CN106507849B - 一种激光陀螺反射镜薄膜的镀制方法 - Google Patents
一种激光陀螺反射镜薄膜的镀制方法Info
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Abstract
本发明涉及一种激光陀螺反射镜薄膜的镀制方法，特别是关于一种在未达到埃量级超光滑基片上镀制高反射膜系的镀制方法。本发明激光陀螺反射镜薄膜的镀制方法通过采用离子束溅射沉积技术制备多层氧化物光学薄膜时，每镀完高折射率层(如高反膜系中的1、3、5等奇数层为高折射率层)，暂停一段时间，再采用氧氩混合离子束对镀膜表面进行处理，再暂停一段时间后，进行下一层的镀制，依次循环直至镀完所有膜层。本发明激光陀螺反射镜薄膜的镀制方法有助于降低膜层的吸收损耗和体散射损耗，从而在未达到埃量级超光滑的基片上制备出高质量低损耗的反射镜。同时具有操作简单、成本较低、经济性较好的特点，具有较高的实际应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光陀螺反射镜薄膜的镀制方法，特别是关于一种在未达到埃量级超光滑基片上镀制高反射膜系的镀制方法。
背景技术
反射镜是激光陀螺的核心器件之一，其性能的好坏直接影响到激光陀螺的关键技术指标。通过若干反射镜的控制可以将激光约束在腔内以形成环形激光，因此要求激光陀螺中的反射镜对激光的损耗降到最低，尽量减少反射镜自身对环形激光的影响。为此，需要研制低损耗高反射性能的反射镜。
目前，离子束溅射沉积镀膜技术是镀制高质量光学薄膜的首选技术，也是国际上激光陀螺反射镜镀膜中广泛采用的技术。在采用该技术进行镀膜过程中，传统上采用离子束沉积技术镀膜时均是一次完成多层膜系的镀制，中间没有其他的处理手段，这样比较简单方便。但当膜层质量要求较高时，多层膜系会遇到诸如损耗、散射偏大等光学参数方面的问题。
理论上，如果基片表面质量非常高，如表面粗糙度达到埃量级且无任何表面疵病，按传统技术是可以实现极低损耗反射镜膜层镀制的。但实际情况是在微晶玻璃基底等表面具有一定粗糙度，表面超光滑度很难达到埃量级，在该量级反射镜基片上镀制薄膜时，在实际凝聚成膜过程中，一方面存在着膜层内结构疏松及氧化不充分等问题，另一方面膜层的叠加也会引起缺陷复制、层间融合，从而引起吸收和散射的增加，导致反射率的下降，影响薄膜的质量。
发明内容
本发明的目的是：为了解决现有技术在未达到埃量级超光滑激光陀螺反射镜基片上镀制薄膜时存在吸收和散射大的问题，本发明提供了一种在未达到埃量级超光滑激光陀螺反射镜基片上镀制高质量反射薄膜的方法。
本发明的技术方案是：一种激光陀螺反射镜薄膜的镀制方法，其步骤如下：
步骤1：将反射镜基片装入工件转动装置中，并抽真空至真空度不低于1×10-5torr；
步骤2：在主沉积离子源中充入工艺气体Ar，流量为15～25sccm/min，在辅助沉积离子源中充入工艺气体Ar，流量为2～6sccm/min和O2流量为10～18sccm/min，延时至少5分钟后，开启主沉积离子源和辅助沉积离子源；
步骤3：将靶材调整至高折射率材料，并设置工件盘转动至高速，转速为500～600转/分钟，并开启主沉积离子源离子束，其中，束压1000～1300eV，束流450～650mA，开始镀制第一层高折射率层；
步骤4：第一层高折射率层镀制完成后，开启辅助沉积离子源的离子束，其中，束压300～500eV，束流100～200mA，对工件的膜层表面进行离子束处理，处理时间为1～2分钟；
步骤5：将靶材调整至低折射率材料，开启主沉积离子源离子束，其中，束压1000～1300eV，束流450～650mA，镀制第二层低折射率层；
步骤6：将靶材调整至高折射率材料，开启主沉积离子源离子束，其中，束压1000～1300eV，束流450～650mA，镀制第三层高折射率材料；
步骤7：循环进行步骤4～步骤6，直至所有膜层全部镀完。
辅助沉积离子源中氧气和氩气的比例大于2∶1。
反射镜基片为微晶玻璃基底。
