CN101620286B - 一种截止滤光膜膜系及其镀制方法 - Google Patents

一种截止滤光膜膜系及其镀制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于镀制K9玻璃基底45°胶合棱镜截止滤光膜的膜系及其镀制方法,属于光学薄膜制造技术。本发明的特点是膜系对1.064μm波段反射率可达到99%,对600nm~800nm波段范围透射率可达到98%,镀制此类膜系的光学器件可用于激光、微光双光路光学系统的仪器,具有将两波段光分开的作用,对提高光学仪器性能、减小仪器的重量及体积具有重要意义。未查阅到与本发明膜系、镀制方法相同的截止滤光膜的报道或资料。

Description

一种截止滤光膜膜系及其镀制方法
技术领域
本发明属于光学薄膜制造技术,涉及对棱镜截止滤光膜膜系和镀制方法的改进。
背景技术
1.064μm高反射率、600nm~800nm高透射率棱镜截止滤光膜应用于激光、微光“二光合一”的光学系统,可减小仪器体积与重量。据了解,现用于镀制此类截止滤光膜使用的材料多为二氧化钛、二氧化硅组合的多层膜,膜层吸收大,透射特性差,透射区域的透射率在93%以下。本发明选用五氧化二钽、二氧化硅给合的对称膜系结构,具有透射特性好、工艺简单,重复性好的优点,透射区域膜层透射率可达到98%。未查阅到与本发明膜系、镀制方法相同的截止滤光膜的报道或资料。
发明内容
本发明的目的是:为激光、微光“二光合一”的光学系统提供分光元件,减小仪器体积与重量,提高仪器性能及可靠性。
本发明的技术方案是:一种K9玻璃基底45°胶合棱镜的1.064μm高反射率、600nm~800nm高透射率截止滤光膜膜系,其特征在于,该膜系从内到外由37层膜组成,属部分层优化的对称膜系结构,使用三种膜料,第一层和最后一层为氟化镁,其余所有偶数层均为二氧化硅,所有奇数层均为五氧化二钽。该膜系每层膜使用的膜料及光学厚度如下:
  膜层序号   1、37   2、36   3、35   4、6、8、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32、34   5、7、9、11、13、15、17、19、21、23、25、27、29、31、33
  膜料名称   MgF2   SiO2   Ta2O5   SiO2   Ta2O5
  光学厚度、(nm)   279   218   339   396   302
一种K9玻璃基底45°胶合棱镜的1.064μm高反射率、600nm~800nm高透射率截止滤光膜膜系的镀制方法,所用仪器设备需配置E型电子束蒸发源、光学膜厚控制仪、石英晶体控制器、离子辅助装置、加热烘烤装置。
镀制该膜系的工艺步骤如下:
(1)清洁被镀零件,使用超声波和/或清洁剂对K9玻璃基底零件镀膜表面进行清洁处理;
(2)烘烤基底,将被镀零件夹持在夹具上放入高真空镀膜设备中,抽真空到真空度高于1×10-2Pa时,加热基底到120℃~160℃,保温时间1~2小时,启动离子源,镀膜过程中保持离子源始终工作;
(3)镀制第1层MgF2膜,MgF2膜料由电子束蒸发源进行蒸镀,蒸镀时真空度为1×10-3Pa~3×10-3Pa,蒸发速率为0.7nm/s~1nm/s,控制膜厚279nm,由光学厚度控制仪控制,控制波长980nm,极值过正法控制,工具因子为1时,极值停蒸点1.1;
