JP2009271439A - Optical component with antireflective film - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical component with an antireflective film, which has reflectivity of ≤0.25% and good light transmissivity, and also has excellent laser resistance. <P>SOLUTION: The optical component P has the antireflective film 11 which is provided so as to cover a light incident surface and/or a light emission surface of an optical component body 10. The antireflective film 11 has two layer structure formed by laminating a high refractive index layer 12 of an optical component body 10 side and a low refractive index layer 13 of its outside. The high refractive index layer 12 is formed of one selected from Ta<SB>2</SB>O<SB>5</SB>, HfO<SB>2</SB>, Nb<SB>2</SB>O<SB>5</SB>and ZrO<SB>2</SB>and the low refractive index layer 13 is formed of SiO<SB>2</SB>. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、反射防止膜を備えた光学部品、特に反射防止膜を備えた高出力レーザー用光学素子に関する。   The present invention relates to an optical component having an antireflection film, and more particularly to an optical element for a high-power laser having an antireflection film.

光学部品の光透過率を高めるために光入射面あるいは光出射面を被覆するように反射防止膜を設けることが行われている。   In order to increase the light transmittance of the optical component, an antireflection film is provided so as to cover the light incident surface or the light emitting surface.

反射防止膜を単一層の膜として構成する場合、フレネルの式から導かれる次の式を満たすことが必要である。   When the antireflection film is configured as a single layer film, it is necessary to satisfy the following expression derived from the Fresnel expression.

Ｎｆ ２＝Ｎ０・Ｎｓ
ここで、Ｎｆ、Ｎｓ及びＮ０は、それぞれ、膜の屈折率、膜が設けられる基板の屈折率、及び媒質の屈折率である。基板が石英ガラス（屈折率：約１．４５）及び媒質が空気（屈折率：約１．００）の場合、Ｎｆ＝１．２０であれば上記式を満たすが、一般に、反射防止膜として用いられる材料はＭｇＦ２（屈折率：約１．３６）、ＳｉＯ２（屈折率：約１．４４）、Ａｌ２Ｏ３（屈折率：約１．６０）、Ｔａ２Ｏ５（屈折率：約２．１０）、ＴｉＯ２（屈折率：約２．２０）等である。従って、通常、反射防止膜を単一層からなる膜として構成することができない。 N f 2 = N 0 · N s
Here, N f , N s, and N 0 are the refractive index of the film, the refractive index of the substrate on which the film is provided, and the refractive index of the medium, respectively. When the substrate is quartz glass (refractive index: about 1.45) and the medium is air (refractive index: about 1.00), the above formula is satisfied if N f = 1.20. The materials used are MgF 2 (refractive index: about 1.36), SiO 2 (refractive index: about 1.44), Al 2 O 3 (refractive index: about 1.60), Ta 2 O 5 (refractive index: About 2.10), TiO 2 (refractive index: about 2.20), and the like. Therefore, normally, the antireflection film cannot be constituted as a film composed of a single layer.

特許文献１には、ＳｉＯ２からなる表面側層と、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２の中から選ばれる一種からなる中間層と、ＳｉＯ２からなる素子側層とからなる３層構造の反射防止膜が記載されている。 Patent Document 1, the surface-side layer made of SiO 2, Al 2 O 3, ZrO 2, HfO 2, Ta 2 O 5, an intermediate layer made of one selected from among TiO 2, elements made of SiO 2 A three-layer antireflection film comprising a side layer is described.

特許文献２には、反射防止膜が２〜６層の薄膜積層体であり、その中に１層以上ＹＡＧ（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：イットリウム・アルミニウム・ガーネット）を主成分とする層を含むことが記載されている。
特開平４−３８８８５号公報 特開２００４−２８７２７４号公報 In Patent Document 2, the antireflection film is a thin film laminate of 2 to 6 layers, and one or more layers include YAG (Y 3 Al 5 O 12 : yttrium, aluminum, garnet) as a main component. It is described.
JP-A-4-38885 JP 2004-287274 A

宇宙、航空、エレクトロニクス等をはじめとする様々な産業分野において、レーザー加工等に用いる高出力レーザーの性能向上の要求が高まっている。中でも、反射率が低く、しかも、優れたレーザー耐性を有する反射防止膜を備えたレーザー素子が強く求められている。   In various industrial fields such as space, aviation, and electronics, there is an increasing demand for improving the performance of high-power lasers used for laser processing and the like. In particular, there is a strong demand for a laser element having an antireflection film having low reflectance and excellent laser resistance.

レーザー耐性の高い材料としてはＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３が広く用いられているが、ＳｉＯ２の薄膜とＡｌ２Ｏ３の薄膜とを積層して反射防止膜を構成し、その反射率を０．２５％以下に設計する場合、この反射防止膜は４層構造となる。 SiO 2 and Al 2 O 3 are widely used as materials with high laser resistance, but an antireflection film is formed by laminating a thin film of SiO 2 and a thin film of Al 2 O 3 , and its reflectance is 0 When designed to be 25% or less, this antireflection film has a four-layer structure.

ところで、多層構造の反射防止膜において、薄膜と薄膜との界面を光が通過する際にレーザー耐性が低下するという問題がある。そして、反射防止膜を構成する層数が多いほどこの問題は顕著に現れる。そのため、高出力レーザーに対する優れたレーザー耐性を得る観点からは、反射防止膜を構成する薄膜の層数は少ないことが好ましい。   By the way, in the antireflection film having a multilayer structure, there is a problem that the laser resistance is lowered when light passes through the interface between the thin film and the thin film. This problem becomes more prominent as the number of layers constituting the antireflection film increases. Therefore, from the viewpoint of obtaining excellent laser resistance against a high-power laser, it is preferable that the number of thin films constituting the antireflection film is small.

本発明の目的は、反射率が０．２５％以下であって光透過性がよく、しかも、優れたレーザー耐性を有する反射防止膜を備えた光学部品を提供することである。   An object of the present invention is to provide an optical component provided with an antireflection film having a reflectance of 0.25% or less, good light transmittance, and excellent laser resistance.

