JP2005221867A - 反射型光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】紫外光に対して反射率が高く、バンド幅が広く、クラックや剥離がなく、更ににレーザー耐力が高いミラーを反射型光学素子を提供すること。
【解決手段】対象波長域で十分に透明な基板の両面に、基板の表面と裏面で互いに異なる光学特性を持った２層以上の異なる屈折率の膜から構成される多層膜を積層することで反射型光学素子を形成する。ここで、前記基板は、蛍石、合成石英、ＭｇＦ₂、ＬｉＦの何れかであり、多層膜の膜材料がＧｄＦ₃、ＬａＦ₃、ＮｄＦ₃、ＤｙＦ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＰｄＦ₃、ＭｇＦ₂、ＡｌＦ₃、ＮａＦ₃、ＬｉＦ₃、ＣａＦ₂、ＢａＦ₂、ＳｒＦ₂、ＥｒＦ₃、ＣｅＦ₃、Ｎａ₃ＡｌＦ₆、Ｎａ₅Ａｌ₃Ｆｌ₄及びこれらの混合物又は化合物から選ばれた１つ以上の成分であることを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、紫外光用の反射型光学素子に関するものである。

これまでにミラー等の反射型光学素子が、紫外光を用いた様々な製品の光学系で用いられている。一般的に紫外光用ミラーとしては、次のようなもの構造のものが知られている。

第１には、図１に示すような構造のものである。基板上にＡｌやＡｇの金属膜を積層し、そして、この金属膜の酸化等の劣化を防ぐためにＳｉＯ２
等の誘電体がオーバーコートされているものである。図６にこの光学素子の反射分光特性の一例を示す。図６から分かるように、ブロードな特性を示すために光の射角度依存が低い。しかし、反射率の最大値が９０％程度と低い。又、金属膜は吸収率が高いため、レーザー耐力が低い。よって、実製品に搭載することが困難な場合が多い。

第２には、図２に示すような構造のものである。基板上に高屈折率誘電体膜と低屈折率誘電体膜をλ／４（λは対象波長）光学的膜厚で交互に積層させた、誘電体多層膜ミラーである。図７にこの光学素子の反射分光特性の一例を示す。図７から分かるように中心波長において反射率が９５％と高い。しかし、バンド幅が非常に狭く、光に対する入射角度依存が高い。よって、広い波長帯域や入射角度幅のある場合の使用では適さない場合が多い。

そこで、第３として、図３に示すような構造のものがある。基板上に中心波長の異なる誘電体多層膜ミラーを順次積層させたものである。上記第１の例に比べ反射率が高く、第２の例に比べバンド幅が広いミラーが可能となる。

しかし、このミラーは積層数が７０〜１００層と第２のミラーの２倍膜厚になるため、膜吸収や表面散乱が大きくなり、所望の光学特性を得るには、成膜方式や成膜条件の自由度が下がる場合が多い。又、吸収が大きくなることでレーザー耐力の低下が問題となる場合が多い。又、膜の応力が大きくなるため、クラックや剥離の問題が生じる場合が多い。

そこで、これらのミラーの欠点を補うものとして、第４として特許文献１に示すような構造のものがある（図４参照）。これは、基板上に金属膜を積層し、その上に誘電体多層膜ミラーを積層したものである。この構造は、上記第１の例に比べ反射率が高く、第２の例に比べバンド幅が広いミラーが可能となる。又、誘電体多層膜ミラーの積層数が少ないため、上記第３のミラーのように膜厚が厚くなり、吸収や散乱、クラックや剥離の問題が少ない。又、誘電体多層膜により金属膜に届く光量が弱くなり、上記第１のミラーよりもレーザー耐力が向上する。

しかし、金属膜にレーザーが照射されることには変わりないので、光学素子に照射されるレーザーの光量が大きい場合や長時間の照射の場合はやはりレーザー劣化が生じる場合が多い。

特開平１０−１６０９１５号公報

上記のような従来技術では、紫外光に対して反射率が高く、バンド幅が広く、又、クラックや剥離がなく、更にレーザー耐力が高いミラーを製造することは困難であった。

本発明は、このような従来技術の問題点を克服し、紫外光に対して反射率が高く、バンド幅が広く、クラックや剥離がなく、更ににレーザー耐力が高いミラーを反射型光学素子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、対象波長域で十分に透明な基板の両面に、基板の表面と裏面で互いに異なる光学特性を持った２層以上の異なる屈折率の膜から構成される多層膜を積層することで反射型光学素子を形成することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記基板が、蛍石、合成石英、ＭｇＦ₂、ＬｉＦの何れかであり、多層膜の膜材料がＧｄＦ₃、ＬａＦ₃、ＮｄＦ₃、ＤｙＦ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＰｄＦ₃、ＭｇＦ₂、ＡｌＦ₃、ＮａＦ₃、ＬｉＦ₃、ＣａＦ₂、ＢａＦ₂、ＳｒＦ₂、ＥｒＦ₃、ＣｅＦ₃、Ｎａ₃ＡｌＦ₆、Ｎａ₅Ａｌ₃Ｆｌ₄及びこれらの混合物又は化合物から選ばれた１つ以上の成分であることを特徴とする。

本発明に係る反射型光学素子は、紫外光に対して反射率が高く、バンド幅が広く、又、クラックや剥離がなく、更にレーザー耐力が高い特性示す。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図５は本発明の実施の形態に係るミラーの構成図である。