(4)镀制第2层SiO2膜,SiO2膜料由电子束蒸发源进行蒸镀,蒸镀时真空度为1×10-2Pa~2×10-2Pa,蒸发速率为0.6nm/s~0.8nm/s,控制膜厚218nm,由光学厚度控制仪控制,控制波长780nm,极值过正法控制,工具因子为1时,极值停蒸点1.1;
(5)镀制第3层Ta2O5膜,Ta2O5膜料由电子束蒸发源进行蒸镀,蒸镀时真空度为1×10-2Pa~2×10-2Pa,蒸发速率为0.3nm/s~0.4nm/s,控制膜厚339nm,由光学厚度控制仪控制,控制波长1120nm,极值过正法控制,工具因子为1时,极值停蒸点1.2;
(6)重复步骤(4)和(5)交替镀制第4~34层膜,所有偶数层膜所用膜料为SiO2,控制膜厚396nm,蒸镀方法、真空度、蒸发速率、膜厚控制方法与步骤(4)相同,控制波长1100nm,工具因子为1时,极值停蒸点1.34;所有奇数层膜所用膜料为Ta2O5,控制膜厚302nm,蒸镀方法、真空度、蒸发速度、膜厚控制方法与步骤(5)相同,控制波长1100nm,工具因子为1时,极值停蒸点1.1;
(7)镀制第35、36、37层膜,所用膜料分别为Ta2O5、SiO2、MgF2,蒸镀方法、真空度、蒸发速率、膜厚、膜厚控制方法、控制波长、工具因子、极值停蒸点分别与第3、第2、第1层膜相同;
(8)冷却后取出镀制好膜系的光学零件。
本发明的优点
本发明具有下述优点:采用本发明的膜系及镀制方法,其
1)截止带膜层反射率高,R≥99%;
2)透射带膜层透射特性好,T≥98%;
3)膜层中心波长漂移很小,δ≤5nm;
4)膜层牢固度好,优于光学薄膜国家标准规定的要求。
具体实施方式
下面对本发明做进一步说明,本膜系从内到外由37层膜组成,属部分层优化的对称膜系结构,使用三种膜料,第一层和最后一层为氟化镁,其余所有偶数层均为二氧化硅,所有奇数层均为五氧化二钽。膜系每层膜使用的膜料及光学厚度见下表。
膜系每层膜使用的膜料及其光学厚度值表
  膜层序号   1、37   2、36   3、35   4、6、8、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32、34   5、7、9、11、13、15、17、19、21、23、25、27、29、31、33
  膜料名称   MgF2   SiO2   Ta2O5   SiO2   Ta2O5
  光学厚度(nm)   279   218   339   396   302
镀制膜层对设备的要求:
设备需配置E型电子束蒸发源、光学膜厚控制仪、石英晶体控制部件、离子辅助装置、加热烘烤装置。例如可以使用日本Optorun公司生产的OTFC-1100高真空镀膜设备。
镀制膜层的工艺步骤如下:
(1)清洁被镀零件,使用超声波和/或清洁剂对K9玻璃基底零件镀膜表面进行清洁处理;
(2)烘烤基底,将被镀零件夹持在夹具上放入高真空镀膜设备中,抽真空到真空度高于1×10-2Pa时,加热基底到120℃~160℃,保温时间1~2小时,启动离子源,镀膜过程中保持离子源始终工作;
(3)镀制第1层MgF2膜,MgF2膜料由电子束蒸发源进行蒸镀,蒸镀时真空度为1×10-3Pa~3×10-3Pa,蒸发速率为0.7nm/s~1nm/s,控制膜厚279nm,由光学厚度控制仪控制,控制波长980nm,极值过正法控制,工具因子为1时,极值停蒸点1.1;
(4)镀制第2层SiO2膜,SiO2膜料由电子束蒸发源进行蒸镀,蒸镀时真空度为1×10-2Pa~2×10-2Pa,蒸发速率为0.6nm/s~0.8nm/s,控制膜厚218nm,由光学厚度控制仪控制,控制波长780nm,极值过正法控制,工具因子为1时,极值停蒸点1.1;
