CN104459848A - 基于氧化铝中间层的铝银多层宽带反射膜 - Google Patents

基于氧化铝中间层的铝银多层宽带反射膜 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于氧化铝中间层的铝银多层宽带反射膜，属于薄膜沉积技术领域。解决了现有技术中铝膜在可见波段反射率低和银膜在紫外波段反射率低且环境适应性差的问题。该铝银多层宽带反射膜包括从下至上依次紧密排列的基底、第一氧化铝膜、第一铝膜、第二氧化铝膜、第一银膜、第三氧化铝膜、第二铝膜、第四氧化铝膜、第二银膜和第五氧化铝膜，覆盖了紫外、可见和红外波段并且都具有较高的反射率，且大角度使用时也具有较好的中性，并具备良好的环境适应性。

Description

基于氧化铝中间层的铝银多层宽带反射膜
技术领域
本发明属于薄膜沉积技术领域，具体涉及一种基于氧化铝中间层的铝银多层宽带反射膜。
背景技术
基于金属反射层的反射膜是光学薄膜领域一种常用的薄膜，在望远镜系统、激光系统和照明系统等光学系统中均发挥着重要的作用。对于这类反射膜通常有如下的需求：
1、较宽的反射带。在宽光谱范围内都具有良好的反射效率，最好能覆盖紫外、可见和红外波段；
2、较好的中性。偏振效应低，在较大的角度范围内都能实现良好的反射效率；
3、高反射率。对于反射式的光学系统，高反射率意味着更好的性能；
4、良好的环境适应性。长时间在室外的环境下使用时，反射率衰减较小，膜层可以反复擦拭使用。
现有技术中的基于金属反射层的反射膜(铝膜、银膜、金膜、铜膜和铑膜)的反射特性如图1所示。从图1中可以看出，诸如金膜、铜膜和铑膜在紫外、可见波段的反射率都较低，铝膜的反射区间覆盖了紫外、可见和红外波段并且都具有较高的反射率，银膜从可见到红外波段具有最高的反射效率。因此铝和银是最常用的两种宽带高反射膜材料。但是，铝膜在0.86μm处有一个明显的吸收峰，降低了可见区的反射效率；银膜在紫外区由于表面等离子激元的作用使反射率急剧降低。在环境适应性方面，铝膜表面可以被氧化而形成致密的氧化铝膜，在室外的使用条件下，反射率也不会有太大的衰减，外层加镀保护层后可耐擦拭，反复使用。但是银是一种活泼金属，镀制为银膜后，在空气中会和氧、硫、氯等元素发生反应，膜层变黑，随着时间的延续，反射率急剧降低，直至最后无法使用。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中铝膜在可见波段反射率低和银膜在紫外波段反射率低且环境适应性差的问题，提供一种基于氧化铝中间层的铝银多层宽带反射膜。
本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：
基于氧化铝中间层的铝银多层宽带反射膜，包括从下至上依次紧密排列的基底、第一氧化铝膜、第一铝膜、第二氧化铝膜、第一银膜、第三氧化铝膜、第二铝膜、第四氧化铝膜、第二银膜和第五氧化铝膜。
进一步的，所述基底的材料为玻璃、金属或者陶瓷；更进一步的，所述玻璃为微晶玻璃。
进一步的，所述第一氧化铝膜、第二氧化铝膜、第三氧化铝膜、第四氧化铝膜和第五氧化铝膜的氧化铝纯度均在99.5％以上，更进一步的，氧化铝纯度均在99.9％以上。
进一步的，所述第一铝膜和第二铝膜的铝纯度均在99.5％以上，更进一步的，铝纯度均在99.9％以上。
进一步的，所述第一银膜和第二银膜的银纯度均在99.5％以上，更进一步的，银纯度均在99.9％以上。
进一步的，所述第一氧化铝膜的物理厚度为10nm-30nm，第一铝膜的物理厚度为30nm-50nm，第二氧化铝膜的物理厚度为1nm-3nm，第一银膜的物理厚度为10nm-20nm，第三氧化铝膜的物理厚度为1nm-3nm，第二铝膜的物理厚度为30nm-50nm，第四氧化铝膜的物理厚度为1nm-3nm，第二银膜的物理厚度为10nm-20nm，第五氧化铝膜的物理厚度为3nm-5nm。
