專利名稱：具有負溫度漂移系數的薄膜濾波器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于一種薄膜濾波器的制作方法，尤其是關于一種具負溫度漂移系數的薄膜濾波器的制作方法。
背景技術：
近年來，薄膜濾波器常用于光學系統(tǒng)內的信號處理或光學傳輸。濾波器用于選擇特定波長的光信號。薄膜濾波器可與自聚焦(Gradient Refractive Index，GRIN)透鏡及光纖共同構成一密集波分復用(Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM)裝置。請參閱圖5，是一八信道濾波器型密集波分復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的入射光λ1通過，而入射光λ2…λ8被反射到濾波器2，其允許具特定的波長的入射光λ2通過，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，同理，濾波器4、5、6、7、8分別允許入射光λ4、λ5、λ6、λ7、λ8通過，從而實現(xiàn)波分復用的功能。理想狀況下，一濾波器只可用于傳輸具有單一波長的特定光信號；實際上，一個濾波器有一定的通帶寬度，密集波分復用裝置的信道越多，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增加膜堆承受的內應力。若膜堆承受的張應力愈多，該膜堆內的原子結構將愈趨于松散。膜堆內的膜層界面用以對入射光信號進行選擇性反射，其可分離具不同波長的光信號。膜堆內較松散的原子結構將降低界面反射率，因此在膜堆內的張應力將加寬通帶寬度。反之，膜堆承受的壓應力越大，濾波器的通帶寬度會越窄。
可以通過設計鍍膜工藝來減少在室溫下(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，該濾波器承受的應力與溫度大致成線性關系。圖2表示一濾波器在室溫下的通帶寬度，即溫度在23℃時中心波長λc的通帶寬度為Wc。Alcatel的1915 LMI 10mw波分復用器中薄膜濾波器有一正溫度漂移系數，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λc在70℃時通帶寬度為W1，中心波長λc在-5℃時通帶寬度為W2。當1915 LMI的工作溫度從23℃升到70℃時，通帶寬度將增加47pm；當溫度從23℃降到-5℃時，如圖3所示，通帶寬度將減小28pm。顯然，工作溫度波動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)明一具有負溫度漂移系數的薄膜濾波器實屬必要。
在幾乎所有的現(xiàn)有技術中，用于密集波分復用器的薄膜濾波器有一正溫度漂移系數。由于薄膜濾波器的膜堆與基片是由具有不同熱膨脹系數(Cofficient of Thermal Expansion，CTE)的材料組成，故工作溫度波動將影響薄膜濾波器的應力狀況。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的熱膨脹系數比基片12的熱膨脹系數高，所以當冷卻到室溫時，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承受一張應力且通帶寬度隨溫度的升高而增加，因而當溫度升高時更易引起串擾。在切割操作中膜堆11承受的張應力也有害，因其致使膜堆11變脆，在切割時更易損壞膜堆11。此外，膜堆11承受過大的張應力，當其超過膜堆11與基片12間的附著強度時，將導致膜堆11從基片12上剝落。

發(fā)明內容本發(fā)明的目的是提供一種具有負溫度漂移系數的薄膜濾波器的制作方法，該濾波器在切割操作過程中，其膜堆內分布有壓應力。
本發(fā)明具有負溫度漂移系數的薄膜濾波器的制作方法包括如下步驟第一步準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大于該膜堆材料的熱膨脹系數；第二步將該薄片放置在一目標位置，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釋放離子，且該離子在一電場作用下加速運動；第三步將該轟擊后的薄片切成多片。
與現(xiàn)有技術具有正溫度漂移系數的薄膜濾波器相比，本發(fā)明具有負溫度漂移系數的薄膜濾波器有一隨著溫度的升高而漸窄的通帶寬度，因此當溫度升高時不易引起串擾，在光學系統(tǒng)中具有較可靠的光學性能；另，該具有負溫度漂移系數的薄膜濾波器的膜層產生一壓應力，因此在切割過程中不易損壞該膜堆，也不會使膜堆從基片上剝落。

圖1A是現(xiàn)有技術具有正溫度漂移系數的薄膜濾波器的剖面圖。
圖1B是本發(fā)明具有負溫度漂移系數的薄膜濾波器的剖面圖。
圖2是現(xiàn)有技術中薄膜濾波器的光譜透過率τ(λ)與波長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)有技術中具有正溫度漂移系數的薄膜濾波器的光譜透過率τ(λ)與波長λ的特性曲線圖，表示在操作溫度范圍(-5℃到70℃)內其通帶寬度的變化。
圖4是本發(fā)明具有負溫度漂移系數的薄膜濾波器的光譜透過率τ(λ)與波長λ的特性曲線圖，表示在操作溫度范圍(-5℃到70℃)內其通帶寬度的變化。
圖5是現(xiàn)有技術八信道濾波器型密集波分復用裝置的工作原理示意圖。
