JP4177146B2 - Two-layer antireflection film - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファラデー回転子、固体レーザ素子、ガラスレーザ素子、セラミックレーザ素子、波長変換素子、カメラレンズ、眼鏡レンズなど光学部品に設けられる反射防止膜（光学薄膜）に係り、特に、反射率をゼロにすることを可能とする反射防止膜（光学薄膜）の改良に関するものである。
【０００２】
尚、光学薄膜とは、光の波長程度の薄い膜による干渉を利用して上記反射防止膜、反射膜、狭帯域フィルター、偏光膜等の機能をさせる薄膜をいう。
【０００３】
【従来の技術】
【０００４】
【特許文献１】
特公平７−１１７６０３号公報（第３欄３８行〜第４欄１０行）
【非特許文献１】
「Thin-film optical filters 2nd edn」（H.A.Macleod, Bristol Adam Hilger Ltd. P95-100, 1986）
【０００５】
この種の光学薄膜は、従来、表１に示す膜材料を用いて構成されていた。
【０００６】
【表１】
【０００７】
以下、反射膜防止膜を例に挙げて従来の光学薄膜を説明する。
【０００８】
まず、最も単純な反射防止膜は単層反射防止膜であるが、単層反射防止膜に用いる上記膜材料としては、以下の数式（Ｉ）で示される膜の屈折率（Ｎｆ）の条件を満足しなければならない。
【０００９】
Ｎｆ＝√（Ｎ０・Ｎｓ） （Ｉ）
尚、数式（Ｉ）中、Ｎ０は媒質の屈折率、Ｎｓは単層反射防止膜が施される基板の屈折率を示している。
【００１０】
そして、代表的な光学ガラスＢＫ７基板の屈折率は１．５２、石英基板の屈折率は１．４５程度であることから、空気中（Ｎ０＝１．００）で単層反射防止膜に適した屈折率を有する一般的な膜材料は存在しなかった（表１参照）。
【００１１】
次に単純な反射防止膜は２層反射防止膜である。そして、この２層反射防止膜は、コンポジット膜法を適用することで、ある数値範囲の基板屈折率に対する膜設計が可能になる。
【００１２】
但し、この２層反射防止膜を高出力レーザ用として適用する場合、耐レーザ損傷の高い膜材料を用いて反射防止膜を設計する必要がある。そして、耐レーザ損傷性の高い膜材料は、一般的にＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3である。
【００１３】
ところで、コンポジット膜法（非特許文献１参照）は、膜材料の屈折率により理論的に反射率がゼロとなる基板の屈折率の上限が以下の数式（II）に示すように決まっている。
【００１４】
Ｎｓ＜Ｎ０・（Ｎ２／Ｎ１）2 数式（II）
尚、数式(II)中、Ｎ０は媒質の屈折率、Ｎｓは反射防止膜が施される基板の屈折率、Ｎ１は膜材料の媒質側層の屈折率、Ｎ２は膜材料の基板側層の屈折率を示している。
【００１５】
そして、ＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3の膜材料を用いてコンポジット膜法による２層反射防止膜が設計できる基板の屈折率は上記数式（II）から１．２３までである。
【００１６】
従って、コンポジット膜法を用いて代表的な光学ガラスＢＫ７基板や石英基板についてその反射率をゼロにする膜設計は困難であった（表１参照）。
【００１７】
尚、このコンポジット膜法を採用して光学ガラスＢＫ７と石英基板に適用する反射防止膜の反射率が最も小さくなるように設計した膜構成について、その具体例を以下の表２と表３に示し、かつ、それぞれの反射防止膜における分光反射率を図１と図２に示す。
【００１８】
【表２】
【表３】
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
このように反射防止膜等の光学薄膜を設計する場合、必要とする屈折率の膜材料を選択することはもちろん、高出力レーザに用いるには膜材料の耐レーザ損傷性等、光通信に用いるには耐候性等も重要な要素となる。
【００２１】
例えば、最もよく利用される光学薄膜の１つの反射防止膜を設計するには、反射防止膜を施す基板の屈折率を考慮して屈折率の異なる膜材料を少なくとも２種類以上選択し、選択された膜材料を用いて目的とする反射防止膜を構成する。
【００２２】
