JPS61170702A - 光学薄膜の製作方法 - Google Patents

光学薄膜の製作方法

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JPS61170702A
JPS61170702A JP60011070A JP1107085A JPS61170702A JP S61170702 A JPS61170702 A JP S61170702A JP 60011070 A JP60011070 A JP 60011070A JP 1107085 A JP1107085 A JP 1107085A JP S61170702 A JPS61170702 A JP S61170702A
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thin film
vapor deposition
porous thin
producing
substrate
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Kunio Yoshida
国雄 吉田
Chiyoe Yamanaka
山中 千代衛
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SHOWA KOKI SEIZO KK
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    • G02B1/10Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
    • G02B1/14Protective coatings, e.g. hard coatings
    • G02B1/105

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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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、紫夕1から赤句域で動作する高出力レーザー
・システム用光学素子の反りj防止膜、高出力レーザー
用偏光子や反射鏡のレーザー耐力を向上させるための薄
膜、薄形テレビの石英画面に製作する反射防止膜、ワー
プロや電子計算侵等のディスプレイ画面の輝やきを暖和
するための目の保護用フィルター上に製作する反射防止
膜および反射増加膜などに用いる光学薄膜の製作方法1
て関するものである。
従来の技術 従来、反射防止膜を製作する方法を大別すると。
真空蒸着法と化学的方法とがある。真空蒸着法による反
射防止膜は、蒸着基板上に基板の屈折率より低い膜厚λ
/4(λ:入射尤の波長)の蒸着物質を付着させて製作
する単層膜、或いは低屈折率と高屈折率の蒸着物質を2
層以上蒸着して製作する多層膜が用いられている〜この
反射防止膜に・ ′−ザー耐力が低い、広帯域の反射防
止膜を製作ス6(′C“3層以上0蒸着力;北・妄であ
る等の欠7へをイ■する。
例t ケ、rli長1.06 ttm 、 0.53 
am 、 0.35μm(パルス幅;1ns)に対する
多層の反射防止膜のレーザー耐力は、それぞれ4〜6 
J/cA 、 3〜4 J/crI。
1〜2J/ca程度であり、高出力紫ダレーザーに対し
て損傷を受けやすい。
化学的方法は、米国ショット社のコックに:o ok 
)らが開発した方法で、硼珪クラウンガラス(通称BK
−7)を準中注溶液で表面を処理することによしてガラ
ス表面に多孔性薄膜を形成して、反射防止膜を製作する
方法である。この薄膜の詳細は、L、M、Cook e
t aj、 J、American (:eramic
 SOC,、Vod。
65 、A9 c 152  C155頁(1782)
を参照して見ることができ、不方法で製作された反射防
止膜は、広帯域でちり指定された波長における表面での
最小反射率は0.1チ以下とすることが可能であり、レ
ーザー耐力も波長1.06μmと0.53μmに討して
それぞれlOJ/濯以上の値を示し良好な性能?有して
いるが、0.45μm以下の波長のレーザー+で灼して
使用が困難、表面が機械的に弱り等の問題点がちる。
一方、米国ローレンス・リバモア国立研究所のミラム(
Milam)らは、高出力紫りiレーザー用の高面)力
反f防止z1として、ゾルケ゛ル法を甲いて石英基板上
に多孔性/リカ膜を製作した。この多孔性シリカ膜は、
指定された波長での反射率は0.5壬以下であり、波長
0.35μm、パルス幅0.6ns  に対するレーザ
ー耐力は6〜9J/ltlであり、真空蒸着膜の3倍以
上の耐力を有するが、表面が機械的1て弱いという問題
点があ6゜この多孔性シリカ膜の′詳細(・了、D、M
ilam et ad 、 CLEO’8−1 Tec
hnicalDigest 、THB 2 (1984
)で見ることができる。
発明が解決しようとする問題点 本発明の目的(1、このような問題点全解決しようとす
るもので、レーザー耐力が高い、表面が機械的に強い、
広帯域、紫対かも1IAtでの高出力レーザーと言むレ
ーザー・/ステム用元学素子や九学機器用元学素子等の
表面に製作できる、などt特徴とする多孔性薄膜の製作
方法である。
本発明の他の目的は、小さな物から大きなχ」象物に対
して多孔性薄膜を製作することにある。
本発明のさらに他の目的は、形成した多孔性薄膜が損傷
したときに基板表面を傷めることなくその膜を除去する
方法を提供することにある。
問題点を解決するための手段 本発明は、屈折率の異なる2種類以上の蒸着物質を基板
