一種可調(diào)激光衰減器的制作方法
1.本發(fā)明涉及一種可調(diào)激光衰減器，屬于激光衰減器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
2.光衰減器是用于對光功率進(jìn)行衰減的器件，它主要用于光纖系統(tǒng)的指標(biāo)測量、短距離通信系統(tǒng)的信號衰減以及系統(tǒng)試驗(yàn)等場合。光衰減器是一種非常重要的纖維光學(xué)無源器件，它可按用戶的要求將光信號能量進(jìn)行預(yù)期地衰減，常用于吸收或反射掉光功率余量、評估系統(tǒng)的損耗及各種測試中。目前，系列化光衰減器已廣泛應(yīng)用于光通信領(lǐng)域，給用戶帶來了方便。
3.在光學(xué)元件中，衰減器一般是通過薄膜的設(shè)計(jì)來達(dá)到某個(gè)波段的衰減，膜層非常厚，適用波段有限，生產(chǎn)難度很大，本發(fā)明將大大降低膜層制備的難度，并且達(dá)到不同波段的衰減效果。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
4.本發(fā)明提供一種可調(diào)激光衰減器，膜層的厚度來控制直角棱鏡之間的空氣間隔，實(shí)現(xiàn)不同波段的衰減，衰減比從1％～100％都可以達(dá)到。
5.為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
6.一種可調(diào)激光衰減器，包括兩個(gè)相同基材的直角棱鏡，兩個(gè)直角棱鏡的斜面相互靠合；在直角棱鏡斜面上的一端鍍制不同厚度的膜層，來控制兩個(gè)直角棱鏡斜面之間的空氣間隔，以此實(shí)現(xiàn)不同波段的不同衰減比例。
7.為了方便制備，將上述膜層鍍制在其中一個(gè)直角棱鏡上即可。
8.膜層的的鍍制厚度根據(jù)看所需的衰減比確定。
9.膜層的厚度決定了空氣間隔的距離，從而保證衰減比例。膜層的寬度不限，以不影響使用為準(zhǔn)。優(yōu)選的膜層寬度為1.5～2.5mm。
10.申請人經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，通過控制膜層的厚度來控制棱鏡間的空氣間隔，對衰減器的衰減比具有決定性的作用，通過精準(zhǔn)控制膜層厚度，從而控制了空氣間隔的距離，可以大大提升衰減比例的穩(wěn)定性；從而得到了衰減比例穩(wěn)定的寬波段衰減膜，解決了現(xiàn)有膜層厚且只能實(shí)現(xiàn)某個(gè)波段的衰減，改善了鏡片的使用效果，提升了客戶的使用效果。
11.為了方便控制，上述不鍍制膜層一端的兩個(gè)直角棱鏡斜面間間隔為零，鍍制膜層一端的兩個(gè)直角棱鏡斜面間間隔為膜層厚度，使得兩個(gè)直角棱鏡斜面間的空氣間隔呈三角形結(jié)構(gòu)。
12.為了方便制備，同時(shí)不影響所鍍制的膜層，兩個(gè)直角棱鏡的兩端面分別膠合有玻璃板。也即兩個(gè)玻璃板和兩個(gè)直角棱鏡形成一個(gè)整體。
13.上述通過在兩個(gè)直角棱鏡2mm左右區(qū)域鍍制膜層，然后將兩個(gè)直角棱鏡兩端面利用玻璃板進(jìn)行膠合，通過膜層的厚度來控制直角棱鏡之間的空氣間隔，實(shí)現(xiàn)不同波段的衰減，衰減比從1％～100％都可以達(dá)到。
14.不同波段包括從近紫外到近紅外或中遠(yuǎn)紅外等。
15.上述基底所用材料為折射率1～3的石英棱鏡或者硒化鋅棱鏡。針對近紫外到近紅外波段，直角棱鏡所用材料為熔石英(或其它光學(xué)玻璃)；針對中遠(yuǎn)紅外波段，直角棱鏡所用材料為硒化鋅(或其它紅外材料)。
16.針對近紫外到近紅外波段，膜層為二氧化硅膜層，針對中遠(yuǎn)紅外，膜層為鍺膜層(或其它膜層材料)。優(yōu)選，二氧化硅膜層的厚度為30～1200nm；鍺膜層的厚度為60～3000nm。
17.上述膜層的制備，包括如下步驟：
