[其他]變折射率薄膜的單源真空沉積法

在審

• 申請號: 101985000000569
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100569B
• 公開（公告）日: 1988-06-01
• 發明（設計）人: 龐叔鳴
• 申請（專利權）人: 南京工學院
• 代理公司: 南京工學院專利事務所
• 代理人: 樓高潮;柯景鳳

本發明屬于薄膜的制備方法。目前，關于變折射率材料（光纖、成像元件、光波導等）的制造方法較多，大多純屬化學法。真空蒸發法及濺射法又只能得到均勻折射率薄膜。本發明是采用單個電子束蒸發源，實行真空蒸發，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鍵是膜科的選配工藝和采用電子束定域加熱。此法與化學法相比，在制備工藝上具有較大的自由度的優點。本發明適用于制備微型光學元件或光集成元件所需的變折射率薄膜。

本發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?！?〕〔2〕〔3〕光波導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有的真空蒸發法和濺射法只能獲得均勻折射率薄膜。

本發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。

本發明是采用單個電子束蒸發源，實行真空蒸發，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鍵是膜料的選配工藝和電子束定域加熱蒸發技術。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行定域加熱蒸發，電子束沿園柱軸向由上向下，使材料加熱逐漸蒸發。然后，在基底上沉積形成變折射率薄膜。根據不同混合膜料制備的變折射率薄膜，進行時效處理。

本發明與已有方法相比具有下列優點：（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。

本發明制備的變折射率薄膜適用于微型光學元件或光學集成塊中的光學元件。例如，變折射率透鏡、光耦合器、光波導等，用變折射率薄膜替代均勻折射率薄膜，能得到特殊優越的性能。

附圖，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。

本發明可以采取以下方式實施：根據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率，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條件的金屬氧化物，稀土氧化物、少數硫化物和氟化物;膜料的熱分餾效應決定于不同膜料熔點的大小和蒸發溫度。根據壓制的柱狀塊料、選擇一定束截面的電子束進行定域加熱，電子束只能沿柱體軸同由上向下加熱蒸發，不允許橫向移動;電子束的軸向加熱蒸發速度和蒸發溫度決定于混合膜料的性質。電子束的束截面應可調（4～8平方毫米），電子束的加熱溫度在1000℃～2500℃范圍內可調。確定薄膜的時效處理參數：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。其目的是降低應力，增強膜的機械強度;改善膜的結構，提高膜的穩定性;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℃的電子束進行加熱蒸發，得到薄膜的相對折射率差為△n＝0.1。

對比文獻：

〔1〕島田禎晉＊，光通信技術＊本，1980

〔2〕Duncan T.Moore，Appl.Optics，vol.19，NO7，1980

〔3〕西沢＊一，ォフトェレクトロニクス，1971

〔4〕P.K.Tien，Integrated Optics and New Wave Phenomena in Optical Waveguides，1977