更进一步的，所述第一氧化铝膜的物理厚度为20nm，第一铝膜的物理厚度为45nm，第二氧化铝膜的物理厚度为2nm，第一银膜的物理厚度为15nm，第三氧化铝膜的物理厚度为2nm，第二铝膜的物理厚度为45nm，第四氧化铝膜的物理厚度为2nm，第二银膜的物理厚度为15nm，第五氧化铝膜的物理厚度为4nm。
进一步的，所述第五氧化铝膜上还镀制有一层或多层介质膜，所述多层介质膜从下至上依次紧密排列。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明基于氧化铝中间层的铝银多层宽带反射膜覆盖了紫外、可见和红外波段并且都具有较高的反射率(0.32μm-14μm)，其中紫外波段(0.32μm-0.4μm)平均反射率大于等于90％，可见波段(0.4μm-0.8μm)平均反射率大于等于94％，红外波段(0.8μm-14μm)平均反射率大于等于97％；
2、本发明基于氧化铝中间层的铝银多层宽带反射膜采用了铝膜和银膜作为反射膜层，保证了多层膜在大角度使用时也具有较好的中性；采用了氧化铝膜层作为中间层，抑制了铝膜和银膜边界扩散导致的反射率衰减，同时氧化铝作为连接层和最外层保护层提高了多层膜的环境适应性。
附图说明
图1为现有技术中基于金属反射层的反射膜的反射光谱特性曲线；
图2为本发明基于氧化铝中间层的铝银多层宽带反射膜的结构示意图；
图中，1、基底，2、第一氧化铝膜，3、第一铝膜，4、第二氧化铝膜，5、第一银膜，6、第三氧化铝膜，7、第二铝膜，8、第四氧化铝膜，9、第二银膜，10、第五氧化铝膜。
具体实施方式
以下结合图2进一步说明本发明。
如图2所示，本发明的基于氧化铝中间层的铝银多层宽带反射膜，包括从下至上依次紧密排列的基底1、第一氧化铝膜2、第一铝膜3、第二氧化铝膜4、第一银膜5、第三氧化铝膜6、第二铝膜7、第四氧化铝膜8、第二银膜9和第五氧化铝膜10。其中，基底1的材料为玻璃、金属或者陶瓷，玻璃可以采用微晶玻璃。第一氧化铝膜2作为连接层提高第一铝膜3和基底1的结合强度，在室外恶劣环境下使用保证基底1上的铝银多层宽带反射膜不从基底1掉膜，第一氧化铝膜2的物理厚度一般为10nm-30nm。第一铝膜3反射紫外波段至红外波段的光，第一铝膜3的物理厚度一般为30nm-50nm。第二氧化铝膜4作为连接层提高第一铝膜3和第一银膜5的结合强度，同时作为中间层阻止第一铝膜3和第一银膜5相互间的晶界扩散，第二氧化铝膜4的物理厚度为1nm-3nm。第一银膜5提高膜系在可见波段的反射率，第一银膜5的物理厚度为10nm-20nm。第三氧化铝膜6作为连接层提高第一银膜5和第二铝膜7的结合强度，同时作为中间层阻止第一银膜5和第二铝膜7相互间的晶界扩散，第三氧化铝膜6的物理厚度一般为1nm-3nm。第二铝膜7反射紫外波段至红外波段的光，第二铝膜7的物理厚度一般为30nm-50nm。第四氧化铝膜8作为连接层提高第二铝膜7和第二银膜9的结合强度，同时作为中间层阻止第二铝膜7和第二银膜9相互间的晶界扩散，第四氧化铝膜8的物理厚度为1nm-3nm。第二银膜9提高膜系在可见波段的反射率，第二银膜9的物理厚度一般为10nm-20nm。第五氧化铝膜10提高铝银多层宽带反射膜的环境适应能力，同时使镀膜后的基片可耐反复擦拭，第五氧化铝膜10的物理厚度一般为3nm-5nm。