(5)镀制第3层Ta2O5膜,Ta2O5膜料由电子束蒸发源进行蒸镀,蒸镀时真空度为1×10-2Pa~2×10-2Pa,蒸发速率为0.3nm/s~0.4nm/s,控制膜厚339nm,由光学厚度控制仪控制,控制波长1120nm,极值过正法控制,工具因子为1时,极值停蒸点1.2;
(6)重复步骤(4)和(5)交替镀制第4~34层膜,所有偶数层膜所用膜料为SiO2,控制膜厚396nm,蒸镀方法、真空度、蒸发速率、膜厚控制方法与步骤(4)相同,控制波长1100nm,工具因子为1,极值停蒸点1.34;所有奇数层膜所用膜料为Ta2O5,控制膜厚302nm,蒸镀方法、真空度、蒸发速度、膜厚控制方法与步骤(5)相同,控制波长1100nm,工具因子为1,极值停蒸点1.1;
(7)镀制第35、36、37层膜,所用膜料分别为Ta2O5、SiO2、MgF2,蒸镀方法、真空度、蒸发速率、膜厚、膜厚控制方法、控制波长、工具因子、极值停蒸点分别与第3、第2、第1层膜相同;
(8)冷却后取出镀制好膜系的光学零件。
实施例1
采用本发明的膜系结构和光学厚度,镀膜的工艺过程如下:
1、准备
(1)清洁真空室、镀膜夹具、蒸发源挡板及离子源网栅;
(2)固定蒸发舟、将三种膜料分别装填至要求的蒸发舟和坩埚内;
(3)更换石英晶体片和光控仪比较片;
(4)编程镀膜程序。
2、清洁零件
(1)用三氧化二铬抛光液复新K9玻璃基底零件表面;
(2)用脱脂棉蘸醇醚混合液将零件表面清洁干净;
(3)装入专用工装夹具并尽可能快地装入真空室内。
3、镀制膜层
关闭真空室门、起动镀膜程序开始镀膜,工作步骤如下:
(1)起动抽气系统,真空室内的气体在不断排出,当真空室真空度到2×10-2Pa时,开启加热烘烤,加热基底到150℃,保温时间1小时,起动离子源并使之工作正常;
(2)镀制第1层MgF2膜,MgF2膜料由电子束蒸发源进行蒸镀,蒸镀时真空度为2×10-3Pa,蒸发速率为0.8nm/s,控制膜厚279nm,由光学厚度控制仪控制,控制波长980nm,工具因子为1.15,极值停蒸点1.25;
(3)镀制第2层SiO2膜,SiO2膜料由电子束蒸发源进行蒸镀,蒸镀时真空度为1.5×10-2Pa,蒸发速率为0.7nm/s,控制膜厚218nm,由光学厚度控制仪控制,控制波长780nm,工具因子为1.1,极值停蒸点1.2;
(4)镀制第3层Ta2O5膜,Ta2O5膜料由电子束蒸发源进行蒸镀,蒸镀时真空度为1.5×10-2Pa,蒸发速率为0.3nm/s,控制膜厚339nm,由光学厚度控制仪控制,控制波长1120nm,工具因子为1.05,极值停蒸点1.25;
(5)重复步骤(3)和(4)交替镀制第4~34层膜,所有偶数层膜所用膜料为SiO2,控制膜厚396nm,蒸镀方法、真空度、蒸发速率、膜厚控制方法与步骤(3)相同,控制波长1100nm,工具因子为1.1,极值停蒸点1.5;所有奇数层膜所用膜料为Ta2O5,控制膜厚302nm,蒸镀方法、真空度、蒸发速度、膜厚控制方法与步骤(4)相同,控制波长1100nm,工具因子为1.05,极值停蒸点1.15;
(6)镀制第35、36、37层膜,所用膜料分别为Ta2O5、SiO2、MgF2,蒸镀方法、真空度、蒸发速率、膜厚、膜厚控制方法、控制波长、工具因子、极值停蒸点分别与第3、第2、第1层膜相同;
(7)冷却后取出镀制好膜系的光学零件。
实施例2
