JPH0644647B2 - 低損失反射防止膜作成方法 - Google Patents
低損失反射防止膜作成方法Info
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- JPH0644647B2 JPH0644647B2 JP2144430A JP14443090A JPH0644647B2 JP H0644647 B2 JPH0644647 B2 JP H0644647B2 JP 2144430 A JP2144430 A JP 2144430A JP 14443090 A JP14443090 A JP 14443090A JP H0644647 B2 JPH0644647 B2 JP H0644647B2
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- antireflection film
- laser
- layer
- sio
- film
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Description
本発明は、レーザシステム等に用いられるレーザ素子や
第２次高調波発生素子（以下、ＳＨＧ素子という。）に
被覆する反射防止膜作成方法に関し、特にレーザ散乱を
減少した反射防止膜作成方法に関する。
第２次高調波発生素子（以下、ＳＨＧ素子という。）に
被覆する反射防止膜作成方法に関し、特にレーザ散乱を
減少した反射防止膜作成方法に関する。
レーザ発振器に使用されるレーザ素子には、例えば、Ｎ
ｄをドープしたＹ３Ａｌ５Ｏ１２（以下、Ｎｄ：ＹＡＧ
という。）、ＮｄをドープしたＧｄ３Ｇａ５Ｏ１２（以
下、Ｎｄ：ＧＧＧという。）があり、またＳＨＧ素子に
はｋＴｉＯＰＯ４（以下、ＫＴＰという。）がある。 レーザ発振器内のレーザエネルギーの損失は、レーザ発
振効率を低下させる原因になる。この損失は、固体レー
ザ結晶およびＳＨＧ結晶の損失、その結晶に被覆する反
射防止膜の損失、共振器ミラーの損失等がある。 反射防止膜の損失には、レーザの吸収と散乱があるが、
一般にレーザ用として用いられている反射防止膜の吸収
は、数十ppm程度しかなく、損失の主な原因は散乱であ
る。 この散乱は、反射防止膜の表面や界面の粗さに原因があ
ることが知られている。そして、散乱の程度の測定方式
としてＴＩＳ法があり、表面粗さの表示方法としてＲＭ
Ｓがある。 （１）式に、ＴＩＳ(Total Integrated Scattering)と
表面粗さＲＭＳ(Root Mean Square自乗平均平方根表面
粗さ）の関係を示す。 ＴＩＳ＝（４πδ／λＴＩＳ）２………（１） λ：ＲＭＳ ここで、λＴＩＳは測定レーザ波長である。 （１）式が示す様に、ＴＩＳを小さくするためには表面
粗さＲＭＳを小さくする必要がある。 一般に用いられる蒸着物質の中ではＳＩＯ２膜の表面粗
さが小さい。このことから、従来、比較的粒径の小さい
高屈折率物質の中間層をＳｉＯ２膜の比較的厚い膜で挟
むことにより、反射防止膜の界面と表面の表面粗さを小
さくしていた。 第１表に従来の反射防止膜の構成と屈折率を光学的膜厚
の例を示す。 第１表の屈折率と光学的膜厚は、３層等価膜法（H.A.Ma
cleod１９８６年“Thin-filmoptical filters 2nd ed
n.”Adm Hilger Ltd.１１８〜１２２頁）に基づいて論
理的に計算したものである。 しかし、さらに高屈折率物質の粒径が小さくな最適蒸着
条件を得るために蒸着速度、基板加熱温度、酸素分圧等
をパラメータにして採る必要もある。
ｄをドープしたＹ３Ａｌ５Ｏ１２（以下、Ｎｄ：ＹＡＧ
という。）、ＮｄをドープしたＧｄ３Ｇａ５Ｏ１２（以
下、Ｎｄ：ＧＧＧという。）があり、またＳＨＧ素子に
はｋＴｉＯＰＯ４（以下、ＫＴＰという。）がある。 レーザ発振器内のレーザエネルギーの損失は、レーザ発
