JPS6115102A - 塩化カリウム用反射防止膜 - Google Patents

塩化カリウム用反射防止膜

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JPS6115102A
JPS6115102A JP59135312A JP13531284A JPS6115102A JP S6115102 A JPS6115102 A JP S6115102A JP 59135312 A JP59135312 A JP 59135312A JP 13531284 A JP13531284 A JP 13531284A JP S6115102 A JPS6115102 A JP S6115102A
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JP
Japan
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film
layer
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potassium chloride
antireflection film
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JP59135312A
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JPS6259281B2 (ja
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Takeo Miyata
宮田 威男
Takashi Iwabuchi
岩淵 俊
Takuhiro Ono
小野 拓弘
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/02Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of crystals, e.g. rock-salt, semi-conductors

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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 本発明は炭酸ガスレーサをはじめとする赤外光学機器(
(使用される光学部品(ウィンドウ、レンウム用の反射
防止膜に関するものである。
従来例の構成とその問題点 従来、大パワーの炭酸ガスレーザ用の窓、レンズ、ビー
ムスブリ、夕等の透明光学部品の基板H料としては、Z
n5e + GaAs等が挙げられる3、Zn5eにあ
、ては波長10.6μmと0.632871m  にお
いて透明であυ耐水性に優れかつ大型の結晶が得られる
という利点の反面、欠点としては、高4tliであり、
大パワー照射により生ずる光学歪が人きく、又結晶育成
時に有毒なR2Seガスを使ったり、結晶表面研麿加工
工程において有毒な七ン/糸カスているという利点の反
面直径約8crn以上の犬べさのものが入手出来ない、
可視光重畳用の波長0.6328μmのHe −N e
レーザ光を透過しないこと、高価であること、光学歪が
大きい事、さらにはヒ素(As )という有、害元素を
その構成要素に含むため、育成、加工時の安全対策が必
要であるという多くの欠点を有している。
一方、波長106μm 、 0.6328μmにおいて
透明で、光学歪が小さく、毒性がなく、安価であるとい
う多くの利点を持つKClが実用透明光学部品の基板と
して使用されない最大の理由は潮解性があり水に溶ける
ため、湿度の多い環境での長時間使用に耐えられないと
いうことである。この場合、KCIの基板の表面に附加
する反射防止膜が反射率が零に近く、波長0.6328
μmに対して透明であるという光学的特性はもちろんの
こと、耐水性をもかねそなえることが出来るならば、K
Clの水に対して弱い欠点は克服されるので、上記の多
くの利点を有したKCIの窓、レンズが実現出来る事に
なる。しかし、現在光学特性、耐水性、耐摩耗性を同時
に満足した長寿命な反射防止膜が存在しない状況にある
KCl窓、レンズ用の反射防止膜として最も簡単な構造
のものはNaF単層膜が知られている。。
ろ約0.4%、吸収率は約0.3 %と光学特性上は1
分実用に耐えるものであることが判明したが、温度45
℃、相対湿度95%の環境試験において、 6時間後に
NaF膜の剥離が明確に観測された3、それ故に耐水性
という点では満足なものではなく実用性が無いと判断せ
ざるを得ない。
単層で反射防止膜の条件を満足するものはNaF以外に
は無いので、二層、三層構造の反射防止膜が検討されて
いる。反射防止膜の材料として714 Jl=しなけれ
ばならない条件としては、水に溶けにくく、波長106
μm 、 0.6328μmで透明で、基板との密着性
が良く、さらに薄膜状になりた時にピンホールの出来に
くいアモルファス状態を示す物質が選ばれなければなら
ない。そこで有望な材料として三硫化ヒ素(AS2S3
) 、三硫化セレン(A82Se3)を代表とするカル