基板１の表面に高屈折率誘電体膜と低屈折率誘電体膜をλ₁／４の光学的膜厚分交互に積層し、裏面に高屈折率誘電体膜と低屈折率誘電体膜をλ₂／４の光学的膜厚分交互に積層した構成となっている。このときλ₁とλ₂は異なる。これら誘電体膜は真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、イオンアシスト法等の成膜方法で積層できる。これら膜の材料は、ＧｄＦ₃、ＬａＦ₃、ＮｄＦ₃、ＤｙＦ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＰｄＦ₃、ＭｇＦ₂、ＡｌＦ₃、ＮａＦ₃、ＬｉＦ₃、ＣａＦ₂、ＢａＦ₂、ＳｒＦ₂、ＥｒＦ₃、ＣｅＦ₃、Ｎａ₃ＡｌＦ₆、Ｎａ₅Ａｌ₃Ｆｌ₄及びこれらの混合物又は化合物から選ばれたものである。又、基板１はλ₁とλ₂の波長で十分に透明であるものを用い、蛍石、合成石英、ＭｇＦ₂、ＬｉＦの何れかである。

実施例１として、合成石英基板に高屈折率膜（Ｈ）としてＮｄＦ₃、低屈折率膜（Ｌ）としてＡｌＦ₃を用いて、基板表面にＳｕｂ（０．２７λＬ０．２５λＨ）１０（０．２８λＬ０．２６λＨ）１０Ａｉｒの膜構成、基板裏面にｓｕｂ（０．３０λＬ０．２９λＨ）１０（０．３１λＬ０．２９λＨ）１０Ａｉｒの膜構成の多層膜を真空蒸着法によりそれぞれ積層することにより形成されたミラーの４５°入射光に対する反射率特性を図８に示す。λ＝１９３．４ｎｍ。図７の第２のミラー例に比べてバンド幅が広がっている。又、フルーエンス１５ｍＪ／ｃｍ²のＡｒＦエキシマレーザーを３００Ｍ ｐｌｕｓ照射した場合、従来のｓｕｂＡｌＭｇＦ₂Ａｉｒのミラーの反射率は１０％程度低下したが、実施例１のミラーは低下しなかった。

実施例２として、蛍石基板に高屈折率膜（Ｈ）としてＬａＦ₃、低屈折率膜（Ｌ）としてＡｌＦ₃を用いて、基板表面にＳｕｂ（０．２７λＬ０．２５λＨ）１０（０．２８λＬ０．２６λＨ）１０Ａｉｒの膜構成、基板裏面にＳｕｂ（０．３０λＬ０．２９λＨ）１０（０．３１λＬ０．２９λＨ）１０Ａｉｒの膜構成の多層膜を真空蒸着法によりそれぞれ積層することにより形成されたミラーの４５°入射光に対する反射率特性を図９に示す。λ＝１５７．６ｎｍ。又、フルーエンス１０ｍＪ／ｃｍ²のＦ２レーザーを３００Ｍ ｐｌｕｓ照射した場合、従来のｓｕｂ Ａｌ（ＡｌＦ₃／ＬａＦ₃）₃Ａｉｒのミラーの反射率は１１％程度低下したが、実施例２のミラーは低下しなかった。

本発明は、紫外光用の反射型光学素子に対して適用可能である。

従来の紫外光用ミラーの第１例の構成概略図である。 従来の紫外光用ミラーの第２例の構成概略図である。 従来の紫外光用ミラーの第３例の構成概略図である。 従来の紫外光用ミラーの第４例の構成概略図である。 本発明に係る紫外光用ミラーの構成概略図である。 従来の紫外光用ミラーの第１例の４５°入射分光特性である。 従来の紫外光用ミラーの第２例の４５°入射分光特性である。 本発明に係る紫外光用ミラーの４５°入射分光特性である。 従来の紫外光用ミラーの第２例の４５°入射分光特性２を示す図である。 本発明に係る紫外光用ミラーの４５°入射分光特性を示す図である。

符号の説明

１ 誘電体保護膜
２ 金属膜
３ 基板
４ 高屈折率誘電体膜と低屈折率誘電体膜の交互層
５ 高屈折率誘電体膜と低屈折率誘電体膜の交互層
６ ５と中心波長が異なる高屈折率誘電体膜と低屈折率誘電体膜の交互層

Claims (2)

1. 対象波長域で十分に透明な基板の両面に、基板の表面と裏面で互いに異なる光学特性を持った２層以上の異なる屈折率の膜から構成される多層膜を積層することで形成されることを特徴とする反射型光学素子。
2. 前記基板が、蛍石、合成石英、ＭｇＦ₂、ＬｉＦの何れかであり、多層膜の膜材料がＧｄＦ₃、ＬａＦ₃、ＮｄＦ₃、ＤｙＦ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＰｄＦ₃、ＭｇＦ₂、ＡｌＦ₃、ＮａＦ₃、ＬｉＦ₃、ＣａＦ₂、ＢａＦ₂、ＳｒＦ₂、ＥｒＦ₃、ＣｅＦ₃、Ｎａ₃ＡｌＦ₆、Ｎａ₅Ａｌ₃Ｆｌ₄及びこれらの混合物又は化合物から選ばれた１つ以上の成分であることを特徴とする請求項１記載の紫外光用の反射型光学素子。

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