振効率を低下させる原因になる。この損失は、固体レー
ザ結晶およびＳＨＧ結晶の損失、その結晶に被覆する反
射防止膜の損失、共振器ミラーの損失等がある。 反射防止膜の損失には、レーザの吸収と散乱があるが、
一般にレーザ用として用いられている反射防止膜の吸収
は、数十ppm程度しかなく、損失の主な原因は散乱であ
る。 この散乱は、反射防止膜の表面や界面の粗さに原因があ
ることが知られている。そして、散乱の程度の測定方式
としてＴＩＳ法があり、表面粗さの表示方法としてＲＭ
Ｓがある。 （１）式に、ＴＩＳ(Total Integrated Scattering)と
表面粗さＲＭＳ(Root Mean Square自乗平均平方根表面
粗さ）の関係を示す。 ＴＩＳ＝（４πδ／λＴＩＳ）２………（１） λ：ＲＭＳ ここで、λＴＩＳは測定レーザ波長である。 （１）式が示す様に、ＴＩＳを小さくするためには表面
粗さＲＭＳを小さくする必要がある。 一般に用いられる蒸着物質の中ではＳＩＯ２膜の表面粗
さが小さい。このことから、従来、比較的粒径の小さい
高屈折率物質の中間層をＳｉＯ２膜の比較的厚い膜で挟
むことにより、反射防止膜の界面と表面の表面粗さを小
さくしていた。 第１表に従来の反射防止膜の構成と屈折率を光学的膜厚
の例を示す。 第１表の屈折率と光学的膜厚は、３層等価膜法（H.A.Ma
cleod１９８６年“Thin-filmoptical filters 2nd ed
n.”Adm Hilger Ltd.１１８〜１２２頁）に基づいて論
理的に計算したものである。 しかし、さらに高屈折率物質の粒径が小さくな最適蒸着
条件を得るために蒸着速度、基板加熱温度、酸素分圧等
をパラメータにして採る必要もある。
従来の電子ビーム蒸着方法では、中間層の粒径が大きい
ために、中間層での散乱が大きいという問題点があっ
た。 本発明は、上記問題点を解決するために、レーザ素子及
びＳＨＧ素子に被覆する反射防止膜のレーザの散乱によ
る損失を小さくできる反射防止膜作成方法を提供するこ
とを目的としている。
ために、中間層での散乱が大きいという問題点があっ
た。 本発明は、上記問題点を解決するために、レーザ素子及
びＳＨＧ素子に被覆する反射防止膜のレーザの散乱によ
る損失を小さくできる反射防止膜作成方法を提供するこ
とを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明の反射防止膜作成方
法においては、レーザ素子およびＳＨＧ素子の中から選
ばれた素子のレーザ入出射端面に、ＳｉＯ２からなる表
面側層と、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、Ｔａ２Ｏ
５、ＴｉＯ２の中から選ばれる１種からなる中間層と、
ＳｉＯ２からなる素子側層とからなる３層の反射防止膜
を作成する方法において、イオンアシスト蒸着法により
粒径の小さい中間層を形成することにより、レーザの散
乱を減少させている。 また、レーザ素子にＮｄ：ＹＡＧまたはＮｄ：ＧＧＧ
を、またＳＨＧ素子にＫＴＰを使用することができる。
法においては、レーザ素子およびＳＨＧ素子の中から選
ばれた素子のレーザ入出射端面に、ＳｉＯ２からなる表
面側層と、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、Ｔａ２Ｏ
５、ＴｉＯ２の中から選ばれる１種からなる中間層と、
ＳｉＯ２からなる素子側層とからなる３層の反射防止膜
を作成する方法において、イオンアシスト蒸着法により
粒径の小さい中間層を形成することにより、レーザの散
乱を減少させている。 また、レーザ素子にＮｄ：ＹＡＧまたはＮｄ：ＧＧＧ
を、またＳＨＧ素子にＫＴＰを使用することができる。
第２表に、一般の電子ビーム蒸着法（基板加熱温度：３
００℃）とイオンアシスト蒸着法（イオン化ガス：酸
