JPS60245775A - 反射防止膜 - Google Patents

反射防止膜

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JPS60245775A
JPS60245775A JP10210184A JP10210184A JPS60245775A JP S60245775 A JPS60245775 A JP S60245775A JP 10210184 A JP10210184 A JP 10210184A JP 10210184 A JP10210184 A JP 10210184A JP S60245775 A JPS60245775 A JP S60245775A
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JP
Japan
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film
optical
thickness
pbf2
as2se3
Prior art date
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Pending
Application number
JP10210184A
Other languages
English (en)
Inventor
Takeo Miyata
宮田 威男
Takuhiro Ono
小野 拓弘
Takashi Iwabuchi
岩渕 俊
Toshi Ikedo
池戸 才
Masabumi Watari
渡 正文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication of JPS60245775A publication Critical patent/JPS60245775A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0623Sulfides, selenides or tellurides

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は赤外用光学機器の光学部品(ウィンドウ、レン
ズ、オプティカルファイバー)の素材であるKRS−5
(沃化タリウム(TII)と臭化タリウム(TIBτ)
との混晶)に用いて好適な反射防止膜に関する。
従来例の構成とその問題点 KR3−6は、屈折率が2.37 (波長10.6 p
rnにおいて)と大きいために反射損失が入出力端を合
せて約28係もある。これを減らすには端面に反射防止
膜をコーティングすることが望捷しい。
しかしKR8−tsに無反射コートする技術は未だ確立
されていない。
このような状況において最近KR3−5が炭酸ガスレー
ザメス用の導光路(オプティカルファイバー)として実
用化されるに至り、その透過率向上を目的とした反射防
止膜の要望が高まって来た。
この導光路端面に使用される反射防止膜は炭酸ガスレー
ザ光が照射されるという点でまず通常の赤外用の窓、レ
ンズ等のそれにくらべ高い耐光力が要求される。さらに
導光路の場合には一般にレーザ光を集光して端面傾入射
させるため表面でのパワー密度は通常のレーザ用光学部
品の場合より2桁程度大きなものとなる。たとえばso
W出力時には、導光路入力端でのパワー密度は60KW
/cnlにも達する。従って導光路端面上の反射防止膜
は耐環境性、耐はく離性のみならず、極度に大きな耐光
力が要求される。
耐光力を向上させるには、まず、いかに吸収の少ない反
射防止膜を実現するかにかかっている。
従来、炭酸ガスレーザ用透明光学部品の素材であるセレ
ン化亜鉛(ZnSe)、ヒ素化ガリウム(GaAs )
や塩化カリウム(KCI)等の反射防止膜は、単層膜構
造、二層膜構造、三層膜構造等が試みられている。それ
以上の多層でも反射防止膜は構成出来るが蒸着膜形成時
の作業容易性に難点が生じたり、レーザ光に対する膜厚
増加に伴う吸収増大を招いたりするという問題が生ずる
ので特殊な場合を除き反射防止膜の層数は三層が限度と
されている。
単層膜構造が最も製作上容易である。光学の理論によれ
ば、屈折率nが光学部品素材の屈折率msの平方根μ丁
に等しいという条件を満足すれば光学的厚みnd−λ/
4(λ=10.6μmの場合、nd=2.65μm)で
基板上に蒸着した場合の反射率は零になり単層反射防止
膜となる。
自然界にはこの様な条件を満足してくれるものは非常に
限られる。KH2−rs素材の屈折率n8の平方根r−
/房習7中1.54に近い屈折率の材料をさがすと第1
表のようになる。
第1表(KH2−5用単層反射防止膜)第1表より判る
様に単層反射防止膜では反射率を零にすることは出来ず
、1%程度の反射が残る。
ThF4の場合には耐環境性には優れているが、吸収が
大きいという欠点が有る。PbF2の場合吸収は少ない
が耐環境性に欠点がある。すなわち、PbF2蒸着膜は
水に対して弱く、あやまって表面に水をかけたりすると
膜にひび割れが生じたり、散乱が増加する。
一方、5chusterの二層膜構造の条件式を満足す
る2種類の誘電体物質の組合せを考えると理論的に反射
率を零にすることが出来る。その様な組合せをさがすと
第二表のようになる。
第2表(KH2−es用二層反射防止膜)しかし第2表
かられかるように二層構造の場合、理論的に反射率を零
にすることは出来るが吸収が大きいという欠点を有す。
