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隨著光通訊的發(fā)展，對(duì)光學(xué)薄膜的性能要求越來(lái)越高，這對(duì)鍍膜機(jī)的均勻性提出更高要求。本文通過(guò)設(shè)計(jì)一種新的夾具，使鍍膜機(jī)的均勻性由1%優(yōu)化為0.1%。

　　隨著光通訊以及其他行業(yè)的飛速發(fā)展，各種不同功能的光學(xué)薄膜涌現(xiàn)，其光譜性能要求越來(lái)越高，使用越來(lái)越廣泛，50G，GFF 等高難度薄膜的需求越來(lái)越多，這對(duì)鍍膜機(jī)的要求也越來(lái)越高。

　　目前市場(chǎng)上的主流鍍膜機(jī)均勻性最高只能達(dá)到1%，在鍍制普通光學(xué)薄膜時(shí)影響不大，但是在鍍制50G，GFF 等高難度薄膜時(shí)，鍍膜的良率和產(chǎn)量都很難達(dá)到要求。目前業(yè)界的措施多為使用遮蔽板來(lái)優(yōu)化均勻性。但是遮蔽板一來(lái)需要大量試驗(yàn)來(lái)確定尺寸，同時(shí)不同的膜系遮蔽板不能通用，這大大限制了遮蔽板的使用。本文通過(guò)直接對(duì)鍍膜機(jī)的夾具進(jìn)行改進(jìn)來(lái)改善均勻性，目前未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。

1、鍍膜機(jī)的結(jié)構(gòu)

　　本文使用OCLI 的J-CLASS 磁控濺射鍍膜機(jī)，主要由真空系統(tǒng)，濺射系統(tǒng)，光控系統(tǒng)3 部分組成，因真空系統(tǒng)和光控系統(tǒng)對(duì)均勻性影響較小，本文不做贅述。主要介紹濺射系統(tǒng)，如圖1 所示：鍍膜基片用螺絲鎖在一個(gè)安裝在腔體頂部，高速旋轉(zhuǎn)的軸上，如圖2 所示：

圖1 濺射系統(tǒng)

圖2 鍍膜基片安裝示意圖

2、鍍膜機(jī)的均勻性

　　以如下設(shè)計(jì)來(lái)鍍制一個(gè)均勻性實(shí)驗(yàn)，前36層以1535nm 波長(zhǎng)監(jiān)控，后面37 層用1565nm 波長(zhǎng)監(jiān)控。

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　　測(cè)量的光譜曲線如圖3：

圖3 均勻性設(shè)計(jì)光譜曲線

　　光譜曲線的左右兩個(gè)峰，分別代表低折射率材料和高折射率材料的譜線， 用這個(gè)譜線的0.5dB 帶寬中心波長(zhǎng)來(lái)計(jì)算均勻性。

　　測(cè)量半徑方向各點(diǎn)光譜，可以分別測(cè)得各點(diǎn)高低折射率材料的0.5dB 帶寬中心波長(zhǎng)，得到半徑- 中心波長(zhǎng)曲線，如下：

圖4 原夾具均勻性曲線

　　均勻性計(jì)算公式為：均勻性=(中心波長(zhǎng)最大值-最小值)/ 監(jiān)控波長(zhǎng)*100%。計(jì)算出鍍膜機(jī)的均勻性為：

　　低折射率材料均勻性=(1549.3-1535)/1535=0.9%。

　　高折射率材料均勻性=(1577.6-1565)/1565=0.8%。

3、新設(shè)計(jì)的夾具

　　老夾具采用螺絲固定基片，基片與旋轉(zhuǎn)軸完全鎖死，由馬達(dá)帶動(dòng)基片高速旋轉(zhuǎn)。但是機(jī)械運(yùn)動(dòng)中不可避免的存在各種振動(dòng)，以及由于功率波動(dòng)帶來(lái)的速率不穩(wěn)定，會(huì)導(dǎo)致基片旋轉(zhuǎn)的速率不穩(wěn)，以及基片的抖動(dòng)，從而導(dǎo)致均勻性不好。

　　本文設(shè)計(jì)一種全新的夾具，示意圖如圖5：采用一個(gè)光滑圓球，使基片在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，在離心力的作用下，減少摩擦力，使旋轉(zhuǎn)更平穩(wěn)，從而提高徑向的均勻性，其各部分結(jié)構(gòu)實(shí)物圖如圖6 所示。

圖5 新夾具示意圖

圖6 夾具實(shí)物圖

　　基片與旋轉(zhuǎn)軸之間采取動(dòng)連接，依靠摩擦力來(lái)帶動(dòng)基片旋轉(zhuǎn)。而飛行球以及套環(huán)很光滑，可以有效的屏蔽馬達(dá)功率不穩(wěn)帶來(lái)的速率不穩(wěn)以及各種振動(dòng)帶來(lái)的基片抖動(dòng)，從而顯著提高膜層的均勻性。

4、改進(jìn)夾具后的均勻性

　　采取和改進(jìn)夾具之前相同的均勻性實(shí)驗(yàn)方法，測(cè)得改進(jìn)夾具后的均勻性結(jié)果如圖7：

圖7 新夾具均勻性曲線

　　通過(guò)計(jì)算，高低折射率材料的均勻性分別如下：

　　低折射率材料均勻性=(1535.2-1533.6)/1535=0.1%。

　　高折射率材料均勻性=(1567.1-1565.6)/1565=0.1%。

5、結(jié)論

　　本文采用一種全新設(shè)計(jì)的夾具，成功的將徑向均勻性從約1%改善到0.1%，使鍍制高性能薄膜以及提高鍍膜良率提供了一種新的方法，與使用遮蔽板相比，不需要設(shè)計(jì)一系列的遮蔽板以及經(jīng)常更換遮蔽板，可以降低成本，減少實(shí)驗(yàn)，提高生產(chǎn)效率。