采用本发明的膜系结构和光学厚度,镀膜的工艺过程如下:
1、准备
(1)清洁真空室、镀膜夹具、蒸发源挡板及离子源网栅;
(2)固定蒸发舟、将三种膜料分别装填至要求的蒸发舟和坩埚内;
(3)更换石英晶体片和光控仪比较片;
(4)编程镀膜程序。
2、清洁零件
(1)用三氧化二铬抛光液复新K9玻璃基底零件表面;
(2)用脱脂棉蘸醇醚混合液将零件表面清洁干净;
(3)装入专用工装夹具并尽可能快地装入真空室内。
3、镀制膜层
关闭真空室门、起动镀膜程序开始镀膜,工作步骤如下:
(1)起动抽气系统,真空室内的气体在不断排出,当真空室真空度1×10-2Pa时,开启加热烘烤,加热基底到120℃,保温时间2小时,起动离子源并使之工作正常;
(2)镀制第1层MgF2膜,MgF2膜料由电子束蒸发源进行蒸镀,蒸镀时真空度为3×10-3Pa,蒸发速率为0.7nm/s,控制膜厚279nm,由光学厚度控制仪控制,控制波长980nm,工具因子为1.05,极值停蒸点1.15;
(3)镀制第2层SiO2膜,SiO2膜料由电子束蒸发源进行蒸镀,蒸镀时真空度为1×10-2Pa,蒸发速率为0.6nm/s,控制膜厚218nm,由光学厚度控制仪控制,控制波长780nm,工具因子为1.15,极值停蒸点1.25;
(4)镀制第3层Ta2O5膜,Ta2O5膜料由电子束蒸发源进行蒸镀,蒸镀时真空度为1×10-2Pa,蒸发速率为0.4nm/s,控制膜厚339nm,由光学厚度控制仪控制,控制波长1120nm,工具因子为1.1,极值停蒸点1.3;
(5)重复步骤(3)和(4)交替镀制第4~34层膜,所有偶数层膜所用膜料为SiO2,控制膜厚396nm,蒸镀方法、真空度、蒸发速率、膜厚控制方法与步骤(3)相同,控制波长1100nm,工具因子为1,极值停蒸点1.34;所有奇数层膜所用膜料为Ta2O5,控制膜厚302nm,蒸镀方法、真空度、蒸发速度、膜厚控制方法与步骤(4)相同,控制波长1100nm,工具因子为1.1,极值停蒸点1.2;
(6)镀制第35、36、37层膜,所用膜料分别为Ta2O5、SiO2、MgF2,蒸镀方法、真空度、蒸发速率、膜厚、膜厚控制方法、控制波长、工具因子、极值停蒸点分别与第3、第2、第1层膜相同;
(7)冷却后取出镀制好膜系的光学零件。
实施例3
采用本发明的膜系结构和光学厚度,镀膜的工艺过程如下:
1、准备
(1)清洁真空室、镀膜夹具、蒸发源挡板及离子源网栅;
(2)固定蒸发舟、将三种膜料分别装填至要求的蒸发舟和坩埚内;
(3)更换石英晶体片和光控仪比较片;
(4)编程镀膜程序。
2、清洁零件
(1)用三氧化二铬抛光液复新K9玻璃基底零件表面;
(2)用脱脂棉蘸醇醚混合液将零件表面清洁干净;
(3)装入专用工装夹具并尽可能快地装入真空室内。
3、镀制膜层
关闭真空室门、起动镀膜程序开始镀膜,工作步骤如下:
(1)起动抽气系统,真空室内的气体在不断排出,当真空室真空度到1×10-2Pa时,开启加热烘烤,加热基底到160℃,保温时间1小时,起动离子源并使之工作正常;
(2)镀制第1层MgF2膜,MgF2膜料由电子束蒸发源进行蒸镀,蒸镀时真空度为1×10-3Pa,蒸发速率为0.9nm/s,控制膜厚279nm,由光学厚度控制仪控制,控制波长980nm,工具因子为1.1,极值停蒸点1.2;
(3)镀制第2层SiO2膜,SiO2膜料由电子束蒸发源进行蒸镀,蒸镀时真空度为2×10-2Pa,蒸发速率为0.8nm/s,控制膜厚218nm,由光学厚度控制仪控制,控制波长780nm,工具因子为1.05,极值停蒸点1.15;