具體實施方式請參照圖1B，本發(fā)明具有負溫度漂移系數的薄膜濾波器包括一由膜堆材料制成的具有多個膜層的膜堆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的熱膨脹系數比基片14小，則當冷卻時該膜堆13和基片14皆產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內引起一壓應力。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。此即為一具有負溫度漂移系數的基片/膜堆薄片。當操作在工作溫度范圍內時，溫度升高時具有較窄的通帶寬度，因此可有效提高密集波分復用系統(tǒng)的光學性能。
請參閱圖4，是本發(fā)明具有負溫度漂移系數的薄膜濾波器的光譜透過率τ(λ)與波長λ的特性曲線圖。其中，中心波長λc在-5℃時的通帶寬度為W3，中心波長λc在70℃時通帶寬度為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)明具有負溫度漂移系數的薄膜濾波器的制作方法有兩種。
第一種方法包括五個步驟第一步準備一膜堆材料和一基片，其中該基片的熱膨脹系數比所選膜堆材料的熱膨脹系數大；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的波長透過，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。
然后，在第三步中，使用熱膨脹系數位于1×10-6/°K至8×10-6/°K范圍內的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，是通過化學汽相沉積法(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。請參照圖1B，因基片14的熱膨脹系數大于膜堆13，當在第四步中冷卻時，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，每一片具有一負溫度漂移系數，且膜堆承受一壓應力。
第二種方法包括三個步驟第一步準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大于該膜堆材料的熱膨脹系數；第二步準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釋放離子，然后該離子被電場加速來轟擊該薄片的膜堆。在該離子到達目標位置之前，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。該離子轟擊過程使膜堆結構致密。膜堆內的致密結構是指其相鄰原子間距離更近，如此在膜堆內引起一壓應力。最后，在第三步中，將該被轟擊后的薄片切割成多片，以制得具有所需負溫度漂移系數的濾波器，其用于密集波分復用裝置中。
該第一種制作方法可與第二種制作方法結合使用。當在工作溫度范圍內，由上述方法制得的薄膜濾波器在密集型波分復用系統(tǒng)中具有較可靠的光學性能。
權利要求
1.一種具有負溫度漂移系數的薄膜濾波器的制作方法，其包括如下步驟第一步準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大于該膜堆材料的熱膨脹系數；第二步將該薄片放置在一目標位置，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釋放離子，且該離子在一電場作用下加速運動；第三步將轟擊后的薄片切成多片。
2.如權利要求1所述的具有負溫度漂移系數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.如權利要求1所述的具有負溫度漂移系數的薄膜濾波器的制作方法，其特征在于該加速離子到達目標薄片之前，其平均能量在100到1500電子伏范圍內。
4.如權利要求1所述的具有負溫度漂移系數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力。
5.如權利要求1所述的具有負溫度漂移系數的薄膜濾波器的制作方法，其特征在于該膜層內產生一壓應力。
6.如權利要求1所述的具有負溫度漂移系數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在10×10-6/°K到20×10-6/°K范圍內。
7.如權利要求1所述的具有負溫度漂移系數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在1×10-6/°K到8×10-6/°K范圍內。
全文摘要
一種具有負溫度漂移系數的薄膜濾波器的制作方法，該薄膜濾波器包括一具有多個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大于膜堆材料的熱膨脹系數，并在膜層內產生一壓應力。該薄膜濾波器的制作方法包括如下三個步驟第一步準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大于該膜堆的熱膨脹系數；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C03C17/34GK1432826SQ0214083
公開日2003年7月30日 申請日期2002年6月29日 優(yōu)先權日2002年1月10日
發(fā)明者陳杰良, 呂昌岳 申請人: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