素、加速電圧：１００Ｖ、加速電流：２０mA）による蒸
着物質の屈折率と、ＳＥＭ（電子顕微鏡）観察によって
測定した粒径を示す。 表面側層及び基板側層のＳｉＯ２膜はアモルファスであ
り、膜表面の粗さは中間層の高屈折率物質層に比べて非
常に小さい。このＳｉＯ２の膜蒸着時にイオンアシスト
を行っても、散乱の低減に影響はないと考えられる。 イオン加速電圧が約５００Ｖ以上であると、ＳｉＯ２の
膜に光吸収が発生するが、低エネルギーであればＳｉＯ
２膜蒸着時にイオンアシストを行ってもなんら差し支え
はない。 第２表に示す様にインオアシスト蒸着法による中間層物
質の屈折率は高くなるため、第１表に示した膜構成の光
学的膜厚を変更しなければならない。イオンアシスト蒸
着法による中間層物質の屈折率を用いて第１表と同様に
理論計算からもとめた本発明のＮｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：Ｇ
ＧＧ、ＫＴＰ反射防止膜の膜構成例を示す。 第１図に、作成した３層反射防止膜のレーザ散乱度を測
定する装置の概略図を示す。測定には、波長６３２．８
nmのＨｅ−Ｎｅレーザ１を用いた。測定は、反射防止膜
を施した面を積分球３に配置して、チョッパー２でパル
ス状にしたＨｅ−Ｎｅレーザを積分球３の入射窓３ａか
ら入射し、試料５で反射したＨｅ−Ｎｅレーザ１は積分
球３の出射窓３ｂから出射させた。試料５の表面による
散乱光を光検出器４で検出し、ロックインアンプ６で信
号を増幅した。この散乱強度の値と、ほぼ完全に拡散体
であるＢａＳＯ４板の散乱光強度を比較してレーザ散乱
度とした。
００℃）とイオンアシスト蒸着法（イオン化ガス：酸
素、加速電圧：１００Ｖ、加速電流：２０mA）による蒸
着物質の屈折率と、ＳＥＭ（電子顕微鏡）観察によって
測定した粒径を示す。 表面側層及び基板側層のＳｉＯ２膜はアモルファスであ
り、膜表面の粗さは中間層の高屈折率物質層に比べて非
常に小さい。このＳｉＯ２の膜蒸着時にイオンアシスト
を行っても、散乱の低減に影響はないと考えられる。 イオン加速電圧が約５００Ｖ以上であると、ＳｉＯ２の
膜に光吸収が発生するが、低エネルギーであればＳｉＯ
２膜蒸着時にイオンアシストを行ってもなんら差し支え
はない。 第２表に示す様にインオアシスト蒸着法による中間層物
質の屈折率は高くなるため、第１表に示した膜構成の光
学的膜厚を変更しなければならない。イオンアシスト蒸
着法による中間層物質の屈折率を用いて第１表と同様に
理論計算からもとめた本発明のＮｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：Ｇ
ＧＧ、ＫＴＰ反射防止膜の膜構成例を示す。 第１図に、作成した３層反射防止膜のレーザ散乱度を測
定する装置の概略図を示す。測定には、波長６３２．８
nmのＨｅ−Ｎｅレーザ１を用いた。測定は、反射防止膜
を施した面を積分球３に配置して、チョッパー２でパル
ス状にしたＨｅ−Ｎｅレーザを積分球３の入射窓３ａか
ら入射し、試料５で反射したＨｅ−Ｎｅレーザ１は積分
球３の出射窓３ｂから出射させた。試料５の表面による
散乱光を光検出器４で検出し、ロックインアンプ６で信
号を増幅した。この散乱強度の値と、ほぼ完全に拡散体
であるＢａＳＯ４板の散乱光強度を比較してレーザ散乱
度とした。
（実施例１） 実施例として、表面側層および基板側層にＳｉＯ２、中
間層物質にＡｌ２Ｏ３を用いたＮｄ：ＹＡＧの３層反射
止膜を作成した。 表面粗さＲＭＳ０．５nmに光学研磨されたＮｄ：ＹＡＧ
基板を洗剤、有機溶剤等を用いて超音波洗浄を行った。
薄膜の作成にはイオンアシスト蒸着装置を用い、試料を
セットした後、３００℃に加熱しながら、１×１０−６
torrまで排気した。Ａｌ２Ｏ３蒸着時には、酸素ガスを
バックフィルガスとして１×１０−４torrまで導入し
た。イオン化ガスには、酸素ガスを用いた。イオンアシ
