專利名稱:變折射率薄膜的單源真空沉積法的制作方法
本發(fā)明屬于薄膜的制備方法。
目前，變折射率材料(光纖、成象元件)的制備方法較多，有化學(xué)汽相沉積法、中子輻照法、離子交換法、晶體生長法、離子填充法等。〔1〕〔2〕〔3〕光波導(dǎo)的制備有離子注入法、擴散法或熔相外延法?！?〕變折射率材料(薄膜)的制備居多采用上述方法中的化學(xué)法。其變折射率層受到摻雜和基底的影響，不能形成獨立的變折射率薄膜?，F(xiàn)有的真空蒸發(fā)法和濺射法只能獲得均勻折射率薄膜。
本發(fā)明的目的是提出了拓寬折射率變化范圍、不受基底材料影響的一種新方法。
本發(fā)明是采用單個電子束蒸發(fā)源，實行真空蒸發(fā)，在基底上獲得一定厚度的變折射率薄膜，是一種物理法。獲得變折射率薄膜的關(guān)鍵是膜料的選配工藝和電子束定域加熱蒸發(fā)技術(shù)。采用折射率、熔點不同的膜料，以一定比例混合、熱壓成柱體塊料。為了得到變折射率薄膜，對壓制成型的園柱形塊料，使用一定束截面的電子束進(jìn)行定域加熱蒸發(fā)，電子束沿園柱軸向由上向下，使材料加熱逐漸蒸發(fā)。然后，在基底上沉積形成變折射率薄膜。根據(jù)不同混合膜料制備的變折射率薄膜，進(jìn)行時效處理。
本發(fā)明與已有方法相比具有下列優(yōu)點(1)拓寬薄膜的折射率變化范圍;(2)不受基底材料限制，在任何基底上形成獨立的變折射率薄膜;(3)工藝較簡單、制備周期短;(4)制備的平面型變折射率薄膜，視光軸方向可分別得到軸向或徑向變折射率特性。
本發(fā)明制備的變折射率薄膜適用于微型光學(xué)元件或光學(xué)集成塊中的光學(xué)元件。例如，變折射率透鏡、光耦合器、光波導(dǎo)等，用變折射率薄膜替代均勻折射率薄膜，能得到特殊優(yōu)越的性能。
圖1.變折射率薄膜單源真空沉積法示意圖1-柱體塊料; 2-E型電子槍;
3-定域加熱電子束; 4-沉積基底。
本發(fā)明可以采取以下方式實施根據(jù)光集成元件需要的折射率分布，選配膜料壓制成塊。折射率的選擇決定了薄膜相對折射率差(△n)，△n＝0.01～0.2;膜料的熔點選擇決定了折射率的變化趨勢，并影響相對折射率差的大小。兩種混合膜料的熔點差值范圍是500℃～1000℃;不同膜料的混合比例影響薄膜折射率的變化速度，混合膜料的混合比例是1∶1～1∶0.5;混合膜料可采用滿足真空蒸發(fā)條件的金屬氧化物，稀土氧化物、少數(shù)硫化物和氟化物;膜料的熱分餾效應(yīng)決定于不同膜料熔點的大小和蒸發(fā)溫度。根據(jù)壓制的柱狀塊料，選擇一定束截面的電子束進(jìn)行定域加熱，電子束只能沿柱體軸同由上向下加熱蒸發(fā)，不允許橫向移動;電子束的軸向加熱蒸發(fā)速度和蒸發(fā)溫度決定于混合膜料的性質(zhì)。電子束的束截面應(yīng)可調(diào)(4～8平方毫米)，電子束的加熱溫度在1000℃～2500℃范圍內(nèi)可調(diào)。確定薄膜的時效處理參數(shù)選擇時效處理的合適氣氛(真空、氣氛)條件、最高溫度、恒溫時間。其目的是降低應(yīng)力，增強膜的機械強度;改善膜的結(jié)構(gòu)，提高膜的穩(wěn)定性;降低損耗。
實施例采用1∶1的〔ZrO2-TiO2〕混合膜料壓制成塊，采用束截面為6mm、加熱溫度為2000℃的電子束進(jìn)行加熱蒸發(fā)，得到薄膜的相對折射率差為△n＝0.1。
對比文獻(xiàn)〔1〕島田禎晉
，光通信技術(shù)読本，1980〔2〕Duncan T.Moore，Appl.Optics，vol.19，NO7，1980〔3〕西沢潤一，オフトェレクトロニクス，，1971〔4〕P.K.Tien，Integrated Optics and New Wave Phenomena in Optical Waveguides，197權(quán)利要求
1.電子束蒸發(fā)薄膜的制備方法。本發(fā)明的特征是采用單個電子束蒸發(fā)源，利用一定束截面的電子束，對選用不同折射率材料混合壓制而成的柱體塊料進(jìn)行定域蒸發(fā)，制成變折射率薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其特征在于電子束的束截面為4～8(mm)2。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其特征在于電子束所能產(chǎn)生的加熱溫度在1000℃～2500℃范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其特征在于電子束的加熱路徑是沿柱體軸由上向下移動。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其特征在于混合膜料的混合比例1∶1～1∶0.5。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其特征在于兩種混合膜料的熔點差值范圍為500℃～1000℃。
專利摘要
本發(fā)明屬于薄膜的制備方法。目前，關(guān)于變折射率材料(光纖、成像元件、光波導(dǎo)等)的制造方法較多，大多純屬化學(xué)法。真空蒸發(fā)法及濺射法又只能得到均勻折射率薄膜。本發(fā)明是采用單個電子束蒸發(fā)源，實行真空蒸發(fā)，在基底上獲得變折射率薄膜，是一種物理法。此法獲得變折射率膜的關(guān)鍵是膜料的選配工藝和采用電子束定域加熱。此法與化學(xué)法相比，在制備工藝上具有較大的自由度的優(yōu)點。
文檔編號H01L27/01GK85100569SQ85100569
公開日1986年7月2日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者龐叔鳴 申請人:南京工學(xué)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan