CN109594043A - 一种超宽带近紫外可见区光学增透膜的制备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超宽带近紫外到可见区增透膜的制备，在玻璃镜片上镀制超宽带增透膜，膜料种类仅用两种：Ta2O5和SiO2，SiO2打底共11层。使用高精度的物理厚度监控方法，镀制(350‑700)nm波段的增透膜，镀后剩余反射率小于0.5%，透过率由未镀膜的92%提高到99%，使用SiO2膜料替代MgF2增强了光谱的稳定性；额外还增强了镜片表面的硬度和抗吸附能力，并且产品在装配前较容易清洁。

Description

一种超宽带近紫外可见区光学增透膜的制备
技术领域
本发明涉及光学原器件增透膜镀制领域，特别涉及到一种近紫外到可见光波段光学镜片增透膜的制备方法。
背景技术
在光学系统中大多有几个甚至十几个光学镜片组成，提高单片镜片的透过率主要在通过在镜片表面镀膜来实现。这种超宽带的增透膜为获得较高的透过率离不开一种低折射率膜料MgF2，在薄膜应力方面表现为极强的张应力，蒸镀此膜料在真空室腔体极容易脱膜，影响蒸镀产品的质量；最外层为MgF2的产品容易吸潮，产品的透过率会因膜层吸潮而不稳定，并且产品表面容易吸附异物，较难去除；最外层为MgF2的产品硬度低，耐摩擦程度较弱。
我们利用：配置真空系统、加热系统、离子源系统、膜厚监控系
统的国产镀膜机稳定的控制膜层的物理厚度，使用膜料仅为两种Ta2O5和SiO2，层数为11层，最外层为SiO2，使在整个超宽带（350-700）nm实现R<0.5%,镜片两个面镀后超高的透过率T总>99%。
发明内容
本发明膜系设计仅采用两种膜料Ta2O5和SiO2，膜层共11层，膜系结构如下：
S/0.46L 0.053H 0.11L 0.12H 0.10L 0.08H 0.23L 0.05H 0.11L 0.44H 0.21L /Air，
其中S代表基底材料，Air代表空气，H代表1/4设计波长Ta2O5厚度，L代表1/4设计波长厚度SiO2的厚度，设计波长为500nm；第八层固定其光学厚度为0.05H，调整膜厚控制系统中的PID参数和最后预熔膜料的电流,Ta2O5的PID为：P=3、I=1、D=1，SiO2的PID为：P=3、I=0.05、D=1；最后预熔膜料的电流：Ta2O5为300mA,SiO2为220mA。
制备步骤如下：
步骤一：真空腔的真空度低于1.0×10-3Pa，基片烘烤到200°，镀前用离子束对产品的镀膜面进行轰击实现清洁表面的效果。
步骤二：蒸镀第一层用离子束辅助沉积的技术，沉积速率设定为0.6nm/s,蒸镀时的真空度为1.6×10-2Pa，在调整膜厚控制系统的参数及电子枪的束流让速率在1-3s达到设定值，蒸镀的厚度为(191-201)nm。
步骤三：蒸镀第二层用离子束辅助沉积的技术，沉积速率设定为0.15nm/s,蒸镀时的真空度为2×10-2Pa，在调整膜厚控制系统的参数及电子枪的束流让速率在1-3s达到设定值, 蒸镀的厚度为(12-20)nm。
步骤四：蒸镀第三层用离子束辅助沉积的技术，沉积速率设定为0.6nm/s,蒸镀时的真空度为1.6×10-2Pa，在调整膜厚控制系统的参数及电子枪的束流让速率在1-3s达到设定值，蒸镀的厚度为(42-52)nm。
步骤五：蒸镀第四层用离子束辅助沉积的技术，沉积速率设定为0.15nm/s,蒸镀时的真空度为2×10-2Pa，在调整膜厚控制系统的参数及电子枪的束流让速率在1-3s达到设定值, 蒸镀的厚度为(33-43)nm。
