一种可调激光衰减器的制作方法
1.本发明涉及一种可调激光衰减器，属于激光衰减器技术领域。
背景技术：
2.光衰减器是用于对光功率进行衰减的器件，它主要用于光纤系统的指标测量、短距离通信系统的信号衰减以及系统试验等场合。光衰减器是一种非常重要的纤维光学无源器件，它可按用户的要求将光信号能量进行预期地衰减，常用于吸收或反射掉光功率余量、评估系统的损耗及各种测试中。目前，系列化光衰减器已广泛应用于光通信领域，给用户带来了方便。
3.在光学元件中，衰减器一般是通过薄膜的设计来达到某个波段的衰减，膜层非常厚，适用波段有限，生产难度很大，本发明将大大降低膜层制备的难度，并且达到不同波段的衰减效果。
技术实现要素：
4.本发明提供一种可调激光衰减器，膜层的厚度来控制直角棱镜之间的空气间隔，实现不同波段的衰减，衰减比从1％～100％都可以达到。
5.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
6.一种可调激光衰减器，包括两个相同基材的直角棱镜，两个直角棱镜的斜面相互靠合；在直角棱镜斜面上的一端镀制不同厚度的膜层，来控制两个直角棱镜斜面之间的空气间隔，以此实现不同波段的不同衰减比例。
7.为了方便制备，将上述膜层镀制在其中一个直角棱镜上即可。
8.膜层的的镀制厚度根据看所需的衰减比确定。
9.膜层的厚度决定了空气间隔的距离，从而保证衰减比例。膜层的宽度不限，以不影响使用为准。优选的膜层宽度为1.5～2.5mm。
10.申请人经研究发现，通过控制膜层的厚度来控制棱镜间的空气间隔，对衰减器的衰减比具有决定性的作用，通过精准控制膜层厚度，从而控制了空气间隔的距离，可以大大提升衰减比例的稳定性；从而得到了衰减比例稳定的宽波段衰减膜，解决了现有膜层厚且只能实现某个波段的衰减，改善了镜片的使用效果，提升了客户的使用效果。
11.为了方便控制，上述不镀制膜层一端的两个直角棱镜斜面间间隔为零，镀制膜层一端的两个直角棱镜斜面间间隔为膜层厚度，使得两个直角棱镜斜面间的空气间隔呈三角形结构。
12.为了方便制备，同时不影响所镀制的膜层，两个直角棱镜的两端面分别胶合有玻璃板。也即两个玻璃板和两个直角棱镜形成一个整体。
13.上述通过在两个直角棱镜2mm左右区域镀制膜层，然后将两个直角棱镜两端面利用玻璃板进行胶合，通过膜层的厚度来控制直角棱镜之间的空气间隔，实现不同波段的衰减，衰减比从1％～100％都可以达到。
14.不同波段包括从近紫外到近红外或中远红外等。
15.上述基底所用材料为折射率1～3的石英棱镜或者硒化锌棱镜。针对近紫外到近红外波段，直角棱镜所用材料为熔石英(或其它光学玻璃)；针对中远红外波段，直角棱镜所用材料为硒化锌(或其它红外材料)。
16.针对近紫外到近红外波段，膜层为二氧化硅膜层，针对中远红外，膜层为锗膜层(或其它膜层材料)。优选，二氧化硅膜层的厚度为30～1200nm；锗膜层的厚度为60～3000nm。
17.上述膜层的制备，包括如下步骤：
18.(1)基底加热：镀膜前对直角棱镜在抽真空状态下进行烘烤加热，提高直角棱镜温度，烘烤温度为300～350℃，时间为1～1.5h；
19.(2)离子束清洗：对直角棱镜进行离子束清洗，离子清洗时长为1～15min，离子束电压为300～400v，离子束流为300～400a；
20.(3)棱镜斜角面膜层的镀制：根据膜系设计中模拟的空气间隔距离，在直角棱镜斜面2mm宽度范围内进行膜层制备。
21.上述方法使用电子束蒸发以及合适的烘烤温度等特定的工艺条件，采用单面镀膜方式，通过控制膜层的厚度来控制直角棱镜之间的空气间隔，实现不同波段的衰减，衰减比从1％-100％都可以达到；大大降低膜层制备的难度，并且达到宽波段的衰减。
22.为了提高膜层附着力，步骤(1)中，烘烤加热前，用无尘布蘸环保擦拭液和丙酮体积比为(6-8):1的混合液擦拭基底。
23.膜层制备时条件的控制，也是非常关键的，膜层的制备条件不仅影响着单膜层的致密性等性能，还影响着膜厚的一致性。
24.为了提高膜层的致密度、均匀度和附着力，步骤(3)中，二氧化硅膜层镀制为：将sio2膜料放到坩埚中，采用电子束蒸发的方法进行镀制，其本底真空度高于6.0