スト（イオン化ガス：酸素、加速電圧：１００Ｖ、加速
電流：２０mA）は中間層蒸着時のみに行った。蒸着速度
は、ＳｉＯ２層は３Å／秒、Ａｌ２Ｏ３層は２Å／秒で
行った。各層の光学的膜厚の制御には光学的干渉モニタ
ーを用いた。この時の、光学的膜厚（ｎｄ）制御誤差
は、±２．５nm以内である。 第２図に、この反射防止膜の概略図を示す。第３図に、
この反射防止膜の分光反射特性を示す。 比較のために、従来の方法により中間蒸着時にイオンア
シストをしなかった３層反射防止膜も作成した。 作成した中間層物質にＡｌ２Ｏ３を用いたＮｄ：ＹＡＧ
の３層反射防止膜のレーザ散乱度を他の材質の反射防止
膜と共に第４表に示す。中間層蒸着時にイオンアシスト
を行うことで、中間層物質にＡｌ２Ｏ３を用いたＮｄ：
ＹＡＧの３層反射防止膜のレーザ散乱が減少した。 （実施例２） 実施例として、表面側層および基板側層にＳｉＯ２、中
間層物質にＨｆＯ２を用いたＫＴＰの３層反射防止膜を
作成した。 表面粗さＲＭＳ０．５nmに光学研磨されたＫＴＰ基板を
洗剤、有機溶剤等を用いて超音波洗浄を行った。薄膜の
作成にはイオンアシスト蒸着装置を用い、試料セットし
た後、３００℃に加熱しながら、１×１０−６torrまで
排気した。ＨｆＯ２の蒸着時には、酸素ガスをバックフ
ィルガスとして１×１０−４torrまで導入した。イオン
化ガスには、酸素ガスを用いた。 イオンアシスト（イオン化ガス：酸素、加速電圧：１０
０Ｖ、加速電流：２０mA）は、中間層蒸着時のみに行っ
た。蒸着速度は、ＳｉＯ２層は３Å／秒、ＨｆＯ２層は
２Å／秒で行った。各層の光学的膜厚の制御には光学的
干渉モニターを用いた。この時の、光学的膜厚（ｎｄ）
制御誤差は±２．５nm以内である。 第４図に、この反射防止膜の概略図を示す。 第５図に、この反射防止膜の分光反射特性を示す。 比較のために、従来の方法である中間層蒸着時にイオン
アシストをしなかった３層反射防止膜も作成した。 作成した中間層にＨｆＯ２を用いたＫＴＰの３層反射防
止膜のレーザ散乱度を第４表に示す。中間層蒸着時にイ
オンアシストを行うことで中間層にＨｆＯ２を用いたＫ
ＴＰの３層反射防止膜の散乱が減少した。 以上のような効果は、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＧＧＧ、Ｋ
ＴＰについて、表面側層及び基板側層にＳｉＯ２、中間
層にＡｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｔ
ｉＯ２の中から選ばれる１種を使用する３層反射防止膜
のすべての場合に適用される。
間層物質にＡｌ２Ｏ３を用いたＮｄ：ＹＡＧの３層反射
止膜を作成した。 表面粗さＲＭＳ０．５nmに光学研磨されたＮｄ：ＹＡＧ
基板を洗剤、有機溶剤等を用いて超音波洗浄を行った。
薄膜の作成にはイオンアシスト蒸着装置を用い、試料を
セットした後、３００℃に加熱しながら、１×１０−６
torrまで排気した。Ａｌ２Ｏ３蒸着時には、酸素ガスを
バックフィルガスとして１×１０−４torrまで導入し
た。イオン化ガスには、酸素ガスを用いた。イオンアシ
スト（イオン化ガス：酸素、加速電圧：１００Ｖ、加速
電流：２０mA）は中間層蒸着時のみに行った。蒸着速度
は、ＳｉＯ２層は３Å／秒、Ａｌ２Ｏ３層は２Å／秒で
行った。各層の光学的膜厚の制御には光学的干渉モニタ
ーを用いた。この時の、光学的膜厚（ｎｄ）制御誤差
は、±２．５nm以内である。 第２図に、この反射防止膜の概略図を示す。第３図に、
この反射防止膜の分光反射特性を示す。 比較のために、従来の方法により中間蒸着時にイオンア
シストをしなかった３層反射防止膜も作成した。 作成した中間層物質にＡｌ２Ｏ３を用いたＮｄ：ＹＡＧ
の３層反射防止膜のレーザ散乱度を他の材質の反射防止
膜と共に第４表に示す。中間層蒸着時にイオンアシスト