コゲナイドガラスや四弗化トリウム(ThF4)が挙げ
られる。
二層反射防止膜の構造については以下の様なものが考え
られる。
イ)  KC1/GATS/AS2S3−f−、、、j
O) KC1zA3zSa/ThF<”’:yt)の構
造のものはいずれもカルコゲナイドガるがGATSは波
長0.6328μm光を透過しないという欠点を有す。
 口)はいずれもアモルファス状態を示しかつThF’
4の機械的強度が強いという利点があるが、ThF4は
放射性を持っていて使用しにくくかつ吸収の少ない高純
度の材料を入手する事が困難であるという欠点を有す。
以−トの欠点を解決すべく三層構造の反射防止膜が検討
された。低屈折率物質のThF4が使用出来ないので吸
収の小さなNaF 、 KCI 、 PbFzを使った
以下の様な三層反射防止膜が検討された。
イ)  KC■/AS2Se3/NaF/A32Se3
0)  KCI/AS2S3/’KCI/A32S3ハ
)  KCI/A32S3/PbF2/As25aこれ
らの共通の利点は三層構造にすることにより、単層構造
、二層構造の反射防止膜より吸収率を小さく出来るため
、大パワー用として使用出来ることにある。
これらは、水に弱い欠点を持つNaF 、 KCl。
P b F2をピンホールの出来にくいA S 2 S
 3ではさみて密着性が良く、かつ湿度に対する保護膜
として作用し、さらにその上に光吸収の少ないNaF 
KCI 、 PbF2 を附加しその欠点である水に弱
い点をさらにAs+Se3やA S 2 S 3で保護
し、かつ反射イ4零という反射防止膜の条件を満たすと
同時に波長0.6328μm光にも透明であ6る犬パワ
ー用反射防止膜を実現した。
しかしながら以上のイ×ロxノ・)の3例を詳細に比較
すると総合的にノ・)の構造のものが一番良いとされる
。すなわち、大パワーに使用出来るため吸収率が小さい
物質が良いという観点からするとKCI(吸収係数1c
rn−’以下)、PbF2(吸収係数1〜2 an−’
 )、NaF C吸収係数6z−’)の順となり、KC
lを使用した口)の構造のものが一番良い。
しかし、耐湿性を有するという点で水に対する溶解度が
小さい物質が良いという観点からすると、PbF2(1
007の水に対する溶解量0.064 r ) 。
NaF (100S’の水に対する溶解量4.22F)
、KCI(100Fの水に対する溶解量34.71の順
でありP b’ F2を使ったl・)の構造のものが一
番良く、KCl性を第1表にまとめた。
第1表 XX・・・ 非常に悪い、×  悪い、△  まあまあ
良い、○  凡い。
◎  ・・非常に良い この表から判る様に、A S 2 S 3/ P b 
F2 /A S 2 S 3  の三層構造のものが一
番バランスが取れており、実際に20 KW用のKCl
窓に使用され耐光力の点で実績が有ると同時に、耐湿性
の点でも表面に結露させないかぎり充分に実用性の有る
ことが判明し名O 以上の様に三層構造の反射防止膜は多くのすぐれた点を
持ってはいるが、表面のA S 2 S 3膜が長時1
空気中で高温にさらされると酸化され吸収が増加すると
いう欠点と機械的にやXlやわらかいためクリーニング
時に表面にきすがつきやすいという欠点があシ、長寿命
化という点でまだ問題があし +七 発明の目的 本発明は従来例のAs2S3/PbFz/AszS3 
なるKCI用三層反射防止膜の持つ多くの利点、すなわ
ち、106μm波長の炭酸ガスレーザ光に対して、低吸
収で耐湿性に優れており、He−Neレーザ光に対して
透明である、等の利点をそこなうことなく、その欠点で
ある酸化性、表面の機械的弱さを解決し総合的に優れた
長寿命の反射防止膜を提供することにある。
発明の構成 本発明のKCI用反射防止膜はAS2S3であられされ
るカルコゲナイドガラス層を、KC1基板上に形成し、
その上にPbFz層を形成し、さらに最外層として、硫
化亜鉛(ZnS )を設けた三層構造のKCI用反射防
止膜である。
実施例の説明 以下本発明の実施例について図面とともに詳細に説明す
る。第1図はKCI基板上の本発明による三層反射防止
膜の構造図である。図中4は両面が超精密に光学研麿さ
れた屈折率が145なるKCl1.3023.c+mで
ある11.3は屈折率+13が24なるZnS膜であり
光学的厚みn3d3 = 1.1532μmである以下
に代表的な蒸着条件を述べる。
AS2S3用蒸着ルツボはモリブチ/(Mo)製のとっ
ぷつ防止用の穴開のふたを使用し基板温度70℃、作業
圧力1.5 X 10  Torr 、蒸着速度12 
A/secで蒸着した。PbF2は白金ボート(Pt)
を使用し基板温度118℃、作業圧力3X10  To
rr、蒸着速度12A/secで蒸着した。
ZnSはCVD法で作った多結晶を蒸着源とし、電子ビ
ーム蒸着法で蒸着し、基板温度120℃、作業圧力2 
X 10−’Torr 、蒸着速度5A/seeで蒸着
した。
蒸着中基板は自公転運動し、膜厚の均一化を計。
た。蒸着速度は水晶振動子を使りて制御し、蒸着膜片は
波長1505μm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。、 1・゛この様にしてKCI平面基板の両面に反射防止膜
を形成してなるKCl窓の透過率スペクトルは第21図