そして、最小限の膜総数で目的の反射防止膜を構成するためには、反射防止膜を構成する各層に必要とする屈折率の膜材料を適用する必要がある。
【００２３】
もし、必要とする屈折率を有する膜材料が存在しない場合は、少なくとも２層以上の光学薄膜を用いて等価な膜を設計（例えば、特許文献１に記載された３層等価膜法）して用いることになる。
【００２４】
従って、利用可能な屈折率を有する膜材料の種類が多いほど、反射防止膜における設計自由度を広げることができる。また、２種類の膜材料を用いて反射防止膜を設計する場合、各膜材料の屈折率差が大きい程設計に自由度が広がる。
【００２５】
しかし、使用波長において目的とする屈折率に近く、かつ、使用波長において透過率の高い膜材料が選択された場合でも、用途によっては利用できないことがある。
【００２６】
例えば、海底ケーブルの光通信に使用する反射防止膜は、長期信頼性が必要とされるので高温高湿に耐える膜材料を用いた光学薄膜で構成することを要する。また、高出力レーザに用いる反射防止膜、反射膜や偏光膜は、レーザ損傷閾値が高い膜材料を用いた光学薄膜で構成しなくてはならない。
【００２７】
本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、新規な膜材料を用いて反射率をゼロにできる２層反射防止膜（光学薄膜）を提供することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１に係る発明は、
基板上に形成される第一薄膜と、この第一薄膜上に形成される第二薄膜とで構成される２層反射防止膜において、
屈折率１．５２の光学ガラスにより基板が構成され、かつ、屈折率１．８０でその光学的膜厚（０．１８８／０．２５）×（λ／４）のＹＡＧ（Ｙ 3 Ａｌ 5 Ｏ 12 ：イットリウムアルミニウムガーネット）により第一薄膜が構成されると共に、屈折率１．４４でその光学的膜厚（０．２７６／０．２５）×（λ／４）のＳｉＯ 2 により第二薄膜が構成されることを特徴とし、
（但し、λは設計中心波長である）
請求項２に係る発明は、
基板上に形成される第一薄膜と、この第一薄膜上に形成される第二薄膜とで構成される２層反射防止膜において、
屈折率１．４５の石英により基板が構成され、かつ、屈折率１．８０でその光学的膜厚（０．１５４／０．２５）×（λ／４）のＹＡＧ（Ｙ 3 Ａｌ 5 Ｏ 12 ：イットリウムアルミニウムガーネット）により第一薄膜が構成されると共に、屈折率１．４４でその光学的膜厚（０．２９６／０．２５）×（λ／４）のＳｉＯ 2 により第二薄膜が構成されることを特徴とし、
（但し、λは設計中心波長である）
請求項３に係る発明は、
請求項１または２に記載の２層反射防止膜において、
上記第一薄膜が、ＹＡＧ（Ｙ 3 Ａｌ 5 Ｏ 12 ：イットリウムアルミニウムガーネット）の結晶体若しくは焼結体を蒸着材料若しくはスパッタターゲットとして成膜された薄膜により構成されていることを特徴とするものである。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００３１】
ＹＡＧ（Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：イットリウムアルミニウムガーネット）はレーザ結晶として知られているように非常に硬度が高く、熱伝導率もよく、化学的にも安定で、透過波長域も約２５０〜５０００ｎｍと広く、さらに、光吸収も非常に少なく、耐レーザ損傷性も高いことから、本発明者等はＹＡＧのこれ等特性に着目して光学薄膜への応用を試み、上記課題を解決している。
【００３２】
また、ＹＡＧの屈折率は約１．８０で、耐レーザ損傷性が高く、硬度の高い膜として知られている屈折率１．６０の上記Ａｌ2Ｏ3よりも屈折率が大きいため、屈折率１．４４のＳｉＯ2と組合わせて光学薄膜を設計した場合、屈折率の差が大きいことから膜設計の自由度を広げることを可能とする。すなわち、ＳｉＯ2の光学薄膜とＹＡＧ（Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：イットリウムアルミニウムガーネット）を主成分とする光学薄膜を組み合わせることで、上述したＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3の組み合わせでは実現できなかった反射防止膜の反射率をほとんどゼロにすることを可能にしたり、反射防止膜の膜層数を減らしたり、あるいは、反射防止の帯域を広くしたりすことが可能となる。
