CN102338899A - 一种低损耗高可靠性反射镜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离子束溅射制备的激光陀螺使用的高可靠性反射镜。本发明是在纳米级石英基底上采用双离子束溅射沉积工艺交替镀制规整的四分之一工作波长TiO₂/SiO₂薄膜高反膜系，并在最外层镀制一层极薄的空气界面层材料HfO₂，镀制完成后对反射镜薄膜在空气中进行340℃/6h的后处理工艺。本发明反射镜呈现极低损耗、极低散射，并具有高的抗激光损伤阈值、340℃以内的热稳定性，及良好的耐等离子放电环境能力，在等离子能量200w的环境内，反射镜可以保持15000Sec以上的光学性能稳定。采用本发明技术制备的反射镜，在陀螺谐振腔内工作性能稳定，具有高的环境可靠性，能够满足高精度激光陀螺的应用要求。

Description

一种低损耗高可靠性反射镜

技术领域

本发明涉及一种反射镜，尤其关于一种高可靠性低损耗高可靠性反射镜。

背景技术

反射镜是激光陀螺的核心器件之一，在环形激光陀螺中，通过若干反射镜的控制将激光约束在腔内以形成环形激光回路，而发射镜在谐振腔内的性能稳定性及反射镜散射参数是影响陀螺精度的主要因素之一。因此，要求激光陀螺谐振腔内的反射镜薄膜拥有高的激光稳定性、等离子稳定性，及热稳定性；削弱反射镜散射参数对环形激光陀螺漂移精度的负面作用。为此，需要研制低散射高可靠性反射镜。

现有技术是利用双离子抛光技术在纳米级石英玻璃基底上交替镀制规整四分之一工作波长的若干层高低折射率材料，外层为TiO₂或者SiO₂材料。但是由于激光陀螺谐振腔内的工作环境恶劣，现有反射镜薄膜在等离子功率200w时，300sec的工作时间内，损耗就有约20ppm的增幅，同时，反射镜薄膜(外层为TiO₂材料)在250℃时开始出现膜裂现象，在激光陀螺谐振腔内长时间工作出现陀螺出光微弱甚至不出光的现象，导致陀螺故障。因此在削弱薄膜散射的同时，提高反射镜抗激光损伤阈值、抗等离子放电阈值及热稳定性就显得十分的重要。

发明内容

为了解决现有技术反射镜环境稳定性差的情况，本发明提供了一种抗激光阈值高、抗等离子环境能力强，散射损耗小的高可靠性反射镜。

本发明提供如下技术方案：一种低损耗高可靠性反射镜，其包括石英基底，在石英基底上镀制高低折射率层相互交叠的规整四分之一工作波长高反射膜系，所述高反射膜系最外侧的高折射率层上设有一层极薄的HfO₂薄膜。

所述高反射膜系为：Sub/(HL)^n xH(1-x)M/Air，其中n为7～13，x为0.8～0.95，H为TiO₂，L为SiO₂，M为HfO₂。

所述HfO₂薄膜的折射率范围为1.8～2.05，其光学厚度为四分之一工作波长的1-x倍。

反射镜镀膜完成后，先常温升至340℃耗时四小时，然会恒温340℃保持6小时，之后随封闭烘箱自然降温至常温。

本发明技术效果：采用本发明在纳米级石英基底上制备的反射镜具备10ppm量级的极低损耗、极低散射，并具有高的抗激光损伤阈值、340℃以内的热稳定性，及在200W/15000Sec内的耐等离子放电环境下保持光学参数恒定，在陀螺谐振腔内工作性能稳定，能够满足高精度激光陀螺的应用要求。

附图说明

图1双离子束溅射镀膜示意图；

图2反射镜膜系结构示意图；

图3反射镜膜后处理温度时间曲线图，

其中，1-石英基底、2-主离子源、3-辅助离子源、4-靶材、5-高反射膜系、6-HfO2薄膜、7-石英基底。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明：

本发明在纳米级石英基底上采用双离子束溅射沉积工艺交替镀制规整的四分之一工作波长TiO₂/SiO₂薄膜高反膜系5，并在最外层镀制一层极薄的空气界面层材料HfO₂，镀制完成后对反射镜薄膜在空气中进行340℃/6h的后处理工艺。