(4)镀制第3层Ta2O5膜,Ta2O5膜料由电子束蒸发源进行蒸镀,蒸镀时真空度为2×10-2Pa,蒸发速率为0.3nm/s,控制膜厚339nm,由光学厚度控制仪控制,控制波长1120nm,工具因子为1.15,极值停蒸点1.4;
(5)重复步骤(3)和(4)交替镀制第4~34层膜,所有偶数层膜所用膜料为SiO2,控制膜厚396nm,蒸镀方法、真空度、蒸发速率、膜厚控制方法与步骤(3)相同,控制波长1100nm,工具因子为1.05,极值停蒸点1.4;所有奇数层膜所用膜料为Ta2O5,控制膜厚302nm,蒸镀方法、真空度、蒸发速度、膜厚控制方法与步骤(4)相同,控制波长1100nm,工具因子为1,极值停蒸点1.1;
(6)镀制第35、36、37层膜,所用膜料分别为Ta2O5、SiO2、MgF2,蒸镀方法、真空度、蒸发速率、膜厚、膜厚控制方法、控制波长、工具因子、极值停蒸点分别与第3、第2、第1层膜相同;
(7)冷却后取出镀制好膜系的光学零件。
三种镀制膜层的有关特性
三种镀制的膜层的各项特性指标均满足要求,具体指标如下:
1)1.064μm,R=99%;
2)600nm~800nm,T=98%;
3)中心波长漂移≤5nm;
4)牢固度:满足光学薄膜国家标准规定的要求。

Claims (4)

1.一种截止滤光膜膜系,其特征在于,该膜系从内到外由37层膜组成,属部分层优化的对称膜系结构,使用三种膜料,第一层和最后一层为氟化镁,其余所有偶数层均为二氧化硅,所有奇数层均为五氧化二钽;第一层和最后一层的光学厚度是279nm,第二层和第三十六层的光学厚度是218nm,第三层和第三十五层的光学厚度是339nm,其余所有偶数层的光学厚度均为396nm,所有奇数层的光学厚度均为302nm。
2.根据权利要求1所述的截止滤光膜膜系,其特征在于,该膜系镀制基底为K9玻璃基底。
3.根据权利要求1或2所述的截止滤光膜膜系,其特征在于,该膜系镀制在45°胶合棱镜表面。
4.一种镀制截止滤光膜膜系的方法,其特征在于,镀制膜系工艺步骤如下:
(1)清洁被镀零件,对K9玻璃基底零件镀膜表面进行清洁处理;
(2)烘烤基底,抽真空到真空度高于1×10-2Pa且时,加热K9玻璃基底零件到120℃~160℃,保温时间1~2小时,启动离子源,镀膜过程中保持离子源始终工作;
(3)镀制第1层MgF2膜,MgF2膜膜料蒸镀时真空度为1×10-3Pa~3×10-3Pa,蒸发速率为0.7nm/s~lnm/s,控制膜厚279nm;
(4)镀制第2层SiO2膜,SiO2膜料蒸镀时真空度为1×10-2Pa~2×10-2Pa,蒸发速率为0.6nm/s~0.8nm/s,控制膜厚218nm;
(5)镀制第3层Ta2O5膜,Ta2O5膜料蒸镀时真空度为1×10-2Pa~2×10-2Pa,蒸发速率为0.3nm/s~0.4nm/s,控制膜厚339nm;
(6)重复步骤(4)和(5)交替镀制第4~34层膜,所有偶数层膜所用膜料为SiO2,蒸镀时真空度、蒸发速率与步骤(4)相同,控制膜厚396nm;所有奇数层膜所用膜料为Ta2O5,蒸镀时真空度、蒸发速率与步骤(5)相同,控制膜厚302nm;
(7)镀制第35、36、37层膜,所用膜料分别为Ta2O5、SiO2、MgF2,蒸镀时真空度、蒸发速率、膜厚分别与第3、第2、第1层膜相同;
(8)冷却后取出镀制好膜系的光学零件。
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