【００３３】
本発明は、膜材料として、ＹＡＧ（Ｙ 3 Ａｌ 5 Ｏ 12 ：イットリウムアルミニウムガーネット）の結晶体若しくは焼結体を蒸着材料若しくはスパッタターゲットとして成膜された薄膜、および、ＳｉＯ 2 の薄膜を光学薄膜に用いると共に、基板として光学ガラス若しくは石英を用いて反射率をほとんどゼロにできる２層反射防止膜を提供するものである。
すなわち、基板として光学ガラスを用いた本発明の２層反射防止膜は、
基板上に形成される第一薄膜と、この第一薄膜上に形成される第二薄膜とで構成される２層反射防止膜を前提とし、
屈折率１．５２の光学ガラスにより基板が構成され、かつ、屈折率１．８０でその光学的膜厚（０．１８８／０．２５）×（λ／４）のＹＡＧ（Ｙ 3 Ａｌ 5 Ｏ 12 ：イットリウムアルミニウムガーネット）により第一薄膜が構成されると共に、屈折率１．４４でその光学的膜厚（０．２７６／０．２５）×（λ／４）のＳｉＯ 2 により第二薄膜が構成されることを特徴とするものである。
（但し、λは設計中心波長である）
また、上記基板として石英を用いた本発明の２層反射防止膜は、
基板上に形成される第一薄膜と、この第一薄膜上に形成される第二薄膜とで構成される２層反射防止膜を前提とし、
屈折率１．４５の石英により基板が構成され、かつ、屈折率１．８０でその光学的膜厚（０．１５４／０．２５）×（λ／４）のＹＡＧ（Ｙ 3 Ａｌ 5 Ｏ 12 ：イットリウムアルミニウムガーネット）により第一薄膜が構成されると共に、屈折率１．４４でその光学的膜厚（０．２９６／０．２５）×（λ／４）のＳｉＯ 2 により第二薄膜が構成されることを特徴とするものである。
（但し、λは設計中心波長である）
【００３８】
また、本発明は、Ｙ2Ｏ3（イットリア）とＡｌ2Ｏ3（アルミナ）の結晶体若しくは焼結体を蒸着材料若しくはスパッタターゲットとして成膜されたＹＡＧ（Ｙ 3 Ａｌ 5 Ｏ 12 ：イットリウムアルミニウムガーネット）も光学薄膜に用いることができる。
【００４７】
【実施例】
以下、本発明の実施例について具体的に説明する。
【００４８】
尚、実施例では、ＹＡＧと他の膜材料を比較すると共に、ＹＡＧを反射防止膜用に設計して従来の反射防止膜の特性と比較する。
【００４９】
膜材料にはＹＡＧ組成の焼結体とＹＡＧ結晶を用い、電子ビーム蒸着法とマグネトロンスパッタ法により成膜を行った。成膜中には、膜に酸素が不足して光吸収が増加しないように、どちらもＹＡＧ薄膜の成膜中には酸素を導入した。
【００５０】
このように成膜したＹＡＧ薄膜の屈折率は約１．８０であり、Ａｌ2Ｏ3の１．６０より高く、Ｙ2Ｏ3の１．８５より低かった。
【００５１】
次に、これ等膜材料を用いて成膜した光学薄膜の各種特性を調べるため、以下のテストを行い、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ5を膜材料にして成膜した光学薄膜と相対的に比較した。尚、結果を表４に示す。
【００５２】
耐候性（ＰＣＴプレッシャークッカ - テスト）
温度１０５℃、湿度１００％、２気圧で５００時間経過後、ピンホールからの水分の浸透によるシミの広がりを５０倍の顕微鏡で観察する。
【００５３】
尚、表４において、良好を「○」、不良を「×」、その中間を「△」にて示す。
【００５４】
擦傷性
２ｋｇの加重をかけたスチールウールで１０回往復擦り、傷を観察する。
【００５５】
尚、表４において、傷なしを「○」、傷が多を「×」、その中間を「△」にて示す。
【００５６】
付着力
接着剤（エポキシ接着剤）を用いて光学薄膜表面に引っ張り試験治具（丸棒）を固定し、基板と膜界面から剥がれるまで引っ張り試験機により引っ張り、その引っ張り力の相対強度を比較する。
【００５７】
尚、表４において、付着力が強い場合を「○」、付着力が弱い場合を「×」、その中間を「△」にて示す。
【００５８】
レーザ損傷閾値
Ｎｄ：ＹＡＧレーザにおける第２高調波の波長：５３２ｎｍ、パルス幅：８ｎｓのレーザをレンズを用いて集光させ、どの程度のパワー密度（Ｊ／ｃｍ2）まで損傷を受けないかを調べる。
【００５９】
尚、表４において、レーザ損傷閾値が比較的高い場合を「○」、レーザ損傷閾値が比較的低い場合を「×」、その中間を「△」にて示す。また、レーザ損傷閾値が極めて高い場合を「◎」にて示す。
