Verfahren zur Herstellung eines Interferenzspiegels Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Interferenzspiegels, der Wärme- strahlen durchlässt und aus aufeinanderfolgenden Schichten mit hohen und niedrigen Brechungskoeffi zienten besteht. Ferner betrifft die Erfindung einen nach dem Verfahren hergestellten Interferenzspiegel.
Bekannte Interferenzspiegel dieser Art zerfallen in zwei Gruppen. Die Interferenzspiegel der einen Gruppe werden aus mechanisch festen und wärme beständigen Stoffen (z. B. Si02 und Ti02) durch Vakuumverdampfung hergestellt, und zum Herstellen der anderen Gruppe von Interferenzspiegeln dienen Stoffe von geringerer mechanischer Festigkeit.
Die Herstellungsverfahren für die beiden Gruppen von Interferenzspiegeln sind kompliziert, da bei jeder aufgedampften Schicht ihre optische Dicke geprüft werden muss. Zu diesem Zweck ist eine grosse Anzahl von Lichtfiltern, Monochromatoren usw. erforderlich.
Ausserdem ist bei festen Stoffen eine langwierige Bearbeitung jeder Schicht notwendig, so dass die Herstellung eines solchen Spiegels bis zu<B>100</B> Std. dauert.
Stoffe von geringer mechanischer Festigkeit wer den meistens auf die Hinterseite des Spiegels auf gebracht, um eine Beschädigung zu vermeiden. Dies führt jedoch zu einer Verschlechterung der optischen Eigenschaften der Spiegel.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, die Her stellung eines Interferenzspiegels zu vereinfachen. Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass auf einer Glasunterlage abwechselnd aufeinander folgende Schichten von ZnS und MgF2 und danach eine Titanschicht durch Vakuumverdampfung gebil det werden und das ganze Interferenzsystem einer Wärmebehandlung in Luftatmosphäre unterzogen wird.
Ein nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellter Interferenzspiegel ist dadurch gekenn zeichnet, dass Schichten von ZnS und MgF2 nach ihrer optischen Dicke in drei Gruppen geteilt sind, von denen drei bis vier an der Unterlage anliegende Schichten eine optische Dicke von
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für A. = 560<B>...</B> 600 mu und drei bis sieben darüberliegende Schichten eine optische Dicke von
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für A, = 400<B>...</B> 440 m,y besitzen, während bei mehreren Zwi schenschichten die optische Dicke
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beträgt,
so dass
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ist. Die Wärmebehandlung kann in Luftatmosphäre bei einer Temperatur von 420-440 C über einen Zeitraum von etwa 4 Std. einwirken.
Durch die Aufteilung in Gruppen wird der Her stellungsvorgang vereinfacht, weil eine optische Kon trolle nur in drei Zonen notwendig ist. Der Reflek- tionsfaktor im Gebiet des sichtbaren Spektrums eines solchen Spiegels beträgt bis 99 % und im Infrarot- bereich 6 bis 20 %, wobei keine merkliche Färbung des reflektierten Lichtes eintritt.
Damit der Interferenzüberzug die notwendige Festigkeit erhält, wird seine Aussenschicht zweck mässig aus einem mechanisch haltbaren und wärme beständigen Stoff, z. B. Ti02, hergestellt. Dadurch er hält man die Möglichkeit, den Interferenzüberzug auf die vordere Fläche des Spiegels aufzubringen. Das Aufbringen des überzuges auf die vordere Fläche be reitet weniger Schwierigkeiten als das Aufdampfen auf die konvexe Hinterseite, und die Herstellung der Spiegel wird dadurch einfacher. Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel des Spiegels gemäss Erfindung.
Der Interferenzüberzug dieses Spiegels besteht aus 15 aufeinanderfolgenden Stoffschichten 1-15 mit hohem und niedrigem Brechungskoeffizienten (ZnS und MgF2). Die erste Schicht grenzt an eine Glas unterlage (n = l,52), und die 15. Schicht bildet eine Grenzfläche mit Luft (n = 1).
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wobei A die Wellenlänge, n der Brechungskoeffizient und d die geometrische Dicke der Schicht ist.
Nach ihrer optischen Dicke sind die überzugs- schichten in drei Gruppen geteilt. Die optische Dicke der sechs an die Glasunterlage anliegenden Schichten (Schicht 1<B>...</B> 6) beträgt nd <I>:
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</I> für d = 560<B>...</B> 600 mu, vorzugsweise 580 mu, sechs obere Schichten (10<B>...</B> 15) haben eine optische Dicke von nd <I>=</I>
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für .? = 400<B>...</B> 440 mu, vorzugsweise 420<B>...</B> 430 mu, und die optische Dicke der drei Zwischen schichten (7<B>...</B> 9) ist nd <I>=
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</I> A=470 <B>...</B> 500 mu, so dass
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ist.
Die mechanische Festigkeit und die Wärmebestän- digkeit des Spiegels sind durch die Aussenschicht ge währleistet,' die aus einem mechanisch und thermisch haltbaren Stoff, z. B. TiO2, besteht.