本实施方式中的第一氧化铝膜2、第二氧化铝膜4、第三氧化铝膜6、第四氧化铝膜8和第五氧化铝膜10均采用氧化铝镀制而成，氧化铝的纯度均在99.5％以上，优选氧化铝纯度均在99.9％以上。第一铝膜3和第二铝膜7均采用铝镀制而成，铝纯度均在99.5％以上，优选铝纯度均在99.9％以上。第一银膜5和第二银膜9均采用银镀制而成，银纯度均在99.5％以上，优选的，银纯度均在99.9％以上。
本实施方式中，为获得更高的反射率，可以在第五氧化铝膜10上镀制增强层，增强层为一层或多层介质膜，当增强层为多层介质膜时，多层介质膜从下至上依次紧密排列，介质膜皆采用介质材料镀制。
本发明基于氧化铝中间层的铝银多层宽带反射膜的制备，包括以下步骤：
步骤一、清洁基底1：使用丙酮、石油醚和酒精等有机溶剂作为清洁液，纯度达到试剂纯，基底1表面清洁时可以采用超声或擦拭的方法清洁基底1的镀膜表面，使之无污染物，满足镀膜需求；
步骤二、采用已有的真空镀膜设备镀膜，如电子枪真空蒸发镀膜或溅射镀膜，原料为纯度均在99.5％(优选99.9％)以上氧化铝、铝和银；
先将基底1放入真空镀膜设备的真空室，然后将真空室排气抽真空，使真空度达到1×10-3Pa以上(高真空度可以保证镀制的金属反射膜具有较高的纯度)，再在基底1上从下至上依次镀制，物理厚度10-30nm的第一氧化铝膜2、物理厚度30-50nm的第一铝膜3、物理厚度为1-3nm的第二氧化铝膜4、物理厚度10-20nm的第一银膜5、物理厚度为1-3nm的第三氧化铝膜6、物理厚度为30-50nm的第二铝膜7、物理厚度为1-3nm的第四氧化铝膜8、物理厚度10-20nm的第二银膜9、物理厚度3-5nm的第5氧化铝膜10，得到基于氧化铝中间层的铝银多层宽带反射膜；
步骤三、全部膜层镀制完成后可向真空室通入氮气或清洁空气，待气压平衡后将镀制完成的基于氧化铝中间层的铝银多层宽带反射膜取出。
实施例1
基于氧化铝中间层的铝银多层宽带反射膜由从下至上依次排列的基底1、物理厚度20nm的第一氧化铝膜2、物理厚度45nm的第一铝膜3、物理厚度为2nm的第二氧化铝膜4、物理厚度15nm的第一银膜5、物理厚度为2nm的第三氧化铝膜6、物理厚度为45nm的第二铝膜7、物理厚度为2nm的第四氧化铝膜8、物理厚度15nm的第二银膜9和物理厚度4nm的第5氧化铝膜10组成，其中氧化铝、铝和银的纯度均在99.9％以上。
经检测，实施例1的基于氧化铝中间层的铝银多层宽带反射膜从紫外波段到长波红外波段(0.32μm-14μm)均具有较高高反射，其中紫外波段(0.32μm-0.4μm)平均反射率大于等于90％，可见波段(0.4μm-0.8μm)平均反射率大于等于94％，红外波段(0.8μm-14μm)平均反射率大于等于97％。且该反射膜具有良好环境适应性，长时间使用，对反射率的影响也不大，并耐反复擦拭。
实施例2
基于氧化铝中间层的铝银多层宽带反射膜由从下至上依次排列的基底1、物理厚度10nm的第一氧化铝膜2、物理厚度30nm的第一铝膜3、物理厚度为1nm的第二氧化铝膜4、物理厚度20nm的第一银膜5、物理厚度为1nm的第三氧化铝膜6、物理厚度为50nm的第二铝膜7、物理厚度为1nm的第四氧化铝膜8、物理厚度10nm的第二银膜9和物理厚度3nm的第5氧化铝膜10组成，其中氧化铝、铝和银的纯度均在99.9％以上。
经检测，实施例1的基于氧化铝中间层的铝银多层宽带反射膜从紫外波段到长波红外波段(0.32μm-14μm)均具有较高高反射，其中紫外波段(0.32μm-0.4μm)平均反射率大于等于90％，可见波段(0.4μm-0.8μm)平均反射率大于等于94％，红外波段(0.8μm-14μm)平均反射率大于等于97％。且该反射膜具有良好环境适应性，长时间使用，对反射率的影响也不大，并耐反复擦拭。
实施例3