【００６０】
【表４】
１．表４「耐候性」の欄に示された結果から確認されるように、ＹＡＧは、ＺｒＯ2やＴａ2Ｏ5を膜材料として成膜した光学薄膜よりピンホールからの水分の浸透によるシミの広がりが少なかった。
【００６１】
ＹＡＧはグレインサイズが細かく緻密なため、耐候性（耐湿性）が高いと考えられる。
２．表４「擦傷性」の欄に示された結果から確認されるように、ＹＡＧは従来ハードコートに用いられていたＳｉＯ2を膜材料として成膜した光学薄膜よりも明らかに優れていた。
３．表４「付着力」の欄に示された結果から確認されるように、基板がガラスの場合、ＹＡＧおよびＳｉＯ2を膜材料にして成膜した膜で良好な付着力が得られているが、基板がＹＡＧ結晶の場合、基板側層がＹＡＧの方が良好な付着力を得ることができる。
４．表４「レーザ損傷閾値」の欄に示された結果から確認されるように、ＹＡＧは、ＹＡＧ結晶がレーザ結晶に使用されているように光吸収が少なく、酸化物系の薄膜の中ではＳｉＯ2膜の次にレーザ損傷閾値が高い。
【００６２】
次に、本発明に係る光学薄膜を反射防止膜用に具体的に設計した実施例について詳細に説明する。
【００６３】
コンポジット膜法は、上述したように膜材料の屈折率により理論的に反射率がゼロとなる基板の屈折率の上限が数式（II）に示すように決まっている。
【００６４】
Ｎｓ＜Ｎ０・（Ｎ２／Ｎ１）2 数式（II）
そして、ＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3の膜材料を用いてコンポジット膜法による２層反射防止膜が設計できる基板の屈折率は上記数式（II）から１．２３まででまであったが、ＳｉＯ2と屈折率１．８０のＹＡＧを膜材料にして成膜した光学薄膜を用いることで、コンポジット膜法により反射率がゼロになる基板の屈折率の上限は上記数式（II）から１．５６になる。
【００６５】
従って、本発明により、光学ガラスＢＫ７や石英の反射率をゼロにする２層反射防止膜の設計が可能となる。
【００６６】
表５と表６にはそれぞれＳｉＯ2とＹＡＧを用いて、コンポジット膜法により設計した２層反射防止膜の膜構成を示し、かつ、それぞれの反射防止膜における分光反射特性を図３と図４に示す。
【００６７】
【表５】
【表６】
【発明の効果】
本発明に係る２層反射防止膜によれば、
光学薄膜としてのＹＡＧが具備する耐候性、硬度、付着力等の特性を生かしてこの膜を基板側に用いて光学薄膜を設計することで、反射率をゼロにすることが可能となる効果を有する。
【００７０】
さらに、光学薄膜としてのＹＡＧは、耐レーザ損傷性にも優れているので、ＳｉＯ2と組み合わせることにより、耐レーザ損傷性に優れた２層反射防止膜を得ることができる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の光学薄膜が適用された反射防止膜の分光反射特性を示すグラフ図。
【図２】従来の光学薄膜が適用された反射防止膜の分光反射特性を示すグラフ図。
【図３】 光学薄膜としてＹＡＧが適用された本発明に係る２層反射防止膜の分光反射特性を示すグラフ図。
【図４】 光学薄膜としてＹＡＧが適用された本発明に係る２層反射防止膜の分光反射特性を示すグラフ図。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is a Faraday rotator, the solid state laser element, a glass laser element, a ceramic laser element, a wavelength conversion element, a camera lens, relates to an anti-reflection film provided on the optical component such as spectacle lenses (optical thin film), in particular, the reflectivity The present invention relates to an improvement of an antireflection film (optical thin film) that can be made zero .