18.(1)基底加熱：鍍膜前對直角棱鏡在抽真空狀態(tài)下進(jìn)行烘烤加熱，提高直角棱鏡溫度，烘烤溫度為300～350℃，時(shí)間為1～1.5h；
19.(2)離子束清洗：對直角棱鏡進(jìn)行離子束清洗，離子清洗時(shí)長為1～15min，離子束電壓為300～400v，離子束流為300～400a；
20.(3)棱鏡斜角面膜層的鍍制：根據(jù)膜系設(shè)計(jì)中模擬的空氣間隔距離，在直角棱鏡斜面2mm寬度范圍內(nèi)進(jìn)行膜層制備。
21.上述方法使用電子束蒸發(fā)以及合適的烘烤溫度等特定的工藝條件，采用單面鍍膜方式，通過控制膜層的厚度來控制直角棱鏡之間的空氣間隔，實(shí)現(xiàn)不同波段的衰減，衰減比從1％-100％都可以達(dá)到；大大降低膜層制備的難度，并且達(dá)到寬波段的衰減。
22.為了提高膜層附著力，步驟(1)中，烘烤加熱前，用無塵布蘸環(huán)保擦拭液和丙酮體積比為(6-8):1的混合液擦拭基底。
23.膜層制備時(shí)條件的控制，也是非常關(guān)鍵的，膜層的制備條件不僅影響著單膜層的致密性等性能，還影響著膜厚的一致性。
24.為了提高膜層的致密度、均勻度和附著力，步驟(3)中，二氧化硅膜層鍍制為：將sio2膜料放到坩堝中，采用電子束蒸發(fā)的方法進(jìn)行鍍制，其本底真空度高于6.0
×
10-3
pa，沉積速率為1-2nm/s。
25.為了提高膜層的致密度、均勻度和附著力，步驟(3)中，鍺膜層鍍制：將ge膜料放到坩堝中，采用電子束蒸發(fā)的方法進(jìn)行鍍制，其本底真空度高于6.0
×
10-3
pa，沉積速率為0.5-1nm/s。
26.本底真空度是指在真空鍍膜中，利用真空抽氣系統(tǒng)使在一定的空間內(nèi)的氣體達(dá)到一定的真空度，而這一真空度恰能滿足該種被鍍物品沉積時(shí)所要求的真空度(不同貨品對本底真空度有不同的需求)。
27.本發(fā)明未提及的技術(shù)均參照現(xiàn)有技術(shù)。
28.本發(fā)明一種可調(diào)激光衰減器，通過在兩個(gè)直角棱鏡相互靠合的斜面一端鍍制膜層，然后將兩個(gè)直角棱鏡進(jìn)行膠合，通過膜層的厚度來控制直角棱鏡之間的空氣間隔，實(shí)現(xiàn)不同波段的衰減，衰減比從1％-100％都可以達(dá)到。
附圖說明
29.圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中石英直角棱鏡膠合之后的結(jié)構(gòu)示意圖；
30.圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中兩個(gè)直角棱鏡斜面間的空氣間隔示意圖；
31.圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中石英直角棱鏡上衰減膜的理論效果圖；
32.圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中石英直角棱鏡上衰減膜的實(shí)際厚度測量圖；
33.圖中，1為直角棱鏡，11為膜層，12為空氣間隔，2為玻璃板。
具體實(shí)施方式
34.為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。
35.膜層的制備是在光馳1350真空箱式鍍膜機(jī)上完成的，膜厚采用晶控控制系統(tǒng)。此鍍膜機(jī)配備電子束單蒸發(fā)源方式，擴(kuò)散泵確保設(shè)備抽速穩(wěn)定性。
36.實(shí)施例1
37.如圖1所示，一種寬波段衰減器，包括兩個(gè)相同基材的直角棱鏡，兩個(gè)直角棱鏡的斜面相互靠合；在直角棱鏡斜面上的一端鍍制2mm寬的膜層(膜層鍍制在其中一個(gè)直角棱鏡上)，來控制兩個(gè)直角棱鏡斜面之間的空氣間隔，以此實(shí)現(xiàn)不同波段的不同衰減比例。如圖2所示，不鍍制膜層一端的兩個(gè)直角棱鏡斜面間間隔為零，鍍制膜層一端的兩個(gè)直角棱鏡斜面間間隔為膜層厚度，使得兩個(gè)直角棱鏡斜面間的空氣間隔呈三角形結(jié)構(gòu)。兩個(gè)直角棱鏡的兩端面分別膠合有玻璃板，使得兩個(gè)玻璃板和兩個(gè)直角棱鏡形成一個(gè)整體。