発明の目的 本発明はKH2−5に対して耐環境性にすぐれかつ吸収
の少ない従って耐光力の高い炭酸ガスレーザ用にも使用
出来る反射防止膜を提供するものである。
発明の構成 本発明は上記目的を達成するものでKH2−5面にまず
吸収が少なズかつ密着性の良いアモルファス状態を示す
三セレン化ヒ素(A S 2 S e a )ガラスで
ある高屈折率物質(n=2.8)を蒸着し、次に吸収の
少ない低屈折率物質である弗化鉛(PbF2)(m =
−1,67) を蒸着し、さらにとのPbF2 の耐水
性の弱さを保護する効果をもったピンホールの出来にく
いA g 2 S e 3 を蒸着してなる三層膜構造
の吸収の少ない従って耐光力のある、かつまた耐環境性
のすぐれた反射防止膜を提供するものである。
実施例の説明 第1図は本発明の一実施例である三層反射防止膜の構造
図である。図中4は表面が超精密に光学研磨された屈折
率nl1lが2.37のKH2−5基板である。1は屈
折率n3が2.8なるAF12S03であり、光学的厚
みn s d 3−2−524μmである。2は屈折率
n2が1.67なるPbF2 で光学的厚みn 2 d
 2−1=719μmである。3は屈折率n1 が2.
8なるA s 2S e 3 であり光学的厚みn1d
1−0.488μmである。上記のそれぞれの光学的膜
厚は三層反射防止膜に関するMouch、ratの関係
式(AppliedOp、。8/V01−16NO,1
op、2了22)を満足する様に決定した。
第2図、第3図、第4図にそれぞれ第三層As 2S 
es3、i二層PbF22、第一層As2Se31の光
学的膜厚n1diの設定値を中心に5係増減した場合の
反射率の波長依存性を示した。
第2図はKR3−5基板に密着する第1のA 82S 
e3膜1の光学的厚みを2.524 μm、PbF2膜
2の光学的厚みを1.719μmとし、PbF2膜2上
膜形上される第2のA 82 S e 3膜3の光学的
厚みを±5係変化した場合で、第2のA S 2 S 
e 3膜3の光学的厚みは0.464μm−0,’51
3μmの範囲において、波長10.6μmでの反射率は
0.05%以下と良好である。
第3図ばKR3−5基板上に第1のAs25e3膜1の
光学的厚みを2.524μm、第2のA S 2 S 
e s膜3の光学的厚みを0.488μmとし、PbF
 膜2の光学的厚みを±6%変化させた場合で、PbF
2膜2の光学的厚みは、1.633μm〜1.805μ
mの範囲において、波長10.6μmでの反射率が。、
15係以下と良好である。
゛・、第4図はPbF2膜2、第2のA s 2S e
 s膜3の光学的厚みをそれぞれ1.719μm、0.
488μmとしだ時に、第1のA 82 S e s膜
1の光学的厚みを同様に変化させたときの反射率の変化
のようすを示したもので、第1のA S2 S e 3
膜1の光学的厚みは2.398μm〜2.650μmの
範囲において、波長10.6μmで0.03%以下と反
射率零゛に非常に近く、良好である。
第6図にすべての層が同時に5係増加した場合と5%減
少した場合の反射率依存性を示した。このときの波長1
0.6μmでの反射率は0.4%程度となるので、両面
反射防止膜付の場合の全反射率は約0.8 %となる。
この値は実用上杵される限界を示す。
この図からも明らかなように本実施例によるKR8’−
5用反射防止膜の光学的厚みとしては、第10AS2S
e3膜1が2.398μm 〜2.650μm。
PbF2膜2が1.633pm 〜1.805μm、第
2のA 82 S e 3膜3が0 、464 p m
 〜0 、513 p rnの範囲にあることが好適で
ある。
試料作製用のKRS−5基板は■堀場製作所製の直径2
5能、厚み3胴の両面研磨の単結晶板を使用しフt。A
32Se3用蒸着ルツボはモリブデン(Mo)製のとっ
ぷつ防止用の穴開のふたを使用し基板温度80℃2作業
圧力1.5 x 10−6Torr 、蒸着速度12人
/sec で蒸着した。PbF2は白金ボート(Pt)
を使用し基板温度80℃2作業圧力3×10−’ To
rr 、蒸着速度12八/ secで蒸着した。蒸着速
度は水晶振動子を使って制御し、蒸着膜厚は波長1.5
05μmの赤外光を使用した透過型光学膜厚制御装置に
て制御した。
得られた試料の透過率スペクトルを第6図に示した。波
長9μmから12μmの波長領域での実測値は計算値と
良く一致している。
第5図に示した試料3個の波長10.6μm炭酸ガスレ
ーザ光でのカロリーメトリック法による吸収率測定値は
それぞれ、0.018%、0.020%。
0.023%、であり平均値として0.020%か得ら
れた。使用しだKR3−5基板の吸収率測定値はそれぞ
れ0.016%、 0.019%、 0.019%であ
り平均値として0.018%であるので両者の差をとる
と両面反射防止膜の吸収率は約0.002%程度となり
非常に吸収率の少ない反射防止膜が得られた。
次にレーザ光照射耐光力試験の実験を行った。
レーザ光照射耐光力の実験はレーザ光の照射条件、すな
わちレーザビーム径と試料の大きさとの相対的大小関係
、試料の冷却方法、空気中か真空中か、又照射時間等に
も依存するために一義的に決めることは出来ない。そこ
で以下の様な実験条件を設定JL献 ■ 照射実験は空気中で行った。
■ 試料の冷却は自然空冷としだ。
■ 試料は板の両面に反射防止膜を形成した光学窓と両
端面に反射防止膜を形成し、たオプティカルファイバー
である。光学窓の形状は直径25 mm 、厚み3朝で
