CN112376021B - 一种宽带增透膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种宽带增透膜及其制备方法，该增透膜包括基底层，所述基底层上由内向外依次包括第一层Cu膜层和第二层MgF2膜层，其物理厚度依次为2.0‑3.5nm和70.0‑80.0nm。本发明通过引入金属层来降低整个膜层厚度，减少膜层数，提高制备的生产效率；并且改善增透膜的光谱特性，使光谱波纹减少，从而提高薄膜的重复性和稳定性。
Description
技术领域
本公开涉及光学薄膜制备技术领域，尤其涉及一种宽带增透膜及其制备方法。
背景技术
在光学元件中，元件表面的反射作用会产生光能损失，为了减少元件表面的反射损失，必须在光学元件表面镀制增透膜，使光学元件的反射损失尽可能的少，光学元件中的增透膜是必不可少的。随着科技的进步，对光学元件表面的增透膜的要求也就越来越高，不仅仅透过率要求越来越高，透过带的带宽要求也越来越高。
传统增透膜采用高低折射率介质材料交替镀制在玻璃表面实现增透效果，该方法在可见光到近红外波段（380nm-1200nm）广泛应用。但该波段可选的高低折射率是有限的。如低折射率通常有SiO2(1.46@550nm)和MgF2(1.38@550nm)，折射率介于1.3和1.5之间。高折射率通常有H4(2.0@550nm)，TiO2( 2.25@550nm)等，折射率介于1.9和3之间。有限的折射率，使得某些增透膜光谱特性的设计极限受到限制。例如对于宽带增透膜，增透膜带宽越大，所需要的薄膜层数就越多，制备时对设备的要求就更高，制备出的光谱稳定性和重复性也越差，生产效率也会越低。
因此，采用更少的膜层来制备宽带增透膜，对于实际生产具有重要意义。
发明内容
有鉴于此，本公开实施例提供一种宽带增透膜及其制备方法，通过引入金属层来降低整个膜层厚度，减少膜层数，提高制备的生产效率；并且改善增透膜的光谱特性，使光谱波纹减少，从而提高薄膜的重复性和稳定性。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种宽带增透膜，包括基底层，所述基底层上由内向外依次包括第一层Cu膜层、第二层MgF2膜层。
进一步地，所述第一层Cu膜层、第二层MgF2膜层的物理厚度依次为2.0-3.5nm、70.0-80.0nm。
进一步地，所述第一层Cu膜层、第二层MgF2膜层的物理厚度依次为2.0nm、74.0nm。
进一步地，所述第一层Cu膜层在增透带宽范围内的折射率小于1.3。
进一步地，所述基底层为K9玻璃或BK7玻璃。
本发明还提供一种上述的宽带增透膜的制备方法，包括如下步骤：
S1、在真空室中对玻璃基板加热至120℃，恒温50分钟；
S2、在真空度4.0×10-4Pa以下对基底层进行清洗；
S3、以电子束加热蒸发膜料Cu，电子枪束流50-150mA，控制蒸发速率在0.1±0.02nm/s；
S4、以电子束加热蒸发膜料MgF2，电子枪束流50mA，控制蒸发速率在0.5±0.02nm/s。
进一步地，S2中，采用考夫曼离子源清洁基底层，其中，离子源的参数如下：离子束流100Ma，阳极电压70V，屏极电压300V，加速电压200V，中和极电流15A，充Ar气13Sccm，清洗时长600s。
进一步地，S3中，先将真空室抽真空5-8min以排除杂气，再以电子束加热蒸发膜料Cu。
进一步地，S4中，在MgF2膜层镀制完成后，继续对真空室抽真空，关闭加热器，待光学元件在真空室内降温至60℃时，对真空室充气，再将镀膜后的光学元件取出。
由于金属膜普遍具有反射率高，截止带宽，中性好和偏振效应小等特性。这些特性主要是由于金属膜有远大于透明材料的消光系数，因此常用于制备高反射膜；消光系数随着波长而增大，因此反射率也随着波长增大而逐渐升高。
金属的折射率与常规介质材料不同；在膜层很薄时金属膜也具有良好的透过率。由于铜在可见光具有低于一般材料的折射率，因此本发明将铜与介质膜层导纳匹配层制备宽带增透膜，大大简化了增透膜的设计膜层。传统的全介质宽带增透膜需要12层左右的膜层才能够完成，本发明采用的膜系结构是Sub丨Cu MgF2丨Air，厚度分别为2.0-3.5nm、70.0-80.0nm。
本发明的一种宽带增透膜及其制备方法，其有益效果在于：本发明中利用金属和介质膜层组成可见及近红外宽带增透膜，相比于传统纯介质增透膜，在保证带宽相同的情况下透过率更高，并且通带波纹更少，曲线更平缓，膜层仅需两层，用更少的膜层实现更宽的增透带宽，不仅提高了光谱的重复性和稳定性，而且制备增透膜所需要的时间大大缩短，降低了生产成本，提高了生产效率。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为传统的全介质增透膜的反射率曲线图；
图2是本发明设计的宽带增透膜的理论单面反射率曲线图；
图3是本发明一种实施例中的宽带增透膜的实际单面反射率曲线图；
图4是本发明一种实施例中的宽带增透膜的光学导纳图。
具体实施方式
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
本公开实施例提供一种宽带增透膜的制备方法，包括如下步骤：
S1、在真空室中对玻璃基板加热至120℃，恒温50分钟；
S2、在真空度4.0×10-4Pa以下对基底层进行清洗；
具体地，采用考夫曼离子源清洁基底层，其中，离子源的参数如下：离子束流100Ma，阳极电压70V，屏极电压300V，加速电压200V，中和极电流15A，充Ar气13Sccm，清洗时长600s。并且，在离子束清洗结束至少10min后再开始镀膜程序。
S3、先将真空室抽真空5-8min以排除杂气，再以电子束加热蒸发膜料Cu，电子枪束流50-150mA，控制蒸发速率在0.1±0.02nm/s；