を行うことで、中間層物質にＡｌ２Ｏ３を用いたＮｄ：
ＹＡＧの３層反射防止膜のレーザ散乱が減少した。 （実施例２） 実施例として、表面側層および基板側層にＳｉＯ２、中
間層物質にＨｆＯ２を用いたＫＴＰの３層反射防止膜を
作成した。 表面粗さＲＭＳ０．５nmに光学研磨されたＫＴＰ基板を
洗剤、有機溶剤等を用いて超音波洗浄を行った。薄膜の
作成にはイオンアシスト蒸着装置を用い、試料セットし
た後、３００℃に加熱しながら、１×１０−６torrまで
排気した。ＨｆＯ２の蒸着時には、酸素ガスをバックフ
ィルガスとして１×１０−４torrまで導入した。イオン
化ガスには、酸素ガスを用いた。 イオンアシスト（イオン化ガス：酸素、加速電圧：１０
０Ｖ、加速電流：２０mA）は、中間層蒸着時のみに行っ
た。蒸着速度は、ＳｉＯ２層は３Å／秒、ＨｆＯ２層は
２Å／秒で行った。各層の光学的膜厚の制御には光学的
干渉モニターを用いた。この時の、光学的膜厚（ｎｄ）
制御誤差は±２．５nm以内である。 第４図に、この反射防止膜の概略図を示す。 第５図に、この反射防止膜の分光反射特性を示す。 比較のために、従来の方法である中間層蒸着時にイオン
アシストをしなかった３層反射防止膜も作成した。 作成した中間層にＨｆＯ２を用いたＫＴＰの３層反射防
止膜のレーザ散乱度を第４表に示す。中間層蒸着時にイ
オンアシストを行うことで中間層にＨｆＯ２を用いたＫ
ＴＰの３層反射防止膜の散乱が減少した。 以上のような効果は、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＧＧＧ、Ｋ
ＴＰについて、表面側層及び基板側層にＳｉＯ２、中間
層にＡｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｔ
ｉＯ２の中から選ばれる１種を使用する３層反射防止膜
のすべての場合に適用される。
本発明は、以上説明したように構成されているので、以
下に記載されるような効果を奏する。 レーザ素子およびＳＨＧ素子に被覆する反射防止膜のレ
ーザの散乱による損失を小さくできる。
下に記載されるような効果を奏する。 レーザ素子およびＳＨＧ素子に被覆する反射防止膜のレ
ーザの散乱による損失を小さくできる。
第１図は、反射防止膜のレーザ散乱度を測定した装置の
概略図である。 第２図は、本発明のＮｄ：ＹＡＧのＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ
３−ＳｉＯ２の３層反射防止膜の概略図である。 第３図は、本発明で使用するＮｄ：ＹＡＧのＳｉＯ２−
Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２の３層反射防止膜の分光反射特性
を示すグラフである。 第４図は、本発明で使用するＫＴＰのＳｉＯ２−ＨｆＯ
２−ＳｉＯ２の３層反射防止膜の概略図である。 第５図は、本発明で使用するＫＴＰのＳｉＯ２−ＨｆＯ
２−ＳｉＯ２の３層反射防止膜の分光反射特性を示すグ
ラフである。 図中、参照数字は次のものを表す。 １…Ｈｅ−Ｎｅレーザ、 ２…チョッパー、 ３…積分球、 ４…光検出器、 ５…試料、 ６…ロックインアンプ、 ７…デジタルボルトメータ、 ８、１０、１２、１４…ＳｉＯ２膜、 ９…Ａｌ２Ｏ３膜、 １１…Ｎｄ：ＹＡＧ基板、 １３…ＨｆＯ２膜、 １５…ＫＴＰ基板。
概略図である。 第２図は、本発明のＮｄ：ＹＡＧのＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ
３−ＳｉＯ２の３層反射防止膜の概略図である。 第３図は、本発明で使用するＮｄ：ＹＡＧのＳｉＯ２−
Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２の３層反射防止膜の分光反射特性
を示すグラフである。 第４図は、本発明で使用するＫＴＰのＳｉＯ２−ＨｆＯ