步骤六：蒸镀第五层用离子束辅助沉积的技术，沉积速率设定为0.6nm/s,蒸镀时的真空度为1.6×10-2Pa，在调整膜厚控制系统的参数及电子枪的束流让速率在1-3s达到设定值，蒸镀的厚度为(38-48)nm。
步骤七：蒸镀第六层用离子束辅助沉积的技术，沉积速率设定为0.15nm/s,蒸镀时的真空度为2×10-2Pa，在调整膜厚控制系统的参数及电子枪的束流让速率在1-3s达到设定值, 蒸镀的厚度为(18-28)nm。
步骤八：蒸镀第七层用离子束辅助沉积的技术，沉积速率设定为0.6nm/s,蒸镀时的真空度为1.6×10-2Pa，在调整膜厚控制系统的参数及电子枪的束流让速率在1-3s达到设定值，蒸镀的厚度为(10-16)nm。
步骤九：蒸镀第八层用离子束辅助沉积的技术，沉积速率设定为0.15nm/s,蒸镀时的真空度为2×10-2Pa，在调整膜厚控制系统的参数及电子枪的束流让速率在1-3s达到设定值, 蒸镀的厚度为12nm。
步骤十：蒸镀第九层用离子束辅助沉积的技术，沉积速率设定为0.6nm/s,蒸镀时的真空度为1.6×10-2Pa，在调整膜厚控制系统的参数及电子枪的束流让速率在1-3s达到设定值，蒸镀的厚度为(41-51)nm。
步骤十一：蒸镀第十层用离子束辅助沉积的技术，沉积速率设定为0.15nm/s,蒸镀时的真空度为2×10-2Pa，在调整膜厚控制系统的参数及电子枪的束流让速率在1-3s达到设定值, 蒸镀的厚度为(131-141)nm。
步骤十二：蒸镀第十一层用离子束辅助沉积的技术，沉积速率设定为0.6nm/s,蒸镀时的真空度为1.6×10-2Pa，在调整膜厚控制系统的参数及电子枪的束流让速率在1-3s达到设定值，蒸镀的厚度为(83-93)nm。
步骤十三：待产品冷却到150°即可取出，取出陪镀片进行测试即可获得R<0.5%(350-700)nm的产品。
步骤十四：按照上述步骤将玻璃镜片翻面然后镀制另一个表面，镀后测试产品的透过率，即可获得T总>99%(350-700)nm的超高透过率要求的产品。
本发明目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种新的膜系结构，共11层，两种膜料设计，实现过程中控制精度高，在整个超宽带350-700nm范围内剩余反射率小于0.5%，镀后产品的透过率大于99%。
本发明解决了层数多在控制上较难实现的缺点，主要是膜料种类少仅为2种，固定最薄层膜层的物理厚度，控制工艺上调整减小了控制上的误差。
本发明的优势膜层质量主要表现在：膜层表面质量稳定，易清洁，膜层硬度高，耐摩擦系数高；超宽的波长范围、超高的透过率。
附图说明
图1 膜系设计理论曲线效果图；
图2 Ta2O5沉积速率效果图；
图3 SiO2沉积速率效果图；
图4 镀膜次序示意图；
图5 反射率光谱测试效果图；
图6产品镀后的透过率效果图 。
具体实施方式
调整镀制膜料的工艺参数降低膜料的吸收和损耗，提高增透膜的增透效果。降低两种膜料镀制的沉积速率，Ta2O5为0.15nm/s,SiO2为0.6nm/s。调整膜厚控制相关的工艺参数，膜料Ta2O5和SiO2的沉积速率在1-3s内达到设定值。按照已经设定好的膜层厚度，按照权利要求书的步骤，1-11层的顺序镀制镜片的其中一个表面A面,然后将镜片翻面再继续镀制镜片的另一个表面B面。光谱测试：测试A、B面的反射率、测试A、B面镀后产品的透过率。