[0002]
The optical thin film refers to a thin film that functions as an antireflection film, a reflective film, a narrow band filter, a polarizing film, or the like using interference caused by a thin film having a wavelength of light.
[0003]
[Prior art]
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No.7-117603 (
[Non-Patent Document 1]
“Thin-film optical filters 2nd edn” (HAMacleod, Bristol Adam Hilger Ltd. P95-100, 1986)
[0005]
Conventionally, this type of optical thin film has been constructed using the film materials shown in Table 1.
[0006]
[Table 1]
[0007]
Hereinafter, a conventional optical thin film will be described by taking a reflection film preventing film as an example.
[0008]
First, the simplest antireflection film is a single-layer antireflection film, but the film material used for the single-layer antireflection film has a refractive index (Nf) condition of the film expressed by the following formula (I). Must be satisfied.
[0009]
Nf = √ (N0 · Ns) (I)
In Equation (I), N0 represents the refractive index of the medium, and Ns represents the refractive index of the substrate on which the single-layer antireflection film is applied.
[0010]
Since the refractive index of a typical optical glass BK7 substrate is 1.52 and the refractive index of a quartz substrate is about 1.45, it is suitable for a single-layer antireflection film in the air (N0 = 1.00). There was no general film material having a refractive index (see Table 1).
[0011]
The next simple antireflection film is a two-layer antireflection film. The two-layer antireflection film can be designed for a substrate refractive index within a certain numerical range by applying the composite film method.
[0012]
However, when this two-layer antireflection film is applied to a high-power laser, it is necessary to design the antireflection film using a film material having high laser damage resistance. The film materials having high laser damage resistance are generally SiO 2 and Al 2 O 3 .
[0013]
By the way, in the composite film method (see Non-Patent Document 1), the upper limit of the refractive index of the substrate where the reflectance is theoretically zero is determined by the refractive index of the film material as shown in the following formula (II).
[0014]
Ns <N0 · (N2 / N1) 2 Formula (II)
In Equation (II), N0 is the refractive index of the medium, Ns is the refractive index of the substrate on which the antireflection film is applied, N1 is the refractive index of the medium side layer of the film material, and N2 is the substrate side layer of the film material. Refractive index is shown.
[0015]
Then, the refractive index of the substrate that can be a two-layer antireflection film is designed by a composite membrane method using a film material of SiO 2 and Al 2 O 3 is up to 1.23 from the equation (II).
[0016]
Therefore, it has been difficult to design a film that uses the composite film method to reduce the reflectance of typical optical glass BK7 substrates and quartz substrates (see Table 1).
[0017]
Tables 2 and 3 below show specific examples of film configurations designed to minimize the reflectance of the antireflection film applied to the optical glass BK7 and the quartz substrate by adopting this composite film method. And the spectral reflectance in each antireflection film is shown in FIG. 1 and FIG.
[0018]
[Table 2]
[Table 3]
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
Thus, when designing an optical thin film such as an antireflection film, a film material having a required refractive index is selected. Of course, for use in a high-power laser, the film material is used for optical communication such as laser damage resistance. Weather resistance and other factors are also important factors.
[0021]
For example, in order to design an antireflection film that is one of the most commonly used optical thin films, at least two types of film materials having different refractive indexes are selected in consideration of the refractive index of the substrate on which the antireflection film is applied. The desired antireflection film is formed using the film material.
[0022]
In order to construct a target antireflection film with a minimum number of films, it is necessary to apply a film material having a required refractive index to each layer constituting the antireflection film.
[0023]
If a film material having the required refractive index does not exist, an equivalent film is designed using at least two optical thin films (for example, the three-layer equivalent film method described in Patent Document 1). Will be used.
[0024]
Therefore, the greater the number of types of film material having an available refractive index, the greater the degree of design freedom in the antireflection film. When an antireflection film is designed using two types of film materials, the degree of freedom in design increases as the difference in refractive index between the film materials increases.
[0025]
However, even when a film material close to the target refractive index at the used wavelength and having a high transmittance at the used wavelength is selected, it may not be used depending on the application.