所述高折射率材料为TiO2或Ta2O5，低折射率材料为SiO2。
所述掩膜板由较低溅射系数的材料制成。
本发明的有益效果是：本发明激光陀螺反射镜薄膜的镀制方法通过采用离子束溅射沉积技术制备多层氧化物光学薄膜时，每镀完高折射率层(如高反膜系中的1、3、5等奇数层为高折射率层)，暂停一段时间，再采用氧氩混合离子束对镀膜表面进行处理，再暂停一段时间后，进行下一层的镀制，依次循环直至镀完所有膜层。本发明有助于降低膜层的吸收损耗和体散射损耗，从而在未达到埃量级超光滑的基片上制备出高质量低损耗的反射镜。同时具有操作简单、成本较低、经济性较好的特点，具有较高的实际应用价值。
附图说明
图1是本发明激光陀螺反射镜镀膜镀制方法一较佳实施方式所涉及的反射镜的结构示意图；
图2是本发明反射镜镀膜中离子束处理的示意图；
其中，1-基底，2-高折射率层，3-低折射率层，4-高反射膜系，5-需要进行离子束处理的表面，6-主沉积离子源，7-辅助沉积离子源，8-工件转动装置，9-靶材，10-离子束。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明：
本发明激光陀螺反射镜镀膜镀制方法所涉及的反射镜基片为零膨胀特性的微晶玻璃基底。请参阅图1，其是本发明激光陀螺反射镜镀膜镀制方法一较佳实施方式所涉及的反射镜的结构示意图。图中，所述反射镜微晶玻璃基底1上设置有高低折射率层交错设置的规整四分之一工作波长高反射膜系4。其中，第一层为高折射率层2的二氧化钛层，第二层为低折射率层3的二氧化硅层，第三层为二氧化钛层，第四层为二氧化硅层，如此交错排列共27层，其中，第27层为高折射率层2的二氧化钛层，即奇数层为高折射率的二氧化钛层，偶数层为低折射率的二氧化硅层。在本实施方式中，高折射率层2的表面5为需要采用离子束处理的表面。
参阅图2，其是本发明反射镜镀膜中离子束处理的示意图。所述反射镜基片装夹在工件转动装置8中，所述靶材9设置在工件转动装置8的一侧，并朝向反射镜基片设置。所述主沉积离子源6朝向靶材9设置，所述辅助沉积离子源7朝向工件转动装置8的反射镜基片设置。
在本实施方式中，通过离子束溅射沉积镀膜的方法由主沉积离子源发出的离子束10轰击靶材9而形成反射镜薄膜，再由所述辅助沉积离子源7发出离子束10直接作用于工件表面，进行离子束处理。即先在反射镜基片表面镀高折射率材料层、再使用离子束对镀层表面进行处理、接着镀低折射率材料层、并依次循环直至镀完整个膜系，其步骤如下：
步骤1：将反射镜基片装入工件转动装置3中，并抽真空至1×10-5torr；
步骤2：在主沉积离子源6中充入工艺气体Ar(流量15～25sccm/min)，在辅助沉积离子源7中充入工艺气体Ar(流量2～6sccm/min)和O2(流量10～18sccm/min)，延时5分钟后，开启主沉积离子源6和辅助沉积离子源7；
步骤3：将靶材9调整至高折射率材料(如TiO2或Ta2O5)，并设置工件盘转动至高速(500～600转/分钟)，同时开启主沉积离子源6离子束，其中，束压1000～1300eV，束流450～650mA，开始镀制第一层高折射率层；
步骤4：第一层高折射率层镀制完成后，开启辅助沉积离子源7的离子束，其中，束压300～500eV，束流100～200mA，对工件的膜层表面进行离子束处理，处理时间为1～2分钟；
步骤5：将靶材9调整至低折射率材料((如SiO2)，开启主沉积离子源6离子束，其中，束压1000～1300eV，束流450～650mA，镀制第二层低折射率层；
步骤6：再将靶材9调整至高折射率材料(如TiO2或Ta2O5)，开启主沉积离子源6离子束，其中，束压1000～1300eV，束流450～650mA，镀制第三层高折射率材料；
步骤7：循环进行步骤4～步骤6，直至所有膜层全部镀完。
本实施方式中，对高折射率材料层采用离子束处理的过程中，由于高能离子束在平滑表面的过程中，具有一定的溅射作用，因此需要工件盘以较高的速度运转，以方便被溅射下来的物质脱离工件表面。