Claims (1)

1.一种超宽带近紫外可见区光学增透膜的制备，其特征在于：膜系设计仅采用两种膜料Ta2O5和SiO2，膜层共11层，膜系结构如下：
S/0.46L 0.053H 0.11L 0.12H 0.10L 0.08H 0.23L 0.05H 0.11L 0.44H 0.21L /Air，
其中S代表基底材料，Air代表空气，H代表1/4设计波长Ta2O5厚度，L代表1/4设计波长厚度SiO2的厚度，设计波长为500nm；第八层固定其光学厚度为0.05H，调整膜厚控制系统中的PID参数和最后预熔膜料的电流,Ta2O5的PID为：P=3、I=1、D=1，SiO2的PID为：P=3、I=0.05、D=1；最后预熔膜料的电流：Ta2O5为300mA,SiO2为220mA；制备步骤如下：
步骤一：真空腔的真空度低于1.0×10-3Pa，基片烘烤到200°，镀前用离子束对产品的镀膜面进行轰击实现清洁表面的效果；
步骤二：蒸镀第一层用离子束辅助沉积的技术，沉积速率设定为0.6nm/s,蒸镀时的真空度为1.6×10-2Pa，在调整膜厚控制系统的参数及电子枪的束流让速率在1-3s达到设定值，蒸镀的厚度为(191-201)nm；
步骤三：蒸镀第二层用离子束辅助沉积的技术，沉积速率设定为0.15nm/s,蒸镀时的真空度为2×10-2Pa，在调整膜厚控制系统的参数及电子枪的束流让速率在1-3s达到设定值,蒸镀的厚度为(12-20)nm；
步骤四：蒸镀第三层用离子束辅助沉积的技术，沉积速率设定为0.6nm/s,蒸镀时的真空度为1.6×10-2Pa，在调整膜厚控制系统的参数及电子枪的束流让速率在1-3s达到设定值，蒸镀的厚度为(42-52)nm；
步骤五：蒸镀第四层用离子束辅助沉积的技术，沉积速率设定为0.15nm/s,蒸镀时的真空度为2×10-2Pa，在调整膜厚控制系统的参数及电子枪的束流让速率在1-3s达到设定值,蒸镀的厚度为(33-43)nm；
步骤六：蒸镀第五层用离子束辅助沉积的技术，沉积速率设定为0.6nm/s,蒸镀时的真空度为1.6×10-2Pa，在调整膜厚控制系统的参数及电子枪的束流让速率在1-3s达到设定值，蒸镀的厚度为(38-48)nm；
步骤七：蒸镀第六层用离子束辅助沉积的技术，沉积速率设定为0.15nm/s,蒸镀时的真空度为2×10-2Pa，在调整膜厚控制系统的参数及电子枪的束流让速率在1-3s达到设定值,蒸镀的厚度为(18-28)nm；
步骤八：蒸镀第七层用离子束辅助沉积的技术，沉积速率设定为0.6nm/s,蒸镀时的真空度为1.6×10-2Pa，在调整膜厚控制系统的参数及电子枪的束流让速率在1-3s达到设定值，蒸镀的厚度为(10-16)nm；
步骤九：蒸镀第八层用离子束辅助沉积的技术，沉积速率设定为0.15nm/s,蒸镀时的真空度为2×10-2Pa，在调整膜厚控制系统的参数及电子枪的束流让速率在1-3s达到设定值,蒸镀的厚度为12nm；
步骤十：蒸镀第九层用离子束辅助沉积的技术，沉积速率设定为0.6nm/s,蒸镀时的真空度为1.6×10-2Pa，在调整膜厚控制系统的参数及电子枪的束流让速率在1-3s达到设定值，蒸镀的厚度为(41-51)nm；
步骤十一：蒸镀第十层用离子束辅助沉积的技术，沉积速率设定为0.15nm/s,蒸镀时的真空度为2×10-2Pa，在调整膜厚控制系统的参数及电子枪的束流让速率在1-3s达到设定值, 蒸镀的厚度为(131-141)nm；
步骤十二：蒸镀第十一层用离子束辅助沉积的技术，沉积速率设定为0.6nm/s,蒸镀时的真空度为1.6×10-2Pa，在调整膜厚控制系统的参数及电子枪的束流让速率在1-3s达到设定值，蒸镀的厚度为(83-93)nm；
步骤十三：待产品冷却到150°即可取出，取出陪镀片进行测试即可获得R<0.5%(350-700)nm的产品；
步骤十四：按照上述步骤将玻璃镜片翻面然后镀制另一个表面，镀后测试产品的透过率，即可获得T总>99%(350-700)nm的超高透过率要求的产品。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110187425A (zh) * 2019-05-06 2019-08-30 厦门大学 具有防蓝光功能的材料及应用该材料的保护膜
CN115505881A (zh) * 2021-06-07 2022-12-23 中国兵器工业第五九研究所 离子束辅助沉积在抑制金属涂层元素界面互扩散中的应用

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