[0026]
For example, since an antireflection film used for optical communication of a submarine cable needs long-term reliability, it is necessary to form an optical thin film using a film material that can withstand high temperature and high humidity. Further, the antireflection film, the reflection film and the polarizing film used for the high output laser must be composed of an optical thin film using a film material having a high laser damage threshold.
[0027]
The present invention has been made paying attention to such problems, and the object of the present invention is to provide a two-layer antireflection film (optical thin film) capable of reducing the reflectance to zero using a novel film material. It is in.
[0028]
[Means for Solving the Problems]
That is, the invention according to claim 1
In a two-layer antireflection film composed of a first thin film formed on a substrate and a second thin film formed on the first thin film,
A substrate is constituted by optical glass having a refractive index of 1.52, and YAG (Y 3 Al 5 O having a refractive index of 1.80 and an optical film thickness (0.188 / 0.25) × (λ / 4). 12 : Yttrium aluminum garnet) and the second thin film is formed by SiO 2 having a refractive index of 1.44 and an optical film thickness (0.276 / 0.25) × (λ / 4). It is composed of
(Where λ is the design center wavelength)
The invention according to
In a two-layer antireflection film composed of a first thin film formed on a substrate and a second thin film formed on the first thin film,
A substrate is made of quartz having a refractive index of 1.45, and YAG (Y 3 Al 5 O 12 ) having a refractive index of 1.80 and an optical film thickness of (0.154 / 0.25) × (λ / 4). : first membrane along with constituted by yttrium aluminum garnet), the second thin film composed of SiO 2 of the optical film thickness by the refractive index 1.44 (0.296 / 0.25) × ( λ / 4) It is characterized by
(Where λ is the design center wavelength)
The invention according to
The two-layer antireflection film according to
The first thin film is composed of a thin film formed using a YAG (Y 3 Al 5 O 12 : yttrium aluminum garnet) crystal or sintered body as a deposition material or a sputter target. is there.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
[0031]
YAG (Y 3 Al 5 O 12 : Yttrium aluminum garnet) is known as a laser crystal and has very high hardness, good thermal conductivity, chemical stability, and a transmission wavelength range of about 250 to 5000 nm. In addition, since the light absorption is very small and the laser damage resistance is high, the present inventors have attempted to apply to optical thin films by paying attention to these characteristics of YAG and solve the above problems. .
[0032]
Further, YAG has a refractive index of about 1.80, high resistance to laser damage, and a refractive index higher than that of Al 2 O 3 having a refractive index of 1.60, which is known as a high hardness film. When an optical thin film is designed in combination with 1.44 SiO 2 , the difference in refractive index is large, so that the degree of freedom in film design can be expanded. That, SiO 2 of the optical thin film and YAG (Y 3 Al 5 O 12 : Yttrium Aluminum Garnet) by combining the optical film on the basis of, could not be realized by a combination of SiO 2 and Al 2 O 3 mentioned above reflected It becomes possible to make the reflectance of the anti-reflection film almost zero, to reduce the number of anti-reflection films, or to widen the anti-reflection band.
[0033]
The present invention relates to a thin film formed by using a crystal or sintered body of YAG (Y 3 Al 5 O 12 : yttrium aluminum garnet) as a deposition material or a sputtering target, and a thin film of SiO 2 as an optical thin film. In addition, the present invention provides a two-layer antireflection film capable of making the reflectance almost zero by using optical glass or quartz as a substrate.
That is, the two-layer antireflection film of the present invention using optical glass as a substrate is
Assuming a two-layer antireflection film composed of a first thin film formed on the substrate and a second thin film formed on the first thin film,
A substrate is constituted by optical glass having a refractive index of 1.52, and YAG (Y 3 Al 5 O having a refractive index of 1.80 and an optical film thickness (0.188 / 0.25) × (λ / 4). 12 : Yttrium aluminum garnet) and the second thin film is formed by SiO 2 having a refractive index of 1.44 and an optical film thickness (0.276 / 0.25) × (λ / 4). It is characterized by being configured.