本発明の光学部品は、
光学部品本体の光入射面及び／又は光出射面を被覆するように反射防止膜が設けられたものであって、
上記反射防止膜は、光学部品本体側の高屈折率層と該高屈折率層の外側の低屈折率層とが積層されてなる２層構造を有し、
上記高屈折率層はＴａ２Ｏ５、ＨｆＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、又はＺｒＯ２で形成され、かつ、上記低屈折率層はＳｉＯ２で形成されていることを特徴とする。 The optical component of the present invention is
An antireflection film is provided so as to cover the light incident surface and / or the light emitting surface of the optical component body,
The antireflection film has a two-layer structure in which a high refractive index layer on the optical component main body side and a low refractive index layer outside the high refractive index layer are laminated,
The high refractive index layer is made of Ta 2 O 5 , HfO 2 , Nb 2 O 5 , or ZrO 2 , and the low refractive index layer is made of SiO 2 .

上記高屈折率層は上記低屈折率層よりも光学的膜厚が小さいことが好ましい。   The high refractive index layer preferably has an optical film thickness smaller than that of the low refractive index layer.

上記光学部品本体は、高出力レーザー用光学素子本体であってもよい。   The optical component body may be a high-power laser optical element body.

本発明の光学部品によれば、光学素子本体の光入射面及び／又は光出射面を被覆するように設けられた反射防止膜は光学部品本体側の高屈折率層と該高屈折率層の外側の低屈折率層とが積層されてなる２層構造を有するので、光入射面及び／又は光出射面において優れたレーザー耐性が得られる。また、反射防止膜の高屈折率層がＴａ２Ｏ５、ＨｆＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、又はＺｒＯ２で形成され、かつ、低屈折率層がＳｉＯ２で形成されているので、反射率が０．２５％以下の良好な光透過性を実現することができる。 According to the optical component of the present invention, the antireflection film provided so as to cover the light incident surface and / or the light emitting surface of the optical element body includes the high refractive index layer on the optical component body side and the high refractive index layer. Since it has a two-layer structure in which an outer low refractive index layer is laminated, excellent laser resistance can be obtained on the light incident surface and / or the light emitting surface. Further, since the high refractive index layer of the antireflection film is formed of Ta 2 O 5 , HfO 2 , Nb 2 O 5 , or ZrO 2 and the low refractive index layer is formed of SiO 2 , the reflectance is high. Good light transmittance of 0.25% or less can be realized.

以下、実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.

図１は、光学部品Ｐの断面を示す。   FIG. 1 shows a cross section of the optical component P.

この光学部品Ｐは、光学部品本体１０と、その光入射面及び／又は光出射面を被覆するように設けられた反射防止膜１１とからなる。反射防止膜１１は、光学部品Ｐの光透過率を高めるために設けられる。   The optical component P includes an optical component main body 10 and an antireflection film 11 provided so as to cover the light incident surface and / or the light emitting surface thereof. The antireflection film 11 is provided to increase the light transmittance of the optical component P.

光学部品本体１０は、例えば、ファラデー回転子、ガラスレーザーやＹＡＧレーザー等の固体レーザー素子、ＣＯ２レーザーやエキシマレーザー等の気体レーザー素子、半導体レーザー素子、波長変換素子、カメラレンズ、眼鏡レンズ等の光学部品の本体である。 The optical component body 10 includes, for example, a Faraday rotator, a solid laser element such as a glass laser and a YAG laser, a gas laser element such as a CO 2 laser and an excimer laser, a semiconductor laser element, a wavelength conversion element, a camera lens, and a spectacle lens. The main body of the optical component.

光学部品本体１０の光入射面及び／又は光出射面のうち、反射防止膜１１が設けられる部分は、例えば、石英ガラス、サファイアガラス等で構成され、例えば屈折率が１．４５〜１．７７である。そして、反射防止膜１１が設けられる部分は、例えば、平面や曲面である。この部分は、予め、スパッタやイオンクリーニング等の方法でエッチング等の処理を行っていてもよい。エッチングを行った場合の表面粗さは、例えば５〜１０Åｒｍｓである。反射防止膜１１が設けられる部分は、例えば、面積が０．００８〜８０００ｍｍ２である。 Of the light incident surface and / or the light emitting surface of the optical component body 10, the portion where the antireflection film 11 is provided is made of, for example, quartz glass, sapphire glass, or the like, and has a refractive index of 1.45 to 1.77, for example. It is. And the part in which the anti-reflective film 11 is provided is a plane or a curved surface, for example. This portion may be previously subjected to a process such as etching by a method such as sputtering or ion cleaning. The surface roughness when etching is performed is, for example, 5 to 10 Årms. The portion where the antireflection film 11 is provided has, for example, an area of 0.008 to 8000 mm 2 .

反射防止膜１１は、光学部品本体１０側の高屈折率層１２と、その高屈折率層１２の外側の低屈折率層１３と、が積層されてなる２層構造を有する。   The antireflection film 11 has a two-layer structure in which a high refractive index layer 12 on the optical component body 10 side and a low refractive index layer 13 outside the high refractive index layer 12 are laminated.

高屈折率層１２を構成する材料は、Ｔａ２Ｏ５、ＨｆＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、またはＺｒＯ２である。高屈折率層１２は、例えば、屈折率が１．８〜２．２である。 The material constituting the high refractive index layer 12 is Ta 2 O 5 , HfO 2 , Nb 2 O 5 , or ZrO 2 . The high refractive index layer 12 has a refractive index of 1.8 to 2.2, for example.