请参阅图1，其是双离子束溅射沉积镀膜示意图。其主离子源2与靶材4正对，辅助离子源3朝向纳米级石英基底1，且靶材4成45°倾角朝向纳米级石英基底1。在反射镜衬底上镀制基础膜系Sub/(HL)^n xH时，所采用的双离子束沉积工艺与现有技术一致；镀制(1-x)M时的双离子束工艺参数如下表1所示：

表1HfO₂镀膜时的双离子束参数表

请参阅图2，其是所制得的低损耗高可靠性反射镜的结构示意图。所述反射镜包括纳米级石英材料反射镜基底，在石英基底7上镀制高(H)低(L)折射率层相互交叠的规整四分之一工作波长高反射膜系5，该所述高反射膜系5为：Sub/(HL)^n xH(1-x)M/Air，其中n为7～13，x为0.8～0.95，H为TiO₂，L为SiO₂，M为HfO₂。

其中，高折射率(H)材料层为奇数层，是折射率范围为2.32～2.40的TiO₂层。低折射率(L)材料层为偶数层，是折射率范围为1.460～1.485的SiO₂层。另外，高折射率TiO₂层比低折射率SiO₂层多一层。所述高反射膜系5最外侧的高折射率层上设有一层极薄的HfO₂薄膜6，折射率范围为1.8～2.05，其光学厚度为四分之一工作波长的1-x倍，x为0.8～0.95。

同时，为了加速反射镜薄膜的稳定过程，削弱吸收损耗和散射损耗，需要对反射镜进行必要的膜后处理。如图3所示，其是反射镜膜后处理温度时间曲线图，反射镜镀膜完成后，先自常温升至340℃耗时四小时，然会恒温340℃保持6小时，之后随封闭烘箱自然降温至常温。

采用本发明中的三个关键点——

●膜系——Sub/(HL)^n xH(1-x)M/Air

●HfO₂薄膜镀制参数——见表1，

●与之对应的后处理工艺——常温升至340℃耗时四小时，然会恒温340℃保持6小时

——的优势在于：

HfO₂薄膜材料镀制在外层，材料的良好稳定性——抗激光辐射能力、抗等离子环境能力及热稳定性能够很好的得以发挥，而340度的后处理给了基础薄膜内部原子更多的迁移能量，加速了薄膜内部缺陷及空位的消失；同时0.05～0.2个四分之一工作波长的厚度又很好的避免了HfO₂材料本身较大的吸收损耗和散射损耗带给整个反射镜薄膜的负面效应。如此，既保持了现有反射镜薄膜的低损耗低散射，又有效提高了反射镜的抗激光损伤阈值、热稳定性，及耐等离子放电环境能力，见表2。

综上所述采用本发明制备的反射镜呈现极低损耗、极低散射，并具有高的抗激光损伤阈值、340℃以内的热稳定性，及良好的耐等离子放电环境能力，采用本发明技术制备的反射镜，在陀螺谐振腔内工作性能稳定，具有高的环境可靠性，能够满足高精度激光陀螺的应用要求。依照本发明制备的反射镜与现有工艺制备的反射镜参数对比见表2。

表2本发明制备的反射镜与现有工艺制备的反射镜参数对比表

Claims (4)

1.一种低损耗高可靠性反射镜，其包括石英基底，其特征在于：在石英基底上镀制高低折射率层相互交叠的规整四分之一工作波长高反射膜系，所述高反射膜系最外侧的高折射率层上设有一层极薄的HfO₂薄膜。

2.根据权利要求1所述的低损耗高可靠性反射镜，其特征在于，所述高反射膜系为：Sub/(HL)^n xH(1-x)M/Air，其中n为7～13，x为0.8～0.95，H为TiO₂，L为SiO₂，M为HfO₂。

3.根据权利要求2所述的低损耗高可靠性反射镜，其特征在于：所述HfO₂薄膜的折射率范围为1.8～2.05，其光学厚度为四分之一工作波长的1-x倍。

4.根据权利要求1至3任一项所述的低损耗高可靠性反射镜，其特征在于，反射镜镀膜完成后，先常温升至340℃耗时四小时，然会恒温340℃保持6小时，之后随封闭烘箱自然降温至常温。

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