38.上述兩個(gè)直角棱鏡膠合在一起達(dá)到衰減效果，入射光斑為1mm，棱鏡整體長度為70mm，棱鏡所用材質(zhì)為熔石英，棱鏡上的衰減膜為膜層為二氧化硅膜層。
39.膜層的制備方法，均包括如下步驟：
40.(1)基底加熱：用無塵布蘸環(huán)保擦拭液(佛山佳勁ech-cs)和丙酮體積比為7:1的混合液擦拭基底，對基底在抽真空狀態(tài)下進(jìn)行烘烤加熱，提高基底溫度，其中，烘烤溫度為300℃～310℃，烘烤時(shí)間為1.5小時(shí)；
41.(2)離子束清洗：對基底進(jìn)行離子束清洗，離子清洗時(shí)長為2min，離子束電壓為400v，離子束流為400a；
42.(3)棱鏡斜角面膜層的鍍制：根據(jù)膜系設(shè)計(jì)中模擬的空氣間隔距離，在斜面2mm寬度范圍內(nèi)進(jìn)行膜層制備；
43.sio2膜層鍍制：將sio2膜料放到坩堝中，采用電子束蒸發(fā)的方法進(jìn)行鍍制，其本底真空度高于6.0
×
10-3
pa，沉積速率為1.5nm/s。
44.設(shè)計(jì)目標(biāo)衰減分光比為88:12，也就是r＝88％
±
1％@1064nm，使用輪廓儀進(jìn)行實(shí)際膜厚的測量，膜厚在950-980nm，保證空氣間隔。
45.圖3為石英直角棱鏡上衰減膜的理論效果圖，由圖3可看出，膜厚在950-980nm，1064nm處的分光比為88：12；圖4為實(shí)施例1中石英直角棱鏡上衰減膜的實(shí)際厚度測量圖，由圖4可看出，膜厚在974nm，分光比為88.3：11.7。
46.發(fā)明人經(jīng)過大量的科研實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)上述可調(diào)激光衰減器通過膜層厚度的調(diào)整，可得到從1％～100％的衰減比，本例材質(zhì)空氣間隔(膜層厚度)與衰減比的關(guān)系，如表1所示，表中d為空氣間隔(膜層厚度)，t為衰減比。
47.表1 實(shí)施例1可調(diào)激光衰減器的衰減表
[0048][0049][0050]
對比例1
[0051]
與實(shí)施例1所不同的是：基材同為石英的前提下，膜層的厚度1010nm，其余均參照實(shí)施例1，衰減分光比為90:10，沒有達(dá)到目標(biāo)的衰減比88:12。
[0052]
對比例2
[0053]
與實(shí)施例1所不同的是：基材同為石英的前提下，膜層的厚度860nm，其余均參照實(shí)施例1，衰減分光比為85:15，沒有達(dá)到目標(biāo)的衰減比88:12。
[0054]
實(shí)施例2
[0055]
棱鏡所用材質(zhì)為硒化鋅，膜層為鍺膜層，其它均參照實(shí)施例1。
[0056]
ge膜層鍍制：將ge膜料放到坩堝中，采用電子束蒸發(fā)的方法進(jìn)行鍍制，其本底真空度高于6.0
×
10-3
pa，沉積速率為0.8nm/s。
[0057]
發(fā)明人經(jīng)過大量的科研實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)上述可調(diào)激光衰減器通過膜層厚度的調(diào)整，可得到從1％～100％的衰減比，本例材質(zhì)空氣間隔(膜層厚度)與衰減比的關(guān)系，如表1所示，表中d為空氣間隔(膜層厚度)，t為衰減比。
[0058]
表2 實(shí)施例2可調(diào)激光衰減器的衰減表
[0059][0060][0061]
為了保證光學(xué)元件的可靠性，根據(jù)使用要求對樣品進(jìn)行了環(huán)境試驗(yàn)：
[0062]
附著力測試：用寬度1英寸的3m專用膠帶緊貼鍍膜表面，然后沿膜面垂直方向迅速拉起，反復(fù)拉扯20次，實(shí)施例1和2的膜層均未有脫膜現(xiàn)象。