高屈折率層１２は、例えば、膜厚ｄ１が３０〜７０ｎｍである。そして、高屈折率層１２は、例えば、光学的膜厚Ｄ１が０．２５〜０．５０である。ここで、光学的膜厚Ｄは、膜厚ｄ０に対してｎｄ０＝λ／４が成り立つときの光学的膜厚Ｄ０を１として表した値である（以下同様）。 The high refractive index layer 12 has, for example, a film thickness d1 of 30 to 70 nm. The high refractive index layer 12 has an optical film thickness D1 of 0.25 to 0.50, for example. Here, the optical film thickness D is a value that represents the optical film thickness D 0 when nd 0 = λ / 4 is satisfied with respect to the film thickness d 0 (the same applies hereinafter).

低屈折率層１３は、高屈折率層１２を構成する材料よりも屈折率の低い材料で構成されている。低屈折率層１３を構成する材料はＳｉＯ２である。低屈折率層１３は、例えば、屈折率が１．４４〜１．４７である。低屈折率層１３の屈折率は、高屈折率層１２の屈折率との差が０．３以上であることが好ましい。 The low refractive index layer 13 is made of a material having a lower refractive index than the material constituting the high refractive index layer 12. The material constituting the low refractive index layer 13 is SiO 2 . The low refractive index layer 13 has a refractive index of 1.44 to 1.47, for example. The difference in refractive index of the low refractive index layer 13 from the refractive index of the high refractive index layer 12 is preferably 0.3 or more.

低屈折率層１３は、例えば、膜厚ｄ２が２３０〜２５５ｎｍである。そして、低屈折率層１３は、例えば、光学的膜厚Ｄ２が１．２５〜１．４０である。高屈折率層１２の光学的膜厚Ｄ１は、低屈折率層１３の光学的膜厚Ｄ２よりも小さいことが好ましい。低屈折率層１３を構成するＳｉＯ２はレーザー耐性が高いので、低屈折率層１３が肉厚であれば反射防止膜１１全体としても高いレーザー耐性を示す。 The low refractive index layer 13 has, for example, a film thickness d2 of 230 to 255 nm. The low refractive index layer 13 has an optical film thickness D2 of 1.25 to 1.40, for example. The optical film thickness D1 of the high refractive index layer 12 is preferably smaller than the optical film thickness D2 of the low refractive index layer 13. Since SiO 2 constituting the low refractive index layer 13 has high laser resistance, if the low refractive index layer 13 is thick, the antireflection film 11 as a whole exhibits high laser resistance.

以上の構成の反射防止膜１１を有する光学部品Ｐは、反射率が０．２５％以下となる、優れた光透過性を示す。しかも、反射防止膜１１が２層構造を有するので、レーザー耐性にも優れている。   The optical component P having the antireflection film 11 having the above configuration exhibits excellent light transmittance with a reflectance of 0.25% or less. In addition, since the antireflection film 11 has a two-layer structure, it has excellent laser resistance.

そして、以上のように構成した反射防止膜１１は、ファラデー回転子、ガラスレーザーやＹＡＧレーザー等の固体レーザー素子、ＣＯ２レーザーやエキシマレーザー等の気体レーザー素子、半導体レーザー素子、波長変換素子、カメラレンズ、眼鏡レンズ等の光学部品本体１０の入射端面や出射端面、光ファイバの両端面に設けられる。この反射防止膜１１は、優れたレーザー耐性を有するので、特に、ファラデー回転子、ガラスレーザーやＹＡＧレーザー等の固体レーザー素子、ＣＯ２レーザーやエキシマレーザー等の気体レーザー素子、波長変換素子等の高出力レーザー用光学素子に設けた場合に効果が顕著となる。 The antireflection film 11 configured as described above includes a Faraday rotator, a solid laser element such as a glass laser or a YAG laser, a gas laser element such as a CO 2 laser or an excimer laser, a semiconductor laser element, a wavelength conversion element, a camera. It is provided on the incident end face and exit end face of the optical component main body 10 such as a lens or a spectacle lens, and both end faces of the optical fiber. Since this antireflection film 11 has excellent laser resistance, it is particularly high in a Faraday rotator, a solid laser element such as a glass laser and a YAG laser, a gas laser element such as a CO 2 laser and an excimer laser, and a wavelength conversion element. The effect becomes remarkable when it is provided in an optical element for an output laser.

図２は、反射防止膜１１を設けた光学部品Ｐの例として、レーザーガイド２０のレーザー光入射端側部分の構成を示す。レーザー光出射端側部分も、入射端側部分と略同一の構成である。   FIG. 2 shows the configuration of the laser light incident end side portion of the laser guide 20 as an example of the optical component P provided with the antireflection film 11. The laser beam emitting end side portion has substantially the same configuration as the incident end side portion.

このレーザーガイド２０は、レーザーガイド光ファイバ心線２１ａをチューブ２１ｂに挿通したガイド本体部２１と、ガイド本体部２１の両端部をそれぞれ覆うように取り付けられたコネクタ２２と、で構成されている。   The laser guide 20 includes a guide main body 21 in which a laser guide optical fiber core wire 21a is inserted into a tube 21b, and a connector 22 that is attached so as to cover both ends of the guide main body 21.

コネクタ２２は、コネクタ本体２２ａとその接続端側部分に被せるように設けられたキャップ部材２２ｂとで構成されている。コネクタ本体２２ａは、内部の接続端側の部分にサファイアチップ２３を備え、そのサファイアチップ２３の接続端側端面には高反射膜２３ａが設けられている。   The connector 22 includes a connector body 22a and a cap member 22b provided so as to cover the connection end side portion. The connector main body 22a includes a sapphire chip 23 in a portion on the inner connection end side, and a high reflection film 23a is provided on the connection end side end surface of the sapphire chip 23.

