光学和光电制品制造技术

本发明专利技术揭示了掺有无定形金刚石状薄膜的光学和光电制品。具体地，本发明专利技术包括在两种或多种相邻基质上含有无定形金刚石状薄膜的光学或光电制品，和本发明专利技术涉及制造光学与光电制品的方法。在一些方案中，以不含氢为基础该薄膜包括至少约３０％原子的碳，约０－约５０％原子的硅，和约０－约５０％原子的氧。另一实施方案包括含有无定形金刚石状薄膜的光学或光电制品，该制品进一步用连接器件外壳用的金属或聚合物材料涂布。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及含金刚石状薄膜的制品和制造含该金刚石状薄膜的光学与光电制品的方法。
技术介绍
现代电子设备，如在光纤通信中使用的光学组件，常含有物理性能不同的许多材料。简单光电组件含有全部熔化在一起形成一个制品的有机聚合物、玻璃和金属。这种制品的实例是将光纤组件拼接在一起所使用的光纤接头。各接头同样连接在材料与界面之间具有多个过渡区域的许多不同材料，其中在所述界面处两种或多种材料彼此接触。这些光学组件内的过渡区域和界面在产生耐用、功能良好的产品方面可能存在挑战，这是因为为了防止污染环境，必须很好地密封(如水或有机材料作为液体或气体进入)。同样，它们必须结实和耐用，这可能具有挑战，因为一些材料不容易彼此粘结到一起，即使将它们按所需接触放置。例如，在一些光纤中使用的玻璃不容易与金属粘结，形成光纤外壳。因此，对更耐用的光学组件存在普遍的需求，尤其对光学组件内使用的材料之间的过渡区域提供更好保护以及在光学组件内使用的材料之间的界面处提供更好粘结的制品存在需求。专利技术概述本专利技术涉及掺有无定形金刚石状薄膜的光学制品，该薄膜在光电制品内用于保护材料之间的过渡区域或界面。在一些具体的实施方案中，本专利技术包括含无定形金刚石状薄膜的光学和光电制品，所述薄膜覆盖两个或多个相邻基质的至少一部分。另一实施方案包括在至少一部分基质上具有无定形金刚石状薄膜和在金刚石状薄膜上具有至少一层涂层的光学基质，其中至少部分金刚石状薄膜被外壳(package)密闭。本专利技术还涵盖制造光学和光电制品二者的方法。本专利技术的一个实施方案是使掺有无定形金刚石状薄膜和在金刚石状薄膜上有金属层的光学制品金属化，所述金属层用于将光学制品连接到外壳上，以制造光电制品。具体地，本专利技术包括含有金属化的无定形金刚石状薄膜的光学和光电制品，所述薄膜覆盖至少一种基质的至少一部分，本专利技术还涉及制造光学和光电制品二者的方法。一般地，本专利技术的制品包括光学玻璃基质和光学聚合物基质。当存在这两种基质时，光学玻璃基质可以是例如光纤，和聚合物基质可以是在部分光纤上的涂层。无定形金刚石状薄膜可沉积在至少部分玻璃和聚合物基质上，通过在这两种基质上形成强的保护层，从而改进制品的性能。金刚石状薄膜的优点在于它可保护它在其上沉积的材料，同时在从玻璃基质到聚合物基质的过渡区域内提供附加的密封。金刚石状薄膜也为其所沉积的基质提供可涂布或沉积的附加的材料。例如，在本专利技术的一些实施方案中，金属层沉积在金刚石状薄膜上。类似地，可使用玻璃料或通过激光焊通过焊接将金刚石状薄膜粘结到其它组件上。按照这种方式，有可能在光学组件内的材料之间形成结实、耐用、气密的封接。也可能在光电制品内形成与其它组件具有稳定、耐用连接的外壳。尽管本专利技术适合于各种制品，但尤其适合于在光学和光电制品中使用。特别有用的光学和光电制品包括例如光纤接头、热外壳、光放大器模件、光开关模件、色散补偿装置、光学多路复用器/多路信号分离器单元、光接收机和激光模件。此处所使用的术语“金刚石状薄膜(diamond-like film)”是指基本上或完全无定形的含碳薄膜，该薄膜任选地包括一种或多种选自氢、氮、氧、氟、硅、硫、钛和铜中的附加附加组分。在一些实施方案中可存在其它元素。该薄膜可以无规体系或互穿体系，如互穿的金刚石状纳米复合材料(称为DYLYN)以共价键连接，如美国专利No.5466431所述。本专利技术的无定形金刚石状薄膜可含有原子簇，它使薄膜产生短程有序，但基本上避免导致微观或宏观结晶的中程和远程有序。本专利技术使用的合适金刚石状薄膜包括金刚石状碳、金刚石状玻璃、金刚石状网络和互穿的金刚石状纳米复合材料。