光学玻璃制造技术

一种以硅酸基为主体的光学玻璃，具有高膨胀系数、高杨氏模量、优良的耐候性且在红外光波区域有高透过率。此玻璃组成以摩尔百分比表示含３６至６６％的二氧化硅，０至１２％的三氧化二铝，０至６％的三氧化二硼，０至１０％的氧化镁，０至１６％的氧化钙，０至１６％的氧化锶，０至１６％的氧化钡，０至８％的氧化锌，０至３２％的氧化锂，０至２５％的氧化钠，０至２５％的氧化钾，０至２０％的氧化铯，０至６％的五氧化二磷，０至８％的氧化钪，或氧化钇，或氧化镧，或二氧化钛，或二氧化锆，或二氧化铪，或五氧化二钽，或五氧化二铌，或氧化钨，或二氧化锡，或三氧化二铈，０ｔｏ５％的氧化铅，氧化砷，或氧化锑。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及适合制成不同厚薄、平板状的基板的玻璃，而于基板上镀上合适材料的薄膜，以作为干涉滤光片的应用。更特别的是，本专利技术的相关玻璃组成，可依据不同镀膜的热膨胀系数要求来设计，调整玻璃成份组成的比例，而使之具有所需要的热膨胀系数且同时达到高热膨胀系数的掌控。如此可制得光波波长频带不因环境温度及应力变化而移动其波长频带的干涉滤光片。于高密度波峰复用器(DWDM)的传递可将电话的音频、电视的视频及计算机网络的数字信号等转换成光信号，而分别由不同的波长来传输。最后再转换回原来的音讯，视讯及数字信号。典型的高密度波峰复用器(DWDM)的构成，是由雷射产生一个光信号，其具有近红外波长光谱的频带，中心波长约在1500nm，经过干涉滤光片，能产生波长宽0.2nm，波间距0.8nm的光学信号频道的载体。相当于射频(RadioFrequency)，波长宽25GHz，波间距100GHz。以一实例来说明，高密度波峰复用器(DWDM)通常使用的光学载体频道，其波长频宽为0.2nm，波间距0.8nm，如1498.4nm，1499.2nm，1500.0nm，1500.8nm，1501.6nm等。此不同的光学载体频道，以光的型态多路复用(multiplexing)，可以同时在一条光纤中传递。其光的多路复用(multiplexing)是藉由共振腔滤镜(resonant cavity filter)，此描述可由美国专利US5,953,134得之。其是由多个干涉滤光片(interference filter)所组合，各个干涉滤光片只能透过单一特定波长，而反射其它波长。而在光纤的另一端接收处，可利用其滤波构造，建构另一分波(de-multiplexing)用途。所以在接收端，可分别接受各个不同的信号，并各自转换复原为音频、视频、数字信号等。由上所述干涉滤光片于高密度波峰复用器的应用，对于各个中心波长，波长宽，波距等要求很严格，尤其是在很窄的波宽及很小的波距的应用下的稳定性，不能因为周围环境(如温度，湿度)的改变而有所影响。否则在传输过程中，光学载体频道间会相互混合而干扰，而降低信号对噪声比(S/N)，甚至整个信号会遗失掉。所以在高密度波峰复用器(DWDM)中所采用的光学干涉滤光片其制造所使用的玻璃，在特殊特性要求下与目前市场上现有的玻璃成份组成有所不同，理由如后。传统玻璃在广义的分类上分成软质(soft)，及硬质(hard)；软质玻璃典型具有热膨胀系数大于60×10-7/℃，而硬质玻璃典型具有热膨胀系数小于60×10-7/℃，软质玻璃通常有较低的杨氏模量(Young′s modulus)，且玻璃表面很容易在高温，高湿度，或含有侵蚀性气体的环境下产生变质。然而高密度波峰复用器组件中光学干涉滤光片，因将介电物质镀膜于玻璃基板上，故其玻璃材料的选择，是要使得玻璃镀膜后其光学干涉滤光片具有波长特性的稳定性，也就是玻璃要有高杨氏模量，高膨胀系数以搭配镀膜，使组件尺寸稳定。也就是玻璃要有所谓″硬质″玻璃的特性外还要有比″硬质″玻璃还高的膨胀系数。此外，已经发现用于高密度波峰复用器的组件光学干涉滤光片中所使用的玻璃基板，其热膨胀系数要较精确的配合镀于玻璃基板上的介电层材料特性的设计，如此所制作出的光学干涉滤光片，才会具有滤出波的特性，如中心波长，波宽及波距等，对环境的热稳定性。其通常所使用的介电层镀膜材料，包含二氧化钛(Titanium dioxide)，五氧化二钽(Tantalum oxide)，五氧化二铌(Niobium oxide)，二氧化硅(Siliconoxide)，三氧化二铝(Aluminum trioxide)，以及其它物质。可以确信的是，此镀膜层所使用的玻璃基板，具有较高的热膨胀系数，使得所制作出的光学干涉滤光片具有稳定的波长特性，于镀膜过程中较高膨胀系数的玻璃会使得镀于其上的金属氧化物的介电层于镀膜机内由超过200℃温度，至镀膜完成后，降至室温时，在镀膜层上产生压缩应力。