レーザーガイド光ファイバ心線２１ａは、その先端部分で被覆層が所定長剥がされ、レーザーガイド光ファイバが剥き出しとなっている。そして、コネクタ本体２２ａにチューブ２１ｂから突出したレーザーガイド光ファイバ心線２１ａが収容されていると共に樹脂で埋設固定され、さらに、サファイアチップ２３にレーザーガイド光ファイバ心線２１ａの被覆層が剥がされた部分が内嵌保持されている。   The laser guide optical fiber core wire 21a has a coating layer peeled off at a tip portion for a predetermined length, and the laser guide optical fiber is exposed. Then, the laser guide optical fiber core 21a protruding from the tube 21b is accommodated in the connector body 22a and embedded and fixed with resin, and the coating layer of the laser guide optical fiber core 21a is peeled off from the sapphire chip 23. The part is held internally.

キャップ部材２２ｂは、底部に、例えば石英製又はサファイア製の保護ガラス２４を備えている。そして、例えばレーザーガイドの入射端側部分では、保護ガラス２４を介してレーザーガイド光ファイバ心線２１ａのコアにレーザー光が入射するようになっている。   The cap member 22b includes a protective glass 24 made of, for example, quartz or sapphire at the bottom. For example, at the incident end side portion of the laser guide, the laser light is incident on the core of the laser guide optical fiber core wire 21 a through the protective glass 24.

このような構成のレーザーガイド２０において、保護ガラス２４の両面、つまり、光入射面及び光出射面、並びに、レーザーガイド光ファイバ心線２１ａの光入射面（ファイバ端面）に、各表面を被覆するように反射防止膜１１が設けられている。そのため、レーザーガイド２０の光入射面及び光出射面において、高い光透過率を得ることができる。しかも、本発明の反射防止膜１１は２層構造であるから、レーザーガイド２０の光入射面及び光出射面、並びに、レーザーガイド光ファイバ心線２１ａの光入射面（ファイバ端面）において優れたレーザー耐性を示す。   In the laser guide 20 having such a configuration, each surface is coated on both surfaces of the protective glass 24, that is, the light incident surface and the light emitting surface, and the light incident surface (fiber end surface) of the laser guide optical fiber core 21a. Thus, an antireflection film 11 is provided. Therefore, high light transmittance can be obtained on the light incident surface and the light emitting surface of the laser guide 20. Moreover, since the antireflection film 11 of the present invention has a two-layer structure, the laser is excellent on the light incident surface and the light emitting surface of the laser guide 20 and on the light incident surface (fiber end surface) of the laser guide optical fiber core 21a. Shows tolerance.

以下、光学部品本体１０に反射防止膜１１を設ける方法について説明する。   Hereinafter, a method of providing the antireflection film 11 on the optical component body 10 will be described.

この反射防止膜１１を構成する高屈折率層１２及び低屈折率層１３のそれぞれは、例えば、真空蒸着法、イオンアシスト蒸着法、スパッタ蒸着法、イオンプレーティング蒸着法、ゾルゲル法等の従来の方法を用いて成膜することができる。ここでは、イオンアシスト蒸着法について詳述する。   Each of the high refractive index layer 12 and the low refractive index layer 13 constituting the antireflection film 11 is, for example, a conventional method such as a vacuum vapor deposition method, an ion assist vapor deposition method, a sputter vapor deposition method, an ion plating vapor deposition method, or a sol-gel method. A film can be formed using the method. Here, the ion-assisted deposition method will be described in detail.

図３は、反射防止膜蒸着装置３０を示す。反射防止膜蒸着装置３０は、例えば、イオンアシスト蒸着法によって光学部品本体１０上に反射防止膜を設けるのに用いられる装置である。この反射防止膜蒸着装置３０は、処理槽３１、処理槽３１内に各々設けられた、基板載置ドーム３２、ルツボ３３、電子銃３４、イオン銃３５、酸素ガス供給器３６、アルゴン供給器及びアルゴン供給管（図示せず）、モニター３７、処理槽３１内を減圧するための真空ポンプ、処理槽３１上に設けられた光源、反射鏡、及び検出器等で構成されている。   FIG. 3 shows an antireflection film deposition apparatus 30. The antireflection film deposition apparatus 30 is an apparatus used for providing an antireflection film on the optical component body 10 by, for example, an ion-assisted deposition method. The antireflection film deposition apparatus 30 includes a processing tank 31, a substrate mounting dome 32, a crucible 33, an electron gun 34, an ion gun 35, an oxygen gas supply unit 36, an argon supply unit, and a processing tank 31. An argon supply pipe (not shown), a monitor 37, a vacuum pump for decompressing the inside of the processing tank 31, a light source provided on the processing tank 31, a reflecting mirror, a detector, and the like are included.

この反射防止膜蒸着装置３０を用いて光学部品本体１０上に反射防止膜を設ける場合、まず、基板載置ドーム３２に、表面に所定のマスキング処理やエッチング処理等を施した光学部品本体１０を装着する。また、ルツボ３３上に、高屈折率層１２の材料である蒸着源３８（Ｔａ２Ｏ５やＺｎＯ２等）を載置する。そして、ルツボ３３で蒸着源３８を加熱しつつ、真空ポンプで処理槽３１内を減圧する。 When an antireflection film is provided on the optical component body 10 using the antireflection film deposition apparatus 30, first, the optical component body 10 whose surface is subjected to predetermined masking processing, etching processing, or the like is applied to the substrate mounting dome 32. Installing. Further, an evaporation source 38 (Ta 2 O 5 , ZnO 2 or the like) that is a material of the high refractive index layer 12 is placed on the crucible 33. And while heating the vapor deposition source 38 with the crucible 33, the inside of the processing tank 31 is pressure-reduced with a vacuum pump.

次いで、電子銃３４で蒸着源３８の表面に電子を供給し、蒸着源３８を溶融・気化する。この蒸着源３８の蒸気は、酸素ガス、酸素イオン及びアルゴンイオンの供給下で光学部品本体１０の表面に蒸着され、高屈折率層１２の薄膜が形成される。   Next, electrons are supplied to the surface of the vapor deposition source 38 by the electron gun 34, and the vapor deposition source 38 is melted and vaporized. The vapor of the vapor deposition source 38 is vapor-deposited on the surface of the optical component body 10 under the supply of oxygen gas, oxygen ions, and argon ions, and a thin film of the high refractive index layer 12 is formed.