Der beschriebene Interferenzspiegel wird durch Vakuumverdampfung und Bildung von aufeinander folgenden Schichten- aus ZnS und MgF2 auf der Un terlage und nachher durch das Aufdampfen einer Schicht aus metallischem Titan hergestellt, wobei die letzte Schicht aus einem Wolframschiffchen verdampft wird. Bei der nachfolgenden vierstündigen Wärme behandlung in der Luftatmosphäre bei der Tempera tur von 420 bis 440 C bildet sich aus metallischem Titan das Titandioxyd.
Die optische Dicke jeder Schicht wird im Laufe des Aufdampfungsvorganges mittels eines Spektralfil- ters bestimmt, indem man Lichtfilter mit schmalban- digem Durchlassbereich in die Kammer einer Photo- metereinrichtung einführt, die zu diesem Zweck auf der Vakuumeinrichtung angeordnet ist.
Das beschriebene Verfahren zur Herstellung von Interferenzspiegeln gewährleistet eine genügend ge naue Wiederholung der vorgegebenen Eigenschaften, die Gleichmässigkeit des Überzuges auf grossen ellip- tischen Oberflächen sowie grosse Werte des Refle xionsfaktors für sichtbare Strahlen und einen verhält- nismässig kleinen Reflexionsfaktor für Wärmestrahlen.
Method for producing an interference mirror The invention relates to a method for producing an interference mirror which lets through heat rays and consists of successive layers with high and low refraction coefficients. The invention also relates to an interference mirror produced by the method.
Known interference mirrors of this type fall into two groups. The interference mirrors of one group are made of mechanically strong and heat-resistant materials (e.g. SiO2 and Ti02) by vacuum evaporation, and the other group of interference mirrors is made of materials with a lower mechanical strength.
The manufacturing processes for the two groups of interference mirrors are complicated, since the optical thickness of each vapor-deposited layer has to be checked. A large number of light filters, monochromators, etc. are required for this purpose.
In addition, each layer has to be worked on for a long time with solid materials, so that the production of such a mirror takes up to <B> 100 </B> hours.
Substances of low mechanical strength who are usually placed on the back of the mirror to avoid damage. However, this leads to a deterioration in the optical properties of the mirrors.
The present invention makes it possible to simplify the manufacture of an interference mirror. The method according to the invention consists in that alternating layers of ZnS and MgF2 and then a titanium layer are formed on a glass substrate by vacuum evaporation and the entire interference system is subjected to a heat treatment in an air atmosphere.
An interference mirror produced by the method according to the invention is characterized in that layers of ZnS and MgF2 are divided into three groups according to their optical thickness, of which three to four layers resting on the substrate have an optical thickness of
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for A. = 560 <B> ... </B> 600 mu and three to seven overlying layers an optical thickness of
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for A, = 400 <B> ... </B> 440 m, y have, while with several intermediate layers the optical thickness
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amounts to
so that
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is. The heat treatment can act in an air atmosphere at a temperature of 420-440 C for a period of about 4 hours.
The division into groups simplifies the manufacturing process because visual control is only necessary in three zones. The reflection factor in the visible spectrum of such a mirror is up to 99% and in the infrared range 6 to 20%, with no noticeable coloration of the reflected light.
So that the interference coating receives the necessary strength, its outer layer is expediently made of a mechanically durable and heat-resistant material, such. B. Ti02 produced. Thereby he keeps the possibility of applying the interference coating to the front surface of the mirror. The application of the coating to the front surface is less difficult than the vapor deposition on the convex rear, and the manufacture of the mirror becomes easier. The drawing shows an embodiment of the mirror according to the invention.
The interference coating of this mirror consists of 15 successive layers of material 1-15 with high and low refractive indices (ZnS and MgF2). The first layer is adjacent to a glass substrate (n = 1.52), and the 15th layer forms an interface with air (n = 1).
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where A is the wavelength, n is the refractive index and d is the geometric thickness of the layer.
The coating layers are divided into three groups according to their optical thickness. The optical thickness of the six layers adjacent to the glass substrate (layer 1 <B> ... </B> 6) is nd <I>:
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</I> for d = 560 <B> ... </B> 600 mu, preferably 580 mu, six upper layers (10 <B> ... </B> 15) have an optical thickness of nd <I > = </I>
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For .? = 400 <B> ... </B> 440 μm, preferably 420 <B> ... </B> 430 μm, and the optical thickness of the three intermediate layers (7 <B> ... </B> 9) is nd <I> =
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</I> A = 470 <B> ... </B> 500 mu, so that
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is.
The mechanical strength and heat resistance of the mirror are guaranteed by the outer layer, which is made of a mechanically and thermally durable material, e.g. B. TiO2.
The interference mirror described is produced by vacuum evaporation and the formation of successive layers of ZnS and MgF2 on the base and then by evaporation of a layer of metallic titanium, the last layer being evaporated from a tungsten boat. During the subsequent four-hour heat treatment in an air atmosphere at a temperature of 420 to 440 C, titanium dioxide is formed from metallic titanium.
The optical thickness of each layer is determined in the course of the vapor deposition process by means of a spectral filter by inserting light filters with a narrow-band passage area into the chamber of a photometer device which is arranged on the vacuum device for this purpose.
The described method for producing interference mirrors ensures a sufficiently accurate repetition of the given properties, the uniformity of the coating on large elliptical surfaces and large values of the reflection factor for visible rays and a relatively small reflection factor for thermal rays.