[0063]
濕熱測試：在溫度為50℃的水里浸泡48小時(shí)后，實(shí)施例1和2的膜層均無出現(xiàn)任何變化，無起皮、脫落等問題；
[0064]
耐高溫驗(yàn)證：常溫升至300℃烘烤12小時(shí)后降至常溫后，實(shí)施例1和2的膜層均無出現(xiàn)任何變化，無起皮、脫落等問題。
技術(shù)特征：
1.一種可調(diào)激光衰減器，其特征在于：包括兩個(gè)相同基材的直角棱鏡，兩個(gè)直角棱鏡的斜面相互靠合；在直角棱鏡斜面上的一端鍍制不同厚度的膜層，來控制兩個(gè)直角棱鏡斜面之間的空氣間隔，以此實(shí)現(xiàn)不同波段的不同衰減比例。2.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)激光衰減器，其特征在于：不鍍制膜層一端，兩個(gè)直角棱鏡斜面間間隔為零；鍍制膜層一端，兩個(gè)直角棱鏡斜面間間隔為膜層厚度；使得兩個(gè)直角棱鏡斜面間的空氣間隔呈三角形結(jié)構(gòu)。3.如權(quán)利要求1或2所述的可調(diào)激光衰減器，其特征在于：兩個(gè)直角棱鏡的兩端面分別膠合有玻璃板；膜層寬度為1.5～2.5mm。4.如權(quán)利要求1或2所述的可調(diào)激光衰減器，其特征在于：針對近紫外到近紅外波段，直角棱鏡所用材料為熔石英；針對中遠(yuǎn)紅外波段，直角棱鏡所用材料為硒化鋅。5.如權(quán)利要求1或2所述的可調(diào)激光衰減器，其特征在于：針對近紫外到近紅外波段，膜層為二氧化硅膜層，針對中遠(yuǎn)紅外，膜層為鍺膜層。6.如權(quán)利要求5所述的可調(diào)激光衰減器，其特征在于：二氧化硅膜層的厚度為30～1200nm；鍺膜層的厚度為60～3000nm。7.如權(quán)利要求1或2所述的可調(diào)激光衰減器，其特征在于：膜層的制備包括如下步驟：(1)基底加熱：鍍膜前對直角棱鏡在抽真空狀態(tài)下進(jìn)行烘烤加熱，提高直角棱鏡溫度，烘烤溫度為300～350℃，時(shí)間為1～1.5h；(2)離子束清洗：對直角棱鏡進(jìn)行離子束清洗，離子清洗時(shí)長為1～15min，離子束電壓為300～400v，離子束流為300～400a；(3)棱鏡斜角面膜層的鍍制：根據(jù)膜系設(shè)計(jì)中模擬的空氣間隔距離，在直角棱鏡斜面1.5～2.5mm寬度范圍內(nèi)進(jìn)行膜層制備。8.如權(quán)利要求7所述的可調(diào)激光衰減器，其特征在于：步驟(1)中，烘烤加熱前，用無塵布蘸環(huán)保擦拭液和丙酮體積比為(6-8):1的混合液擦拭基底。9.如權(quán)利要求7所述的可調(diào)激光衰減器，其特征在于：步驟(3)中，二氧化硅膜層鍍制為：將sio2膜料放到坩堝中，采用電子束蒸發(fā)的方法進(jìn)行鍍制，其本底真空度高于6.0
×
10-3
pa，沉積速率為1-2nm/s。10.如權(quán)利要求7所述的可調(diào)激光衰減器，其特征在于：步驟(3)中，鍺膜層鍍制：將ge膜料放到坩堝中，采用電子束蒸發(fā)的方法進(jìn)行鍍制，其本底真空度高于6.0
×
10-3
pa，沉積速率為0.5-1nm/s。
技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種可調(diào)激光衰減器，包括兩個(gè)相同基材的直角棱鏡，兩個(gè)直角棱鏡的斜面相互靠合；在直角棱鏡斜面上的一端鍍制不同厚度的膜層，來控制兩個(gè)直角棱鏡斜面之間的空氣間隔，以此實(shí)現(xiàn)不同波段的不同衰減比例。本發(fā)明通過在兩個(gè)直角棱鏡相互靠合的斜面一端鍍制膜層，然后將兩個(gè)直角棱鏡進(jìn)行膠合，通過膜層的厚度來控制直角棱鏡之間的空氣間隔，實(shí)現(xiàn)不同波段的衰減，衰減比從1％-100％都可以達(dá)到。100％都可以達(dá)到。100％都可以達(dá)到。