続いて、高屈折率層１２が形成された光学部品本体１０を基板載置ドーム３２に装着した状態で、ルツボ３３上には低屈折率層１３の材料である蒸着源３８（ＳｉＯ２）を載置し、高屈折率層１２と同様にして低屈折率層１３の薄膜を形成する。 Subsequently, in a state where the optical component main body 10 on which the high refractive index layer 12 is formed is mounted on the substrate mounting dome 32, an evaporation source 38 (SiO 2 ) that is a material of the low refractive index layer 13 is provided on the crucible 33. The thin film of the low refractive index layer 13 is formed in the same manner as the high refractive index layer 12.

なお、蒸着中は、光源を点灯させ、モニター３７や検出器等で、蒸着膜厚の制御を行う。   During vapor deposition, the light source is turned on, and the vapor deposition film thickness is controlled by the monitor 37, detector, or the like.

このようにして、光学部品本体１０上に反射防止膜１１が設けられる。この反射防止膜１１は、２層構造を有するので、３層以上の薄膜からなる反射防止膜よりも少ない工程で製造することができる。   In this way, the antireflection film 11 is provided on the optical component body 10. Since the antireflection film 11 has a two-layer structure, the antireflection film 11 can be manufactured with fewer steps than an antireflection film consisting of three or more thin films.

ガラス基板上に設けた反射防止膜について行った試験評価１及び２について説明する。なお、ガラス基板は本発明おける光学基板本体に相当する。   Test evaluations 1 and 2 performed on the antireflection film provided on the glass substrate will be described. The glass substrate corresponds to the optical substrate body in the present invention.

（試験評価１）
以下の反射防止膜１〜８を作製した。それぞれの構成は、表１にも示す。 (Test evaluation 1)
The following antireflection films 1 to 8 were prepared. Each configuration is also shown in Table 1.

なお、反射防止膜の各膜厚を設計するにあたり、以下の理論に基づいて計算を行った。   In designing each film thickness of the antireflection film, calculation was performed based on the following theory.

＜膜厚設計理論＞
光学薄膜の特性行列Ｍは、数１で表される。 <Thickness design theory>
The characteristic matrix M of the optical thin film is expressed by Equation 1.

Figure 2009271439
ここで、上記数式において、δは、波長λ、屈折率ｎ及び膜厚ｄに対しδ＝（２π／λ）・ｎｄ）で定まる値である。
Figure 2009271439
 In the above formula, δ is a value determined by δ = (2π / λ) · nd) with respect to the wavelength λ, the refractive index n, and the film thickness d.

このとき、２つの光学薄膜の境界面ａ、ｂでの電界Ｅと磁界Ｈとの関係、及び、エネルギー反射率Ｒは、それぞれ、数２及び数３で表される。   At this time, the relationship between the electric field E and the magnetic field H at the boundary surfaces a and b of the two optical thin films and the energy reflectivity R are expressed by Equations 2 and 3, respectively.

Figure 2009271439
Figure 2009271439

Figure 2009271439
ここで、上記数式において、ｎｓは基板の屈折率である。
Figure 2009271439
 Here, in the above formula, ns is the refractive index of the substrate.

２層構造の反射防止膜については、全体の特性行列を各層の特性行列Ｍ１及びＭ２の積として表せるので、 For an antireflection film having a two-layer structure, the entire characteristic matrix can be expressed as the product of the characteristic matrices M 1 and M 2 of each layer.

Figure 2009271439
となる新たな特性行列Ｍについてλ＝１０６４ｎｍにおけるエネルギー反射率Ｒ＝０となるように各パラメーターを計算することにより、反射防止膜を設計することができる。
Figure 2009271439
 The antireflection film can be designed by calculating each parameter so that the energy reflectance R = 0 at λ = 1064 nm for the new characteristic matrix M.

＜反射防止膜１＞
Ｔａ２Ｏ５からなる高屈折率層とＳｉＯ２からなる低屈折率層とを備えた反射防止膜を、石英ガラス基板上に設けた。 <Antireflection film 1>
An antireflection film provided with a high refractive index layer made of Ta 2 O 5 and a low refractive index layer made of SiO 2 was provided on a quartz glass substrate.

石英ガラス基板としては、屈折率１．４５、反射防止膜を設ける面の表面積約７１０ｍｍ２、及び、厚さ１．０ｍｍのものを使用した。 As the quartz glass substrate, a substrate having a refractive index of 1.45, a surface area of about 710 mm 2 on which the antireflection film is provided , and a thickness of 1.0 mm was used.

まず、イオンアシスト蒸着法によってＴａ２Ｏ５からなる高屈折率層を形成した。形成された高屈折率層は、屈折率が２．０５、膜厚ｄ１＝４６．５３ｎｍ、及び光学的膜厚Ｄ１＝０．３５３であった。 First, a high refractive index layer made of Ta 2 O 5 was formed by ion-assisted vapor deposition. The formed high refractive index layer had a refractive index of 2.05, a film thickness d1 = 46.53 nm, and an optical film thickness D1 = 0.353.

次に、同じくイオンアシスト蒸着法により、高屈折率層を形成した基板上にＳｉＯ２からなる低屈折率層を形成した。形成された低屈折率層は、屈折率が１．４４、膜厚ｄ２＝２４４．１３ｎｍ、及び光学的膜厚Ｄ２＝１．３１５であった。 Next, a low refractive index layer made of SiO 2 was formed on the substrate on which the high refractive index layer was formed by the same ion-assisted deposition method. The formed low refractive index layer had a refractive index of 1.44, a film thickness d2 = 244.13 nm, and an optical film thickness D2 = 1.315.

こうして作製された２層構造の反射防止膜を反射防止膜１とした。   The antireflection film having the two-layer structure thus prepared was designated as an antireflection film 1.