市面上已被认同用于高密度波峰复用器的光学干涉滤光片中所使用的玻璃基板具有此特性，已被揭露于欧洲专利，专利号码EP1081512，专利技术者NAOYURI，此专利诉求，重点于光学干涉滤光片中所使用的玻璃，具有能用于滤波镜而不使折射率因温度变化而产生明显的变化。其玻璃的热膨胀系数含盖范围从90×10-7/℃到120×10-7/℃(于-20℃到70℃)，其玻璃的杨氏模量(Young′s modulus)大于75GPa，维氏硬度(vickers hardness)大于550，且于波长范围从950nm到1600nm有着高透光性，即玻璃板于10mm厚度，有着90％以上的高透光性。所以本专利技术构想是提供具有改进玻璃成份组成，而特别适合于高密度波峰复用器组件干涉滤光片中所使用的玻璃。滤光片要具有对恶劣环境的忍受能力，即所谓的耐环境测试或耐候性。本专利技术以增加玻璃基板的所谓耐环境测试，即在温度70℃，相对湿度85％测试条件下，由目视观察下，玻璃表面不会产生明显的作用及被破坏。所以本专利技术的玻璃组成具有优良的耐环境测试能力。对于滤光片要具有高强度及高杨氏模量，本专利技术的玻璃组成的杨氏模量大于85GPa。对于滤光片在其应用波长带从1300nm到1600nm要具有高光波透过率，所以本专利技术的玻璃组成其光透过率于1300nm到1600nm的波长范围，玻璃厚度8mm时，大于91％。本专利技术的目的是提供具有相当高的热膨胀系数的玻璃成份组成。本专利技术的另外目的是提供具有相当高的热膨胀系数外，还要具有相当高的杨氏模量的玻璃成份组成。本专利技术的另外目的是提供具有高热膨胀系数高杨氏模量外，还具有高透光率的玻璃成份组成。本专利技术的另外目的是所提供的玻璃成份组成可应用在玻璃上镀膜形成所谓的光学干涉滤光片，此滤光片在所选择的波长区域有着波长位置稳定且高透过率特性。本专利技术的另外目的是所提供的玻璃成份组成具有相当高的热膨胀系数，此热膨胀系数值的要求预估，可预先设计改变其成份组成，及组成百分比含量以达目的。本专利技术的另外目的是所提供的玻璃成份组成具有适合用于制造光学干涉滤光片所用的玻璃基板，以使得此光学干涉滤波镜对于某特定波长的中心波长定位具有稳定性及高透光性。本专利技术的另外目的是所提供玻璃成份组成具有适合用于制造光学干涉滤光片，此滤光片是应用于高密度波峰复用器的组件。此组成玻璃具有可预先设计改变其成份组成，及组成百分比含量以达所要求的热膨胀系数值，其范围从105×10-7/℃到120×10-7/℃(于-30℃到70℃)。杨氏模量为大于85GPa。光学透光性于波长带1300nm到1600nm，在玻璃基板厚度小于8mm时，有大于91％的透过率，并且暴露于高温，高湿的环境下一段时间，玻璃表面不会有明显的破坏的所谓的耐环境测试能力。对于本专利技术其它不同的目的及优点，以及最新颖的特性，有赖于有经验的详阅所补述的规格特性和权利要求。可理解的是，虽然本专利技术在此揭露了如所描述的目的用途及优点特性，然仅是较优先具体化的描述。简单的陈述，本专利技术包含以硅酸基为基质的新光学玻璃组成，其具有的物理特性，使此玻璃能当作基板并于其上镀上薄膜用于光学干涉滤光片，此滤光片能在周围环境温度的变化下，即使在极窄的波宽与波距下，也能使各个波长的中心位置精确而不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学玻璃，其组成包括：ａ．３６到６６摩尔％ＳｉＯ↓［２］（二氧化硅）；ｂ．０到１２摩尔％Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］（三氧化二铝），０到８摩尔％Ｂ↓［２］Ｏ↓［３］（三氧化二硼），０到６摩尔％Ｌａ↓［２］Ｏ↓［３］（三氧化二镧）； ｃ．０到１０摩尔％ＭｇＯ（氧化镁），０到１６摩尔％ＣａＯ（氧化钙），０到１６摩尔％ＳｒＯ（氧化锶），０到１６摩尔％ＢａＯ（氧化钡），０到８摩尔％ＺｎＯ（氧化锌）；ｄ．０到３２摩尔％Ｌｉ↓［２］Ｏ（氧化锂），０到２５摩尔％Ｎａ↓［２］Ｏ（ 氧化钠），０到２５摩尔％Ｋ↓［２］Ｏ（氧化钾），０到２０摩尔％Ｃｓ↓［２］Ｏ（氧化铯）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林文彬，
申请(专利权)人：碧悠国际光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]