２−ＳｉＯ２の３層反射防止膜の概略図である。 第５図は、本発明で使用するＫＴＰのＳｉＯ２−ＨｆＯ
２−ＳｉＯ２の３層反射防止膜の分光反射特性を示すグ
ラフである。 図中、参照数字は次のものを表す。 １…Ｈｅ−Ｎｅレーザ、 ２…チョッパー、 ３…積分球、 ４…光検出器、 ５…試料、 ６…ロックインアンプ、 ７…デジタルボルトメータ、 ８、１０、１２、１４…ＳｉＯ２膜、 ９…Ａｌ２Ｏ３膜、 １１…Ｎｄ：ＹＡＧ基板、 １３…ＨｆＯ２膜、 １５…ＫＴＰ基板。
Claims (3)
- 【請求項１】レーザ素子および第２次高調波発生素子の
中から選ばれた素子のレーザ入出射端面に、ＳｉＯ２か
らなる表面側層と、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、
Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２の中から選ばれる１種からなる中
間層と、ＳｉＯ２からなる素子側層とからなる３層の反
射防止膜を作成する方法において、イオンアシスト蒸着
法により粒径の小さい中間層を形成することにより、レ
ーザの散乱を減少させたことを特徴とする低損失反射防
止膜作成方法。 - 【請求項２】レーザ素子がＮｄをドープしたＹ３Ａｌ５
Ｏ１２またはＮｄをドープしたＧｄ３Ｇａ５Ｏ１２であ
ることを特徴とする請求項１記載の低損失反射防止膜作
成方法。 - 【請求項３】第２次高調波発生素子がＫＴｉＯＰＯ４で
あることを特徴とする請求項１記載の反射防止膜作成方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2144430A JPH0644647B2 (ja) | 1990-06-04 | 1990-06-04 | 低損失反射防止膜作成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2144430A JPH0644647B2 (ja) | 1990-06-04 | 1990-06-04 | 低損失反射防止膜作成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0438885A JPH0438885A (ja) | 1992-02-10 |
| JPH0644647B2 true JPH0644647B2 (ja) | 1994-06-08 |
Family
ID=15362015
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2144430A Expired - Lifetime JPH0644647B2 (ja) | 1990-06-04 | 1990-06-04 | 低損失反射防止膜作成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0644647B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012168498A (ja) * | 2011-02-14 | 2012-09-06 | Gigaphoton Inc | 波長変換素子、固体レーザ装置およびレーザシステム |
-
1990
- 1990-06-04 JP JP2144430A patent/JPH0644647B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| APPLIED OPTICS=1985 * |
| APPLIED OPTICS=1989 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0438885A (ja) | 1992-02-10 |
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