S4、以电子束加热蒸发膜料MgF2，电子枪束流50mA，控制蒸发速率在0.5±0.02nm/s；在MgF2膜层镀制完成后，继续对真空室抽真空，关闭加热器，待光学元件在真空室内降温至60℃时，对真空室充气，再将镀膜后的光学元件取出，测试其单面反射率和透过率。
通过上述方法制备得到的该宽带增透膜，包括基底层BK7玻璃，在基底层上由内向外依次包括第一层Cu膜层、第二层MgF2膜层，物理厚度依次为2.0nm、74.0nm；其中，上述第一层Cu膜层在增透带宽范围内的折射率小于1.3。上述该增透膜的波长在可见到近红外波段范围内。
在本发明上述实施方式的制备过程中，采用电子束蒸发式真空镀膜机完成，抽真空前向真空室内坩埚内添加Cu和MgF2材料，其中 Cu和MgF2用钼坩埚装。基底采用BK7玻璃，当真空度达到3×10-3Pa开始熔Cu材料。由于Cu的厚度较薄，所以需要控制好挡板打开时间，根据镀制出来的厚度的多少来调整挡板的打开时间，进而严格控制铜层厚度。
对于宽带增透膜，由于增透膜带宽越大，所需要的薄膜层数就越多，制备时对设备的要求就更高，制备出的光谱稳定性和重复性也越差，生产效率也会越低。因此，本发明针对上述问题，通过引入金属Cu层来降低整个膜层厚度，减少膜层数，从传统的12层减少到2层，不仅提高制备的生产效率，而且在大幅减少膜层的同时，实现了大的增透膜带宽，改善了增透膜的光谱特性，使光谱波纹减少，从而提高薄膜的重复性和稳定性。
参考附图1-4，图1为传统的全介质增透膜12层膜的反射率曲线图；12层膜的设计，所用材料为TiO2、SiO2和MgF2。相比金属膜，介质膜需要更多的层数，才能达到金属膜的带宽。
图2为本发明设计的宽带增透膜2层膜的理论单面反射率曲线图；对比图1，从抗反射效果看，金属膜设计的光谱特性明显更平坦，平均反射率也更低。
图3为本发明的上述实施例中制备得到的宽带增透膜2层膜的实际单面反射率曲线图；图4为本发明的上述实施例中制备得到的宽带增透膜的光学导纳图。
上述实施例的宽带增透膜，其结构是G|2.0nm Cu|74.0nm MgF2|Air。对比图1，在不考虑背反射的情况，本发明的增透膜增透波段的光谱曲线明显更好。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种宽带增透膜，其特征在于，包括基底层，所述基底层由从内向外依次设置的第一层Cu膜层和第二层MgF2膜层组成；
所述第一层Cu膜层、第二层MgF2膜层的物理厚度依次为2.0 -3.5nm、70.0 -80.0nm；
所述基底层为K9玻璃或BK7玻璃；
该宽带增透膜的制备方法，包括如下步骤：
S1、在真空室中对玻璃基板加热至120℃，恒温50分钟；
S2、在真空度4.0×10-4Pa以下对基底层进行清洗；
S3、以电子束加热蒸发膜料Cu，电子枪束流50-150mA，控制蒸发速率在0.1±0.02nm/s；
S4、以电子束加热蒸发膜料MgF2，电子枪束流50mA，控制蒸发速率在0.5±0.02nm/s。
2.根据权利要求1所述的宽带增透膜，其特征在于，所述第一层Cu膜层、第二层MgF2膜层的物理厚度依次为2.0nm、74.0nm。
3.根据权利要求1所述的宽带增透膜，其特征在于，所述第一层Cu膜层在增透带宽范围内的折射率小于1.3。
4.根据权利要求1所述的宽带增透膜，其特征在于，S2中，采用考夫曼离子源清洁基底层，其中，离子源的参数如下：离子束流100mA，阳极电压70V，屏极电压300V，加速电压200V，中和器电流15A，充Ar气13Sccm，清洗时长600s。
5.根据权利要求1所述的宽带增透膜，其特征在于，S3中，先将真空室抽真空5-8min以排除杂气，再以电子束加热蒸发膜料Cu。
6.根据权利要求1所述的宽带增透膜，其特征在于，S4中，在MgF2膜层镀制完成后，继续对真空室抽真空，关闭加热器，待光学元件在真空室内降温至60℃时，对真空室充气，再将镀膜后的光学元件取出。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
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Inventor after: Yuan Qinghai Inventor after: Lin Zhaowen Inventor after: Xie Yujiang Inventor after: Wang Ben Inventor before: Bao Ganghua Inventor before: Yuan Qinghai Inventor before: Lin Zhaowen Inventor before: Xie Yujiang Inventor before: Wang Ben |
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| GR01 | Patent grant | ||
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A broadband anti reflective film and its preparation method Granted publication date: 20230331 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited Shanghai pilot Free Trade Zone New Area Branch Pledgor: SHANGHAI MIFENG LASER TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2024980012603 |