(Where λ is the design center wavelength)
The two-layer antireflection film of the present invention using quartz as the substrate is
Assuming a two-layer antireflection film composed of a first thin film formed on the substrate and a second thin film formed on the first thin film,
A substrate is made of quartz having a refractive index of 1.45, and YAG (Y 3 Al 5 O 12 ) having a refractive index of 1.80 and an optical film thickness of (0.154 / 0.25) × (λ / 4). : first membrane along with constituted by yttrium aluminum garnet), the second thin film composed of SiO 2 of the optical film thickness by the refractive index 1.44 (0.296 / 0.25) × ( λ / 4) It is characterized by that.
(Where λ is the design center wavelength)
[0038]
Further , the present invention relates to YAG (Y 3 Al 5 O 12 : yttrium aluminum ) formed by using a crystal or sintered body of Y 2 O 3 (yttria) and Al 2 O 3 (alumina) as a deposition material or a sputter target. Garnet) can also be used for optical thin films.
[0047]
【Example】
Examples of the present invention will be specifically described below.
[0048]
In the embodiment, YAG is compared with other film materials, and YAG is designed for an antireflection film and compared with the characteristics of a conventional antireflection film.
[0049]
Films were formed by electron beam evaporation and magnetron sputtering using a sintered body of YAG composition and YAG crystals. During film formation, oxygen was introduced during the film formation of the YAG thin film so that the light absorption would not increase due to insufficient oxygen in the film.
[0050]
The refractive index of the YAG thin film thus formed was about 1.80, higher than 1.60 of Al 2 O 3 and lower than 1.85 of Y 2 O 3 .
[0051]
Next, in order to investigate various properties of the optical thin film formed using these film materials, the following tests were performed, and film formation was performed using SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , and Ta 2 O 5 as film materials. Relative to the optical thin film. The results are shown in Table 4.
[0052]
Weather resistance (PCT Pressure cooker - test)
After 500 hours have passed at a temperature of 105 ° C., a humidity of 100%, and 2 atmospheres, the spread of the stain due to the penetration of moisture from the pinhole is observed with a 50 × microscope.
[0053]
In Table 4, good is indicated by “◯”, defective is indicated by “×”, and the middle is indicated by “Δ”.
[0054]
Abrasion is rubbed 10 times with steel wool applied with a weight of 2 kg, and the scratches are observed.
[0055]
In Table 4, “O” indicates that there are no scratches, “X” indicates that there are many scratches, and “Δ” indicates an intermediate point.
[0056]
Adhesive force A tensile test jig (round bar) is fixed to the optical thin film surface using an adhesive (epoxy adhesive) and pulled by a tensile tester until it peels off from the substrate and film interface. Compare strength.
[0057]
In Table 4, “◯” indicates that the adhesive force is strong, “X” indicates that the adhesive force is weak, and “Δ” indicates the middle.
[0058]
Laser damage threshold Nd: The wavelength of the second harmonic in the YAG laser: 532 nm, the pulse width: 8 ns is focused using a lens, and how much power density (J / cm 2 ) is not damaged. Investigate.
[0059]
In Table 4, “◯” indicates that the laser damage threshold is relatively high, “x” indicates that the laser damage threshold is relatively low, and “Δ” indicates the middle. A case where the laser damage threshold is extremely high is indicated by “◎”.
[0060]
[Table 4]
1. As can be seen from the results shown in the column of Table 4 “Weather resistance”, YAG is less susceptible to stains due to water penetration from pinholes than optical thin films formed using ZrO 2 or Ta 2 O 5 as film materials. There was little spread.
[0061]
YAG is considered to have high weather resistance (moisture resistance) because the grain size is fine and dense.
2. Table 4 As can be seen from the results shown in the column "scratch resistance", YAG was superior obviously than the optical thin film formed of SiO 2 as a film material used in conventional hard coating.
3. As confirmed from the results shown in the column of “Adhesion” in Table 4, when the substrate is glass, good adhesion is obtained with a film formed using YAG and SiO 2 as film materials. When the substrate is a YAG crystal, better adhesion can be obtained when the substrate side layer is YAG.
4). As confirmed from the results shown in the column of “Laser Damage Threshold” in Table 4, YAG absorbs less light as YAG crystals are used in laser crystals, and SiO2 is an oxide-based thin film. Next to the two films, the laser damage threshold is high.
[0062]
Next, examples in which the optical thin film according to the present invention is specifically designed for an antireflection film will be described in detail.