本实施方式中靶材9根据镀制膜层的需要可以在高折射率材料和低折射率材料之间进行切换。而设置在反射镜基片上的掩膜夹具可以根据用途的不同进行设计，但考虑到离子束的溅射作用，在掩膜夹具的材料上应选择具有较低溅射系数的材料(如：铝等)。
另外，由于镀膜材料均为氧化物材料，因此采用离子束处理高折射率材料表面时应考虑到膜层材料的充分氧化效果，辅助沉积离子源中氧气和氩气的比例应大于2∶1，借助于氧离子的作用能够促进氧化物膜层的充分氧化，并且在镀膜后烘烤处理的配合下，能够大大降低膜层的吸收损耗。同时，离子源的束压参数决定了离子束的能量，束流参数决定了其密度，具有一定能量和密度的离子束作用于膜层表面时，会产生平滑膜层的效果，使得膜层内界面更加清晰，减少了界面处的融合效应，从而降低了膜层的体散射损耗。
综上所述，本发明在离子束溅射沉积镀膜中，对高折射率材料层表面进行离子束处理的方法，有助于降低膜层的吸收损耗和体散射损耗，从而制备出高质量低损耗的反射镜。同时该方法操作简单、成本较低、经济性较好，因此具有较高的实际应用价值。
Claims (4)
1.一种激光陀螺反射镜薄膜的镀制方法，其特征在于，步骤如下：
步骤1：将反射镜基片装入工件转动装置中，并抽真空至真空度不低于1×10-5torr；
步骤2：在主沉积离子源中充入工艺气体Ar，流量为15～25sccm/min，在辅助沉积离子源中充入工艺气体Ar，流量为2～6sccm/min和O2流量为10～18sccm/min，延时至少5分钟后，开启主沉积离子源和辅助沉积离子源；
步骤3：将靶材调整至高折射率材料，并设置工件盘转动至高速，转速为500～600转/分钟，并开启主沉积离子源离子束，其中，束压1000～1300eV，束流450～650mA，开始镀制第一层高折射率层；
步骤4：第一层高折射率层镀制完成后，开启辅助沉积离子源的离子束，其中，束压300～500eV，束流100～200mA，对工件的膜层表面进行离子束处理，处理时间为1～2分钟；
步骤5：将靶材调整至低折射率材料，开启主沉积离子源离子束，其中，束压1000～1300eV，束流450～650mA，镀制第二层低折射率层；
步骤6：将靶材调整至高折射率材料，开启主沉积离子源离子束，其中，束压1000～1300eV，束流450～650mA，镀制第三层高折射率材料；
步骤7：循环进行步骤4～步骤6，直至所有膜层全部镀完。
2.根据权利要求1所述的激光陀螺反射镜薄膜的镀制方法，其特征在于：辅助沉积离子源中氧气和氩气的比例大于2∶1。
3.根据权利要求1或2所述的激光陀螺反射镜薄膜的镀制方法，其特征在于：反射镜基片为微晶玻璃基底。
4.根据权利要求3所述的激光陀螺反射镜薄膜的镀制方法，其特征在于：所述高折射率材料为TiO2或Ta2O5，低折射率材料为SiO2。
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|---|---|---|---|---|
| CN111041413A (zh) * | 2019-12-11 | 2020-04-21 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种提高大口径反射镜镀膜面形精度的方法 |
| CN111235527A (zh) * | 2020-03-10 | 2020-06-05 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 制作光学薄膜的方法、膜系结构、镀膜方法、激光反射镜 |
| CN112095081A (zh) * | 2020-09-10 | 2020-12-18 | 天津津航技术物理研究所 | 一种超低应力高反射薄膜的制备方法 |
| CN115595537A (zh) * | 2022-10-18 | 2023-01-13 | 江苏久禾光电有限公司（Cn） | 一种可改善实拍杂光的镜头镀膜工艺 |
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