の様になり、波長10.6μmにおいて反射率が零にな
ることが示される。
を考慮すると全吸収(βd)Totalは各層の吸収(
β1di)の総和の約2分の1と近似出来・る。ここで
dlは各層の吸収係数、dlは各層の厚みである。
本実施例の場合、第1層のA 82 S 3膜の吸収β
1dlは1 cm−’ X 1.15 X 10−’c
m中1.2X10−’、すなわち約0.012 %であ
る。第2層のP b F2膜の吸収β2d2は1crn
−’ X O,68X 10−’crn= 0.68 
X 10−’、すなわち約0.007%である。第3層
のZnS膜の吸収β3d3は0.5crnX0.52X
10  cm = 0.26xlO、すなわち約0.0
.03%である。憚って三層膜の全吸収は約0.01%
となる。この反射防止膜に20KWという大パワーの炭
酸ガスレーザ光が入射した場合には20KWの入射パワ
ーの001%が熱として発生する。すなわち2Wの熱発
生源として作用するがこの程度の熱発生は実用上の冷却
方法で十分対処出来、光学部品の破壊の原因とはならな
いなおこの反射防止膜でのHe−Neン−ザ光に7膜強
虐の強いZnSで保護しているため、クリーゴーノ夛時
にもきすがつきにくく長寿命である。
11「に :二語誌以上実施例に示した各層の膜厚は理想的な場合
で106μm波長で反射率が零になる。実際には膜厚制
御能力の問題により完全に反射率を零にすることは困難
である。
一方、実際に使用する立場からは反射防止膜−面当りの
反射率が05%以下であれば実用上問題はない。
第3図は第1層のAS2S3膜の光学的膜厚nId4だ
けを設定値2.650μmの3.7%増減した場合の反
射率スペクトルでいずれの場合も106μm波長で反射
率0.1%以下に出来実用的であることを示す。
実際の膜厚制御時に±3%精度を出すことは可能である
第4図は第2層のPbF2膜の光学的膜厚n2d2だけ
を設定値1.1432μmの3.7%増減した場合の反
射率スペクトルで、いずれの場合も反射率0.05%以
下に出来実用的であることを示す。
第6図は第1層のA S 2 S 3膜、第2層のPb
F2膜、第3層のZn5e膜のそれぞれの光学的膜厚を
同時にそれぞれの設定値の37係増減した場合の反射率
スペクトルでいずれの場合も反射率0.5 %以上→蝿
来実用的であることを示す。
に接する第1層に密着性が良くピノホールの出来にくい
水に溶けないAS2S3なるカルコゲナイドガラスを光
学的膜厚n1dlとして2.552/1m 〜2.74
8μmの範囲で形成し、次いで第2層として吸収の少な
い低屈折率物質であるP b F2 を光学的膜1すn
2d2として1.1010μm −1,18551mの
範囲で形成し、さらに第3層として水に溶けず、化学的
に友定で、機械的強度のすぐれたZn5eを光学的膜1
ツn3d3として1.1105μm −11960μm
の範囲で形成することによシ波長10.6μmの炭酸ガ
スレーザ尤に対して反射率が05チ以下、吸収率が0.
01%の低反射率、低吸収の反射防止膜が実現出来、1
−Ie−Neレーザ光に対して透過性も良く、耐湿性に
すぐれ、表面がZn5e膜で硬いためクリーニング時に
おいてもきすがつきにりく、耐摩耗性、耐薬品性などの
耐環境性にもすぐれ、 20KWという大パワーにも耐
えかつ長寿命な特性を示すため、KCIを基板とした、
大パワー用窓、レンズ、ビームスプリ、夕等を実現可能
にするものである。
【図面の簡単な説明】
一’)第1図は本発明による塩化カリウム用反射防止K
CI窓の透過率スペクトル特性図、第3図乃至第6図は
条々本発明による塩化カリウム用反射防止膜の実施例に
おける反射率特性図である。 1  ・AS2S3膜 2・・・・・・ PbFz膜 3・・ ZnS膜 4 ・・・・・・ KCI基板 特許出願人 工業技術院長 川 1)裕 部第 1 図 @四丼2 5P1.侵入 欠m) 第3図 9.5    10.0    10.5    11
.0   11.5波長人史m1 7蚤入C)im)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)塩化カリウム基板の少なくとも一表面上に、基板
    に接する第1層として三硫化砒素膜、第2層として弗化
    鉛膜、第3層として硫化亜鉛膜を順次形成したことを特
    徴とする塩化カリウム用反射防止膜。
  2. (2)第1層の三硫化砒素膜、第2層の弗化鉛および第
    3層の硫化亜鉛膜の光学的膜厚の値を、それぞれ2.5
    520μm〜2.7480μm、1.1010μm〜1
    .1855μmおよび1.1105μm〜1.1960
    μmに選定した特許請求の範囲第1項記載の塩化カリウ
    ム用反射防止膜。
JP59135312A 1984-07-02 1984-07-02 塩化カリウム用反射防止膜 Granted JPS6115102A (ja)

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JPS6259281B2 JPS6259281B2 (ja) 1987-12-10

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