＜反射防止膜２＞
反射防止膜１と同様にして、Ｔａ２Ｏ５からなる高屈折率層とＳｉＯ２からなる低屈折率層とを備えた反射防止膜を設け、反射防止膜２とした。この反射防止膜２は、１０６４ｎｍの波長において、高屈折率層の屈折率が２．０５、膜厚ｄ１＝２１６．１０ｎｍ、及び光学的膜厚Ｄ１＝１．６４１であり、低屈折率層の屈折率が１．４４、膜厚ｄ２＝１２８．４６ｎｍ、及び光学的膜厚Ｄ２＝０．６９２であった。 <Antireflection film 2>
Similarly to the antireflection film 1, an antireflection film provided with a high refractive index layer made of Ta 2 O 5 and a low refractive index layer made of SiO 2 was provided. The antireflective film 2 has a refractive index of 2.05, a film thickness d1 = 216.10 nm, and an optical film thickness D1 = 1.661 at a wavelength of 1064 nm. The refractive index was 1.44, the film thickness d2 = 128.46 nm, and the optical film thickness D2 = 0.692.

＜反射防止膜３＞
反射防止膜１と同様にして、ＺｒＯ２からなる高屈折率層とＳｉＯ２からなる低屈折率層とを備えた反射防止膜を設け、反射防止膜３とした。この反射防止膜３は、１０６４ｎｍの波長において、高屈折率層の屈折率が１．９５、膜厚ｄ１＝５３．０６ｎｍ、及び光学的膜厚Ｄ１＝０．３９０であり、低屈折率層の屈折率が１．４４、膜厚ｄ２＝２４０．９８ｎｍ、及び光学的膜厚Ｄ２＝１．２９８であった。 <Antireflection film 3>
In the same manner as the antireflection film 1, an antireflection film provided with a high refractive index layer made of ZrO 2 and a low refractive index layer made of SiO 2 was provided as an antireflection film 3. The antireflective film 3 has a refractive index of 1.95, a film thickness d1 = 53.06 nm, and an optical film thickness D1 = 0.390 at a wavelength of 1064 nm. The refractive index was 1.44, the film thickness d2 = 2400.98 nm, and the optical film thickness D2 = 1.298.

＜反射防止膜４＞
反射防止膜１と同様にして、ＺｒＯ２からなる高屈折率層とＳｉＯ２からなる低屈折率層とを備えた反射防止膜を設け、反射防止膜４とした。この反射防止膜４は、１０６４ｎｍの波長において、高屈折率層の屈折率が１．９５、膜厚ｄ１＝２１７．７６ｎｍ、及び光学的膜厚Ｄ１＝１．６００であり、低屈折率層の屈折率が１．４４、膜厚ｄ２＝１３１．２１ｎｍ、及び光学的膜厚Ｄ２＝０．７０７であった。 <Antireflection film 4>
In the same manner as the antireflection film 1, an antireflection film provided with a high refractive index layer made of ZrO 2 and a low refractive index layer made of SiO 2 was provided as an antireflection film 4. This antireflection film 4 has a refractive index of 1.95, a film thickness d1 = 217.76 nm, and an optical film thickness D1 = 1.600 at a wavelength of 1064 nm. The refractive index was 1.44, the film thickness d2 = 131.21 nm, and the optical film thickness D2 = 0.707.

＜反射防止膜５＞
反射防止膜１と同様にして、ＨｆＯ２からなる高屈折率層とＳｉＯ２からなる低屈折率層とを備えた反射防止膜を設け、反射防止膜５とした。この反射防止膜５は、１０６４ｎｍの波長において、高屈折率層の屈折率が１．８６、膜厚ｄ１＝６８．８６ｎｍ、及び光学的膜厚Ｄ１＝０．４８１であり、低屈折率層の屈折率が１．４４、膜厚ｄ２＝２３２．８５ｎｍ、及び光学的膜厚Ｄ２＝１．２５４であった。 <Antireflection film 5>
In the same manner as the antireflection film 1, an antireflection film including a high refractive index layer made of HfO 2 and a low refractive index layer made of SiO 2 was provided to obtain an antireflection film 5. The antireflective film 5 has a refractive index of 1.86, a film thickness d1 = 68.86 nm, and an optical film thickness D1 = 0.481 at a wavelength of 1064 nm. The refractive index was 1.44, the film thickness d2 = 232.85 nm, and the optical film thickness D2 = 1.254.

＜反射防止膜６＞
反射防止膜１と同様にして、ＨｆＯ２からなる高屈折率層とＳｉＯ２からなる低屈折率層とを備えた反射防止膜を設け、反射防止膜６とした。この反射防止膜６は、１０６４ｎｍの波長において、高屈折率層の屈折率が１．８６、膜厚ｄ１＝２１７．０５ｎｍ、及び光学的膜厚Ｄ１＝１．５１７であり、低屈折率層の屈折率が１．４４、膜厚ｄ２＝１３８．７２ｎｍ、及び光学的膜厚Ｄ２＝０．７４７であった。 <Antireflection film 6>
In the same manner as the antireflection film 1, an antireflection film provided with a high refractive index layer made of HfO 2 and a low refractive index layer made of SiO 2 was provided as an antireflection film 6. The antireflection film 6 has a refractive index of 1.86, a film thickness d1 = 217.05 nm, and an optical film thickness D1 = 1.517 at a wavelength of 1064 nm. The refractive index was 1.44, the film thickness d2 = 138.72 nm, and the optical film thickness D2 = 0.747.