一般地，金刚石状薄膜包括至少约25％原子的碳，约0-约50％原子的硅，和约25％原子的氧，以不含氢为基础。“以不含氢为基础”是指通过诸如光电子能谱化学分析法(ESCA)之类的方法确定材料的原子组成中检测不到氢，即使该材料大量存在于薄膜内。在一些实施方案中，金刚石状薄膜包括约30-约70％原子的碳，约20-约40％原子的硅，和约20-约40％原子的氧，以不含氢为基础。合适的金刚石状薄膜一般在高于300℃的温度下是稳定的。如上所述，可在金刚石状薄膜上添加附加的涂层，以进一步的功能化。例如，可将玻璃焊剂、金属或聚合物组合物的涂层任选地放置在金刚石状薄膜上。合适的金属包括例如镍、铜和金。本专利技术还涉及外壳，它密闭至少一部分无定形金刚石状薄膜涂布的玻璃基质，它可以连接装置将所述的外壳粘结到无定形金刚石状薄膜上以形成气密性的密封。本专利技术进一步涉及沉积金刚石状薄膜的方法。该方法包括在易抽空的反应室内提供具有至少两个电极的电容式耦合的反应器体系。该室被部分抽真空，并将射频功率施加到一个电极上。在电极之间引入含碳源，在靠近电极处形成包括反应性物质的等离子，同样在靠近至少一个电极处形成离子鞘。将含两种或多种玻璃基质的制品放置在离子鞘内并与反应性物质接触物质，在各种基质的至少一部分上形成金刚石状薄膜。该条件产生的薄膜包括例如含至少25％原子的碳，约0-50％原子的硅，和约0-50％原子的氧的金刚石状薄膜，以不含氢为基础。可将薄膜制成特定的厚度，通常是1-10微米，优选1-2微米。任选地，可使用预处理或后处理。预处理步骤包括在沉积之前清洗基质表面。后处理包括退火沉积的膜。在预处理和后处理结合操作的情况下，可提高薄膜的高温稳定性。此处所使用的术语“无定形”是指基本上无规排序的非晶体材料，它不具有X-射线衍射峰或具有常有的X-射线衍射峰。此处所使用的术语“玻璃料”是指常与聚合物混合以增加熔体流动特征的粘稠玻璃基化合物，它常用于在玻璃基光学元件如光纤和常具有不同热膨胀系数的基质之间形成熔融密封。此处所使用的术语“偏压(bias)”是指物体(例如电极)相对于在其附近的一些其它物质(例如等离子体)具有电势。此处所使用的术语“自偏压(self bias)”，是指相对于电极和等离子体，通过向产生等离子体的电极施加功率(例如射频)而产生的偏压。此处所使用的术语“外壳”是指外壳或机壳，它通常具有一个或多个开口，允许连接如电连接或光连接到体系或模件中的其它元件上。此处所使用的术语“平行板反应器”是指含有至少两个电极的反应器，其中在电极之间的电流流动的主要机理是电容耦合。各电极可以不对称，这意味着它们具有不同的尺寸、形状、表面积等，且不需要彼此平行。一个电极可以接地，和一个电极可以是反应室本身。此处所使用的术语“等离子体”是指物质部分离子化的气体或流体状态，其中含有包括电子、离子、中性分子、自由基和其它激发状态的原子与分子的反应性物质。当包括在等离子体内的物质从各种激发状态松弛到较低或基态时，一般会从等离子体中发射出可见光和其它射线。本专利技术的上述概述所披露的内容没有描述本专利技术的各种实施方案。以下的附图和详细说明将会实现这一目的。附图的简要说明本专利技术的实施方案在下述说明中列出并在附图中示出。在所有附图中，类似的附图标记表示类似的部件。附图说明图1A是根据本专利技术方案形成的用蒸气-沉积的薄膜覆盖的光纤侧面的横截面视图。图1B是沿图1A光纤的线B-B’的端部横截面视图。图1C是沿图1A光纤的线C-C’的端部横截面视图。图2A是根据本专利技术方案形成的用蒸气-沉积的薄膜覆盖的光纤侧面的横截面视图。图2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学和光电制品，它包括：光学玻璃基质；靠近光学玻璃基质的聚合物基质；和沉积在至少部分玻璃基质和至少部分聚合物基质上的无定形金刚石状薄膜。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：德韦恩L拉布拉克，布拉因J盖茨，布里翁J克朗克，莫塞塞M大卫，布拉因K纳尔逊，迈克N米勒，詹姆士F布雷南三世，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[]