×
10-3
pa，沉积速率为1-2nm/s。
25.为了提高膜层的致密度、均匀度和附着力，步骤(3)中，锗膜层镀制：将ge膜料放到坩埚中，采用电子束蒸发的方法进行镀制，其本底真空度高于6.0
×
10-3
pa，沉积速率为0.5-1nm/s。
26.本底真空度是指在真空镀膜中，利用真空抽气系统使在一定的空间内的气体达到一定的真空度，而这一真空度恰能满足该种被镀物品沉积时所要求的真空度(不同货品对本底真空度有不同的需求)。
27.本发明未提及的技术均参照现有技术。
28.本发明一种可调激光衰减器，通过在两个直角棱镜相互靠合的斜面一端镀制膜层，然后将两个直角棱镜进行胶合，通过膜层的厚度来控制直角棱镜之间的空气间隔，实现不同波段的衰减，衰减比从1％-100％都可以达到。
附图说明
29.图1为本发明实施例1中石英直角棱镜胶合之后的结构示意图；
30.图2为本发明实施例1中两个直角棱镜斜面间的空气间隔示意图；
31.图3为本发明实施例1中石英直角棱镜上衰减膜的理论效果图；
32.图4为本发明实施例1中石英直角棱镜上衰减膜的实际厚度测量图；
33.图中，1为直角棱镜，11为膜层，12为空气间隔，2为玻璃板。
具体实施方式
34.为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
35.膜层的制备是在光驰1350真空箱式镀膜机上完成的，膜厚采用晶控控制系统。此镀膜机配备电子束单蒸发源方式，扩散泵确保设备抽速稳定性。
36.实施例1
37.如图1所示，一种宽波段衰减器，包括两个相同基材的直角棱镜，两个直角棱镜的斜面相互靠合；在直角棱镜斜面上的一端镀制2mm宽的膜层(膜层镀制在其中一个直角棱镜上)，来控制两个直角棱镜斜面之间的空气间隔，以此实现不同波段的不同衰减比例。如图2所示，不镀制膜层一端的两个直角棱镜斜面间间隔为零，镀制膜层一端的两个直角棱镜斜面间间隔为膜层厚度，使得两个直角棱镜斜面间的空气间隔呈三角形结构。两个直角棱镜的两端面分别胶合有玻璃板，使得两个玻璃板和两个直角棱镜形成一个整体。
38.上述两个直角棱镜胶合在一起达到衰减效果，入射光斑为1mm，棱镜整体长度为70mm，棱镜所用材质为熔石英，棱镜上的衰减膜为膜层为二氧化硅膜层。
39.膜层的制备方法，均包括如下步骤：
40.(1)基底加热：用无尘布蘸环保擦拭液(佛山佳劲ech-cs)和丙酮体积比为7:1的混合液擦拭基底，对基底在抽真空状态下进行烘烤加热，提高基底温度，其中，烘烤温度为300℃～310℃，烘烤时间为1.5小时；
41.(2)离子束清洗：对基底进行离子束清洗，离子清洗时长为2min，离子束电压为400v，离子束流为400a；
42.(3)棱镜斜角面膜层的镀制：根据膜系设计中模拟的空气间隔距离，在斜面2mm宽度范围内进行膜层制备；
43.sio2膜层镀制：将sio2膜料放到坩埚中，采用电子束蒸发的方法进行镀制，其本底真空度高于6.0
×
10-3
pa，沉积速率为1.5nm/s。
44.设计目标衰减分光比为88:12，也就是r＝88％
±
1％@1064nm，使用轮廓仪进行实际膜厚的测量，膜厚在950-980nm，保证空气间隔。
45.图3为石英直角棱镜上衰减膜的理论效果图，由图3可看出，膜厚在950-980nm，1064nm处的分光比为88：12；图4为实施例1中石英直角棱镜上衰减膜的实际厚度测量图，由图4可看出，膜厚在974nm，分光比为88.3：11.7。
46.发明人经过大量的科研实验，发现上述可调激光衰减器通过膜层厚度的调整，可得到从1％～100％的衰减比，本例材质空气间隔(膜层厚度)与衰减比的关系，如表1所示，表中d为空气间隔(膜层厚度)，t为衰减比。
47.表1 实施例1可调激光衰减器的衰减表
[0048][0049][0050]
对比例1
[0051]
与实施例1所不同的是：基材同为石英的前提下，膜层的厚度1010nm，其余均参照实施例1，衰减分光比为90:10，没有达到目标的衰减比88:12。
[0052]
对比例2
[0053]