＜反射防止膜７＞
反射防止膜１と同様にして、Ｎｂ２Ｏ５からなる高屈折率層とＳｉＯ２からなる低屈折率層とを備えた反射防止膜を設け、反射防止膜７とした。この反射防止膜７は、１０６４ｎｍの波長において、高屈折率層の屈折率が２．２４、膜厚ｄ１＝３１．４６ｎｍ、及び光学的膜厚Ｄ１＝０．２６５であり、低屈折率層の屈折率が１．４４、膜厚ｄ２＝２５０．８４ｎｍ、及び光学的膜厚Ｄ２＝１．３５１であった。 <Antireflection film 7>
Similarly to the antireflection film 1, an antireflection film including a high refractive index layer made of Nb 2 O 5 and a low refractive index layer made of SiO 2 was provided to obtain an antireflection film 7. This antireflection film 7 has a refractive index of 2.24, a film thickness d1 = 31.46 nm, and an optical film thickness D1 = 0.265 at a wavelength of 1064 nm. The refractive index was 1.44, the film thickness d2 = 1500.84 nm, and the optical film thickness D2 = 1.351.

＜反射防止膜８＞
反射防止膜１と同様にして、Ｎｂ２Ｏ５からなる高屈折率層とＳｉＯ２からなる低屈折率層とを備えた反射防止膜を設け、反射防止膜８とした。この反射防止膜８は、１０６４ｎｍの波長において、高屈折率層の屈折率が２．２４、膜厚ｄ１＝２０６．３８ｎｍ、及び光学的膜厚Ｄ１＝１．７３６であり、低屈折率層の屈折率が１．４４、膜厚ｄ２＝１２０．４３ｎｍ、及び光学的膜厚Ｄ２＝０．６４９であった。 <Antireflection film 8>
Similarly to the antireflection film 1, an antireflection film including a high refractive index layer made of Nb 2 O 5 and a low refractive index layer made of SiO 2 was provided to obtain an antireflection film 8. The antireflective film 8 has a refractive index of 2.24, a film thickness d1 = 206.38 nm, and an optical film thickness D1 = 1.736 at a wavelength of 1064 nm. The refractive index was 1.44, the film thickness d2 = 10.443 nm, and the optical film thickness D2 = 0.649.

ガラス基板上に設けた反射防止膜１〜８のそれぞれについて、４００〜１８００ｎｍの波長範囲における反射率を測定した。具体的には、光源と検出器とを備えた測定器を用いて、光源から出た光がそのまま検出器で検出されたときの光強度を１００％として、各反射防止膜を備えたガラス基板に光を入射し、そのガラス基板を透過した光の強度を測定することにより反射率を得た。このとき、スキャンスピードは３００ｎｍ／ｍｉｎ、近赤外及び可視・紫外領域におけるスリット幅は、自動制御及び４．００ｎｍ、並びに、サンプリング間隔は１．００ｎｍの設定の下で測定した。   For each of the antireflection films 1 to 8 provided on the glass substrate, the reflectance in the wavelength range of 400 to 1800 nm was measured. Specifically, using a measuring device equipped with a light source and a detector, the light intensity when the light emitted from the light source is detected as it is by the detector is taken as 100%, and the glass substrate provided with each antireflection film The reflectance was obtained by measuring the intensity of the light incident on the glass substrate and transmitted through the glass substrate. At this time, the scan speed was 300 nm / min, the slit width in the near-infrared and visible / ultraviolet regions was measured under the automatic control and 4.00 nm, and the sampling interval was set at 1.00 nm.

図４〜７は、これらの結果を表したグラフである。これらのグラフより、各反射防止膜の反射率が０．２５％以下である波長帯域を調べた。これを表１に示す。   4 to 7 are graphs showing these results. From these graphs, the wavelength band in which the reflectance of each antireflection film was 0.25% or less was examined. This is shown in Table 1.

Figure 2009271439
Figure 2009271439

（試験評価２）
試験評価１における反射防止膜１及び２を用いて、それぞれのレーザー損傷しきい値を測定した。 (Test evaluation 2)
Using the antireflection films 1 and 2 in the test evaluation 1, each laser damage threshold was measured.

図８は、レーザー損傷しきい値の測定装置８０を示す。この測定装置８０は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー照射部８１（波長：１０６４ｎｍ、パルス幅：１０ｎｓ）、プリズム８２、１／２λ板８３、ポラライザー８４、バイプラナー８５、反射鏡８６、石英ガラス８７、集光レンズ８８（焦点距離：１００ｍｍ）、ＣＣＤカメラ８９、及びオシロスコープ（図示せず）等で構成されている。   FIG. 8 shows a laser damage threshold measurement device 80. This measuring apparatus 80 includes an Nd: YAG laser irradiation unit 81 (wavelength: 1064 nm, pulse width: 10 ns), prism 82, 1 / 2λ plate 83, polarizer 84, biplanar 85, reflecting mirror 86, quartz glass 87, and condenser lens. 88 (focal length: 100 mm), a CCD camera 89, an oscilloscope (not shown), and the like.

この測定装置８０を用いて、反射防止膜１及び２について、１−ｏｎ−１法により、１ショットで損傷を受けるレーザーの損傷しきい値を求めた。具体的には、この測定装置８０の集光レンズの１０５ｍｍ前方にサンプルとしての反射防止膜１及び２を備えたガラス基板を設置し、それぞれに、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー照射部８１から異なる大きさのフルエンスを有するレーザー光を照射させた。照射毎にバイプラナー８５で観測した値をオシロスコープで読み取った。また、薄膜状の損傷の有無については、プラズマ発光とＣＣＤカメラ８９によって判定した。そして、損傷が起こった最小のフルエンスを損傷しきい値と定義した。   Using this measuring apparatus 80, the damage threshold of the laser that is damaged in one shot was determined for the antireflection films 1 and 2 by the 1-on-1 method. Specifically, a glass substrate provided with antireflection films 1 and 2 as a sample is placed 105 mm ahead of the condenser lens of this measuring device 80, and each of the glass substrates has a different size from the Nd: YAG laser irradiation unit 81. Laser light having a fluence was irradiated. The value observed with the biplanar 85 for each irradiation was read with an oscilloscope. The presence or absence of damage in the form of a thin film was determined by plasma emission and a CCD camera 89. The minimum fluence at which damage occurred was defined as the damage threshold.