あり、ファイバーの形状は直径0.5咽、長さ100胴
である。
■ レーザ光源としては85WのcW炭酸ガスレーザを
使用し直径1インチ、焦点距離2.5インチのZn5e
メニスカスレンズにて直径約7姻のシングルモードのレ
ーザビームを集光し、焦点において直径0.27mm 
(1/82直径)のレーザビームとした。
■ 試料表面をこの焦点に置きレーザ入力パワーを5W
、1分間照射した後表面を観察し劣化がなければ入力を
6Wずつ増加し、同様な実験を表面が破壊するまでくり
返し、最大入力86Wまで実験を遂行した。
以上の条件下で本発明の試料についての実験結果を以下
に述べる。
■ 板状の試料の窓については最大入力86W壕で照射
前後でその表面の変化が観察されなかった。最大入力s
sWの場合の試料表面のパワー密度は約150KW/c
rAであった。
■ オプティカルファイバーについては、平均として7
0W入力まで表面は損傷されず、最大入力5sW−4で
破壊されずに生き残ったものもあるが、この入力レベル
になるとファイバー自身の劣化が観測された。
以上の照射実験が示す様に本発明の反射防止膜べはファ
イバー自身の劣化の限界値に近い入力まで入力パワー、
パワー密度まで耐えるすぐれた耐光力を持つものである
本実験の比較試料として、二種の三層構造の反射防止膜
を試作し、上記と同様な照射試験を行った。第1のもの
の膜構造は Ge3oA81y T@ 3o S e23 / Pb
 F2/ Ge30 A81yT e 3oS e 2
3であり、第2のものの膜構造は As2S3/PbF2/AS2S3 である。
第1の膜構造の反射防止膜を両面に形成した直径o、s
mm、長さ約1008のオプティカルファイバーは上記
の照射実験条件下で入力5Wで瞬時に破壊した。
第2の膜構造の反射防止膜を両面に形成した直径p、6
’mm 、長さ約100咽のオプティカルファイバーは
上記条件の照射実験で入力30Wパワ一密度53Kw7
crttで反射防止膜が劣化した。
最後に耐環境試験結果について述べる。本発明の反射防
止膜のついたファイバーの先端を水に3分間つけた後乾
燥し耐光力試験を行った所、水につける以前と同様に入
カフ0W、パワー密度120KW/cy7にも耐えるこ
とが明らかになった。水べ溶けずピンホールの出来にく
いカルコゲナイドガラスで水に弱いPbF2をはさみこ
んだ構造の効果が実証された。
発明の効果 以上のように本発明はKH2−a基板あるいはファイバ
ー上に三セレン化砒素膜AS2Se3 、弗化鉛膜Pb
F 三セレン化砒素膜AS2Se3をこの2フ 順に形成したもので本発明によるKH2−ts用三層構
造反射防止膜の効果を列挙すると以下の通りである。
(1)反射防止膜の波長10.6μm炭酸ガスレーザ光
による吸収率は約0.002 %のオーダーと低く、し
たがって耐光力もファイバー自身の耐光力をしのぐ入力
yoW以上、パワー密度12oKW/iと高い。
(2)耐環境性についても水に溶けず、かつピンホール
の本質的に出来にくいアモルファス状態のカルコゲナイ
ドガラスであるAs2503膜でPbF2膜を保護して
いるため耐水性にもすぐれ実用的である。
(3)以上の効果を持つ反射防止膜が実現出来たため反
射防止膜のない基板あるいはファイバー等の場合の約2
8%の反射損失分の入力が有効に利用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるKH2−5用反射防止膜の実施例
を示す断面図、第2図乃至第6図は各々本発明によるK
H2−rs用反射防止膜の反射率波長特性図、第6図は
本発明を利用したKH2−5光学窓の透過率スペクトル
図である。 1.3・・・・As2Se2膜、2・・・・・PbF2
膜、4・・・・・・KH2−5基板。 代理入の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 第2図 液長λOt町 第3図 プロアσ、ρ /ρ6 //l) //、52皮 −1
珂 λ輸7) 第4図 I 長久(メ町 第5図 液 (入(、it M l

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 深化タリウムと臭化タリウムとの混合物質より成る赤外
    ・透過材上に光学的膜厚が2.398μm〜2.650
    μmの三セレン化ひ素膜、光学的膜厚が1.633 μ
    m 〜1.805pmの弗化鉛膜、および光学的膜厚が
    0.464μm〜0.513μmの三七レン化ひ素膜を
    順次形成したことを特徴とする反射防止膜。
JP10210184A 1984-05-21 1984-05-21 反射防止膜 Pending JPS60245775A (ja)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59137901A (ja) * 1983-01-27 1984-08-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd 反射防止膜

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59137901A (ja) * 1983-01-27 1984-08-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd 反射防止膜

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