[0063]
In the composite film method, as described above, the upper limit of the refractive index of the substrate at which the reflectance is theoretically zero is determined by the refractive index of the film material as shown in Formula (II).
[0064]
Ns <N0 · (N2 / N1) 2 Formula (II)
Then, the refractive index of the substrate that can be a two-layer antireflection film is designed by a composite membrane method using a film material of SiO 2 and Al 2 O 3 had to up 1.23 from the equation (II), SiO 2 And an optical thin film formed by using YAG having a refractive index of 1.80 as a film material, the upper limit of the refractive index of the substrate at which the reflectance becomes zero by the composite film method is 1.56 from the above formula (II) Become.
[0065]
Therefore, according to the present invention, it is possible to design a two-layer antireflection film that makes the reflectance of the optical glass BK7 or quartz zero.
[0066]
Tables 5 and 6 show the film structure of the two-layer antireflection film designed by the composite film method using SiO 2 and YAG, respectively, and the spectral reflection characteristics of each antireflection film are shown in FIGS. Shown in
[0067]
[Table 5]
[Table 6]
【The invention's effect】
According to the two-layer antireflection film according to the present invention,
By utilizing the characteristics such as weather resistance, hardness, and adhesive strength of YAG as an optical thin film and designing this optical thin film using this film on the substrate side, it is possible to reduce the reflectivity to zero. Have.
[0070]
Furthermore, YAG as an optical thin film is also excellent in laser damage resistance. Therefore, when combined with SiO 2 , it has an effect that a two-layer antireflection film excellent in laser damage resistance can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing spectral reflection characteristics of an antireflection film to which a conventional optical thin film is applied.
FIG. 2 is a graph showing spectral reflection characteristics of an antireflection film to which a conventional optical thin film is applied.
FIG. 3 is a graph showing the spectral reflection characteristics of a two-layer antireflection film according to the present invention in which YAG is applied as an optical thin film.
FIG. 4 is a graph showing the spectral reflection characteristics of a two-layer antireflection film according to the present invention in which YAG is applied as an optical thin film.
Claims (3)
屈折率１．５２の光学ガラスにより基板が構成され、かつ、屈折率１．８０でその光学的膜厚（０．１８８／０．２５）×（λ／４）のＹＡＧ（Ｙ 3 Ａｌ 5 Ｏ 12 ：イットリウムアルミニウムガーネット）により第一薄膜が構成されると共に、屈折率１．４４でその光学的膜厚（０．２７６／０．２５）×（λ／４）のＳｉＯ 2 により第二薄膜が構成されることを特徴とする２層反射防止膜。
（但し、λは設計中心波長である） In a two-layer antireflection film composed of a first thin film formed on a substrate and a second thin film formed on the first thin film,
A substrate is constituted by optical glass having a refractive index of 1.52, and YAG (Y 3 Al 5 O having a refractive index of 1.80 and an optical film thickness (0.188 / 0.25) × (λ / 4). 12 : Yttrium aluminum garnet) and the second thin film is formed by SiO 2 having a refractive index of 1.44 and an optical film thickness (0.276 / 0.25) × (λ / 4). A two-layer antireflection film characterized by comprising .
(Where λ is the design center wavelength)
屈折率１．４５の石英により基板が構成され、かつ、屈折率１．８０でその光学的膜厚（０．１５４／０．２５）×（λ／４）のＹＡＧ（Ｙ 3 Ａｌ 5 Ｏ 12 ：イットリウムアルミニウムガーネット）により第一薄膜が構成されると共に、屈折率１．４４でその光学的膜厚（０．２９６／０．２５）×（λ／４）のＳｉＯ 2 により第二薄膜が構成されることを特徴とする２層反射防止膜。
（但し、λは設計中心波長である） In a two-layer antireflection film composed of a first thin film formed on a substrate and a second thin film formed on the first thin film,
A substrate is made of quartz having a refractive index of 1.45, and YAG (Y 3 Al 5 O 12 ) having a refractive index of 1.80 and an optical film thickness of (0.154 / 0.25) × (λ / 4). : Yttrium aluminum garnet) and the second thin film is composed of SiO 2 having a refractive index of 1.44 and an optical film thickness (0.296 / 0.25) × (λ / 4). A two-layer antireflection film, wherein
(Where λ is the design center wavelength)
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