表２は、レーザー損傷しきい値の測定試験における薄膜損傷の有無の観測結果を示す。   Table 2 shows the observation results of the presence or absence of thin film damage in the laser damage threshold measurement test.

Figure 2009271439
Figure 2009271439

（試験評価の考察）
図４〜７によれば、反射防止膜１〜８では、１０６４ｎｍの波長における反射率は全て０．１％以下である。従って、上記構成の２層構造体の反射防止膜により、反射率の低い反射防止膜が得られることが分かる。 (Consideration of test evaluation)
According to FIGS. 4-7, in the anti-reflective films 1-8, all the reflectances in the wavelength of 1064 nm are 0.1% or less. Therefore, it can be seen that an antireflection film having a low reflectance can be obtained by the antireflection film of the two-layer structure having the above structure.

表１によれば、高屈折率層の光学的膜厚Ｄ１が低屈折率層の光学的膜厚Ｄ２より小さい反射防止膜１、３、５及び７は、反射防止膜２、４、６及び８と比較して、反射率が０．２５％である低反射率の波長帯域が大きいことが分かる。   According to Table 1, the antireflective films 1, 3, 5, and 7 in which the optical film thickness D1 of the high refractive index layer is smaller than the optical film thickness D2 of the low refractive index layer are the antireflective films 2, 4, 6, and It can be seen that the wavelength band of the low reflectance with a reflectance of 0.25% is larger than that of 8.

また、表２によれば、反射防止膜１のレーザ光の照射密度の損傷しきい値は４０．７Ｊ／ｃｍ２であり、反射防止膜２のレーザ光の照射密度の損傷しきい値は３４．２Ｊ／ｃｍ２であることから、反射防止膜１及び２は、レーザー耐性の優れた反射防止膜であることが分かる。 Further, according to Table 2, the damage threshold of the laser beam irradiation density of the antireflection film 1 is 40.7 J / cm 2 , and the damage threshold of the laser beam irradiation density of the antireflection film 2 is 34. .2 J / cm 2 indicates that antireflection films 1 and 2 are antireflection films with excellent laser resistance.

また、レーザー損傷しきい値の測定結果によれば、高屈折率層の光学的膜厚Ｄ１が低屈折率層の光学的膜厚Ｄ２より小さい反射防止膜１は、反射防止膜２と比較して、約１．２倍のレーザー耐性を有する。従って、高屈折率層の光学的膜厚Ｄ１を低屈折率層の光学的膜厚Ｄ２より小さくすることにより、より優れたレーザー耐性が得られることが分かる。   Further, according to the measurement result of the laser damage threshold, the antireflection film 1 in which the optical film thickness D1 of the high refractive index layer is smaller than the optical film thickness D2 of the low refractive index layer is compared with the antireflection film 2. Thus, the laser resistance is about 1.2 times. Therefore, it can be seen that better laser resistance can be obtained by making the optical film thickness D1 of the high refractive index layer smaller than the optical film thickness D2 of the low refractive index layer.

以上説明したように、本発明は光学部品本体の光入射面及び／又は光出射面を被覆するように反射防止膜が設けられた光学部品について有用である。   As described above, the present invention is useful for an optical component provided with an antireflection film so as to cover the light incident surface and / or the light emitting surface of the optical component body.

光学部品の断面図である。It is sectional drawing of an optical component. 本発明の反射防止膜を設けたレーザーガイドの入射端側における構成を示す図である。It is a figure which shows the structure in the incident end side of the laser guide which provided the reflection preventing film of this invention. 反射防止膜蒸着装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of an antireflection film vapor deposition apparatus. 反射防止膜１（実線）及び２（破線）の波長と反射率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the wavelength of the antireflection film 1 (solid line) and 2 (broken line), and the reflectance. 反射防止膜３（実線）及び４（破線）の波長と反射率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the wavelength of the antireflection film 3 (solid line) and 4 (broken line), and the reflectance. 反射防止膜５（実線）及び６（破線）の波長と反射率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the wavelength of the antireflection film 5 (solid line) and 6 (broken line), and the reflectance. 反射防止膜７（実線）及び８（破線）の波長と反射率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the wavelength of the antireflection film 7 (solid line) and 8 (broken line), and the reflectance. レーザー損傷しきい値の測定装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the measuring apparatus of a laser damage threshold value.

符号の説明Explanation of symbols

Ｐ 光学部品
１０ 光学部品本体
１１ 反射防止膜
１２ 高屈折率層
１３ 低屈折率層 P Optical component 10 Optical component body 11 Antireflection film 12 High refractive index layer 13 Low refractive index layer

Claims (3)

光学部品本体の光入射面及び／又は光出射面を被覆するように反射防止膜が設けられた光学部品であって、
上記反射防止膜は、光学部品本体側の高屈折率層と該高屈折率層の外側の低屈折率層とが積層されてなる２層構造を有し、
上記高屈折率層はＴａ２Ｏ５、ＨｆＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、又はＺｒＯ２で形成され、かつ、上記低屈折率層はＳｉＯ２で形成されていることを特徴とする光学部品。 An optical component provided with an antireflection film so as to cover the light incident surface and / or the light emitting surface of the optical component body,
The antireflection film has a two-layer structure in which a high refractive index layer on the optical component main body side and a low refractive index layer outside the high refractive index layer are laminated,
The optical component, wherein the high refractive index layer is made of Ta 2 O 5 , HfO 2 , Nb 2 O 5 , or ZrO 2 , and the low refractive index layer is made of SiO 2 . 請求項１に記載された光学部品において、
上記高屈折率層は上記低屈折率層よりも光学的膜厚が小さいことを特徴とする光学部品。 The optical component according to claim 1,
The optical component, wherein the high refractive index layer has an optical film thickness smaller than that of the low refractive index layer. 請求項１または２に記載された光学部品において、
上記光学部品本体が高出力レーザー用光学素子本体であることを特徴とする光学部品。 The optical component according to claim 1 or 2,
An optical component, wherein the optical component body is an optical element body for a high-power laser.
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