与实施例1所不同的是：基材同为石英的前提下，膜层的厚度860nm，其余均参照实施例1，衰减分光比为85:15，没有达到目标的衰减比88:12。
[0054]
实施例2
[0055]
棱镜所用材质为硒化锌，膜层为锗膜层，其它均参照实施例1。
[0056]
ge膜层镀制：将ge膜料放到坩埚中，采用电子束蒸发的方法进行镀制，其本底真空度高于6.0
×
10-3
pa，沉积速率为0.8nm/s。
[0057]
发明人经过大量的科研实验，发现上述可调激光衰减器通过膜层厚度的调整，可得到从1％～100％的衰减比，本例材质空气间隔(膜层厚度)与衰减比的关系，如表1所示，表中d为空气间隔(膜层厚度)，t为衰减比。
[0058]
表2 实施例2可调激光衰减器的衰减表
[0059][0060][0061]
为了保证光学元件的可靠性，根据使用要求对样品进行了环境试验：
[0062]
附着力测试：用宽度1英寸的3m专用胶带紧贴镀膜表面，然后沿膜面垂直方向迅速拉起，反复拉扯20次，实施例1和2的膜层均未有脱膜现象。
[0063]
湿热测试：在温度为50℃的水里浸泡48小时后，实施例1和2的膜层均无出现任何变化，无起皮、脱落等问题；
[0064]
耐高温验证：常温升至300℃烘烤12小时后降至常温后，实施例1和2的膜层均无出现任何变化，无起皮、脱落等问题。
技术特征：
1.一种可调激光衰减器，其特征在于：包括两个相同基材的直角棱镜，两个直角棱镜的斜面相互靠合；在直角棱镜斜面上的一端镀制不同厚度的膜层，来控制两个直角棱镜斜面之间的空气间隔，以此实现不同波段的不同衰减比例。2.如权利要求1所述的可调激光衰减器，其特征在于：不镀制膜层一端，两个直角棱镜斜面间间隔为零；镀制膜层一端，两个直角棱镜斜面间间隔为膜层厚度；使得两个直角棱镜斜面间的空气间隔呈三角形结构。3.如权利要求1或2所述的可调激光衰减器，其特征在于：两个直角棱镜的两端面分别胶合有玻璃板；膜层宽度为1.5～2.5mm。4.如权利要求1或2所述的可调激光衰减器，其特征在于：针对近紫外到近红外波段，直角棱镜所用材料为熔石英；针对中远红外波段，直角棱镜所用材料为硒化锌。5.如权利要求1或2所述的可调激光衰减器，其特征在于：针对近紫外到近红外波段，膜层为二氧化硅膜层，针对中远红外，膜层为锗膜层。6.如权利要求5所述的可调激光衰减器，其特征在于：二氧化硅膜层的厚度为30～1200nm；锗膜层的厚度为60～3000nm。7.如权利要求1或2所述的可调激光衰减器，其特征在于：膜层的制备包括如下步骤：(1)基底加热：镀膜前对直角棱镜在抽真空状态下进行烘烤加热，提高直角棱镜温度，烘烤温度为300～350℃，时间为1～1.5h；(2)离子束清洗：对直角棱镜进行离子束清洗，离子清洗时长为1～15min，离子束电压为300～400v，离子束流为300～400a；(3)棱镜斜角面膜层的镀制：根据膜系设计中模拟的空气间隔距离，在直角棱镜斜面1.5～2.5mm宽度范围内进行膜层制备。8.如权利要求7所述的可调激光衰减器，其特征在于：步骤(1)中，烘烤加热前，用无尘布蘸环保擦拭液和丙酮体积比为(6-8):1的混合液擦拭基底。9.如权利要求7所述的可调激光衰减器，其特征在于：步骤(3)中，二氧化硅膜层镀制为：将sio2膜料放到坩埚中，采用电子束蒸发的方法进行镀制，其本底真空度高于6.0
×
10-3
pa，沉积速率为1-2nm/s。10.如权利要求7所述的可调激光衰减器，其特征在于：步骤(3)中，锗膜层镀制：将ge膜料放到坩埚中，采用电子束蒸发的方法进行镀制，其本底真空度高于6.0
×
10-3
pa，沉积速率为0.5-1nm/s。
技术总结
本发明公开了一种可调激光衰减器，包括两个相同基材的直角棱镜，两个直角棱镜的斜面相互靠合；在直角棱镜斜面上的一端镀制不同厚度的膜层，来控制两个直角棱镜斜面之间的空气间隔，以此实现不同波段的不同衰减比例。本发明通过在两个直角棱镜相互靠合的斜面一端镀制膜层，然后将两个直角棱镜进行胶合，通过膜层的厚度来控制直角棱镜之间的空气间隔，实现不同波段的衰减，衰减比从1％-100％都可以达到。100％都可以达到。100％都可以达到。
