成的薄片，其中該基片的熱膨脹系數(shù)大于該膜堆的熱膨脹系數(shù)；第二步使用至少一離子源，用高能離子轟擊該薄片的膜堆；第三步將該轟擊后的薄片切成多片。
文檔編號(hào)C03C17/34GK1432826SQ0214083
公開(kāi)日2003年7月30日 申請(qǐng)日期2002年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月10日
發(fā)明者陳杰良, 呂昌岳 申請(qǐng)人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司