基于氧化铝中间层的铝银多层宽带反射膜由从下至上依次排列的基底1、物理厚度30nm的第一氧化铝膜2、物理厚度50nm的第一铝膜3、物理厚度为3nm的第二氧化铝膜4、物理厚度10nm的第一银膜5、物理厚度为3nm的第三氧化铝膜6、物理厚度为30nm的第二铝膜7、物理厚度为3nm的第四氧化铝膜8、物理厚度20nm的第二银膜9和物理厚度5nm的第5氧化铝膜10组成，其中氧化铝、铝和银的纯度均在99.9％以上。
经检测，实施例1的基于氧化铝中间层的铝银多层宽带反射膜从紫外波段到长波红外波段(0.32μm-14μm)均具有较高高反射，其中紫外波段(0.32μm-0.4μm)平均反射率大于等于90％，可见波段(0.4μm-0.8μm)平均反射率大于等于94％，红外波段(0.8μm-14μm)平均反射率大于等于97％。且该反射膜具有良好环境适应性，长时间使用，对反射率的影响也不大，并耐反复擦拭。
显然，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于所述技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.基于氧化铝中间层的铝银多层宽带反射膜，其特征在于，包括从下至上依次紧密排列的基底(1)、第一氧化铝膜(2)、第一铝膜(3)、第二氧化铝膜(4)、第一银膜(5)、第三氧化铝膜(6)、第二铝膜(7)、第四氧化铝膜(8)、第二银膜(9)和第五氧化铝膜(10)。
2.根据权利要求1所述的基于氧化铝中间层的铝银多层宽带反射膜，其特征在于，所述基底(1)的材料为玻璃、金属或者陶瓷。
3.根据权利要求2所述的基于氧化铝中间层的铝银多层宽带反射膜，其特征在于，所述玻璃为微晶玻璃。
4.根据权利要求1所述的基于氧化铝中间层的铝银多层宽带反射膜，其特征在于，所述第一氧化铝膜(2)、第二氧化铝膜(4)、第三氧化铝膜(6)、第四氧化铝膜(8)和第五氧化铝膜(10)的氧化铝纯度均在99.5％以上。
5.根据权利要求1所述的基于氧化铝中间层的铝银多层宽带反射膜，其特征在于，所述第一铝膜(3)和第二铝膜(7)的铝纯度均在99.5％以上。
6.根据权利要求1所述的基于氧化铝中间层的铝银多层宽带反射膜，其特征在于，所述第一银膜(5)和第二银膜(9)的银纯度均在99.5％以上。
7.根据权利要求4-6任何一项所述的基于氧化铝中间层的铝银多层宽带反射膜，其特征在于，所述纯度在99.9％以上。
8.根据权利要求1所述的基于氧化铝中间层的铝银多层宽带反射膜，其特征在于，所述第一氧化铝膜(2)的物理厚度为10nm-30nm，第一铝膜(3)的物理厚度为30nm-50nm，第二氧化铝膜(4)的物理厚度为1nm-3nm，第一银膜(5)的物理厚度为10nm-20nm，第三氧化铝膜(6)的物理厚度为1nm-3nm，第二铝膜(7)的物理厚度为30nm-50nm，第四氧化铝膜(8)的物理厚度为1nm-3nm，第二银膜(9)的物理厚度为10nm-20nm，第五氧化铝膜(10)的物理厚度为3nm-5nm。
9.根据权利要求8所述的基于氧化铝中间层的铝银多层宽带反射膜，其特征在于，所述第一氧化铝膜(2)的物理厚度为20nm，第一铝膜(3)的物理厚度为45nm，第二氧化铝膜(4)的物理厚度为2nm，第一银膜(5)的物理厚度为15nm，第三氧化铝膜(6)的物理厚度为2nm，第二铝膜(7)的物理厚度为45nm，第四氧化铝膜(8)的物理厚度为2nm，第二银膜(9)的物理厚度为15nm，第五氧化铝膜(10)的物理厚度为4nm。
10.根据权利要求1所述的基于氧化铝中间层的铝银多层宽带反射膜，其特征在于，所述第五氧化铝膜(10)上还镀制有一层或多层介质膜，所述多层介质膜从下至上依次紧密排列。
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