2上に同時に蒸着して混合膜を形成し、この混合膜を水
または水溶液で処理することによって蒸着物質の一部を
除去し、多孔性Vf膜1を製作する。混合膜を製作する
ための蒸着としては、真空蒸着法、スパッタリング蒸着
法、化学的蒸着法等の方法を用いることができる。蒸着
物質としては、Al2O3、ceo2+ HfO2、5
i02 、 Ta205 、 ThC12。
TiO2+ ZrO2,AlF3. CaF2. Li
F 、 MgF2. NaF 。
Na31?F2. LaF3 、5c2o3. SrF
2 、 SiO、BaF2 * Y2O3゜ZnS 、
 Zn5e 、 Ge 、 Si等の各種物質が可能テ
ある。
蒸着用基板2としてi’j:三に、プラス、その他生導
体、プラスチック、金属も使用できる。
製作されf−c混合膜を処理液を使って多孔性の薄膜1
を製作するが、処理液の種類は除去する物質によって異
なり、水溶性の物質を除去するには純水や超純水等を用
いる。また、物質によっては0.01〜1%程度のHF
やHC1溶液、或いは0.01〜1チ程度のNaOH溶
液、さらKはこれらの水溶液に多価カチオンを1×lO
〜1×lOモル混入した処理液を用いる。
処理時間は、除去する物質に大きく依存し、10秒〜1
5時間、処理温度は0〜95°Cで行なう。
製作された多孔性薄膜lの屈折率はミ蒸着物質の混合比
に応じて第1〜3図のようになる。第1〜3図でnaは
空気と多孔性薄膜lの境界における薄膜の屈折率、[は
薄膜lと基板2の境界における薄膜の屈折率、nsは基
板2の屈折率である。第1〜3図(b)に第1〜3図(
a)の屈折率変化に対応した反射特性を示す。第3図(
ωのような不均質膜が製作できると、紫外〜赤乞域にか
けて使用できる非常に広帯域の理想的な反射防止膜が得
られる。
混合膜の膜厚は、λ/4(λ:指定された人!1尤の波
長)G′こすt′Lば、指定の波長で1゛d小の反射率
となり、反射防止膜として@11ヒする。
基板2上(て製作した多孔性薄膜1が!−a械的番て或
いは高出力レーザー元等で損傷した場合は、PH6,0
〜960、温度20〜30℃の酸性またはアルカリ水溶
液で後処理することによって、基板2を傷めることなく
除去できる。
作  用 本発明の方法で製作された多孔性薄膜の反射率は以下の
ような式で記述できる。it図(a)のように屈折率が
一定である場合の垂直入射における反射率Rs  は古
典的な式(1)により与えられる〇第2.3図(ωのよ
うに屈折率勾配を持つ場合の反射:$Rr  はシュロ
ーダ−(5chro’der )  VCより旬告され
ており、(2)式で与えられる。
〜2π ここに、δ、) −−(na+n2)dであり、dVi
薄膜薄 膜厚さを示す。
本発明は、ガラス、プラスチック、半導体、金属等あら
ゆる基板2に前記のような方法で多孔性薄膜lを製作で
き、この膜があらゆる波長範囲にわたって反射防止膜と
して機能するため、紫列から赤劉域において使用される
レンズ、窓などのような光学素子に適用可能である。応
用分野としては、レーザー、光通信、写真、情報機器が
考えられる。
つぎに、実施例を示すが、これらは本発明の説明のため
1て記すのであシ、−何ら本発明゛を限定するものでは
ない。
実施例1 蒸着物質として8102とNaFを用いて混合膜tS作
し、この混合膜を30℃の超純水を用いた処理によって
NaFを除去し、多孔性のシリカ薄膜を石英基板の片面
に製作した場合の透過率変化特注を第4図に示す。この
膜は、0.35μmの高出力紫タル−ザー用の反射防止
膜を目的として製作したもので、0.35μmの元に対
して反射率ii0.3%以下であり、単層膜であるにも
かかわらず300OAの範囲にわたって反射率は1壬以
下という広帯域特性を示し、レーザー耐力は波長0.3
511m、パルスj喝0.4nsのパルスに灯して6〜
8J/cJであり、真空蒸着膜の3〜4倍となった。表
面の機械的強度に、レンズクリーニングペーパーによる
クリーニングに対して傷つくことがなく真空蒸着膜と間
程度の強度を持ち、既述の化学的処理法或いはゾルグル
法で製作された反射防止膜より格段に強い。
不発明で製作された多孔性i?膜は、各方法で製作され
た膜の全ての利点を備えていることが証明された。
実施例2 実施例1と同じ方法で、大阪大学の高出力レーザー「激
Xム10号」で使用する阪長帆35μm用反射防止膜を
石英ウィンドーガラス(直径’1.4 crt、 )2
枚、真空シール石英ガラス(直径’13 cm ) 2
枚、非球面石英レンズ(f/3、直径22 Cff1 
) 2枚、ブラストシールドガラス(直径221m)2
枚に製作したところ、反射率1−10.5へ・1q6、
し〜デー耐力は6〜8J/crl  f示し、膜表面の
機械的強度も賜く、充分に高出力紫外レーザー用反射防
止膜として実用できる見通しを得た。
実施例3 e長1.06μm用の反射防止膜として、BK−7基板
上に5IO2とNaF’の混合膜を蒸着し、この混合膜
を25℃の超純水で処理することKよってNaFk除去
し、多孔性のシリカ薄膜を製作したところ、1.06μ
mでの反射率は帆1%、レーザー耐力は波長1.06μ
m、パルス福1nsのレーザーパルスに対して13J/
cJであり、この値は真空蒸着法で製作した高出力レー
ザー用反射防止膜の3倍以上となる。この結果、本発明
で表作された多孔性薄膜は赤め域の高出力レーザー用反
射防止膜として使用可nヒであることが証明された。
実施例41 波長0.5μm用の反射防止膜として、BK−7基板上
トてSiO2とNaFの混合膜を蒸着し、この混合膜を
25°′Cの超純水で処理することによって多孔性I)
 ’i lJ力薄膜を製作したところ・ Q、5t1m
  ′c″)反HmH0,3% レーザー耐カ1グ0・
53“・727幅tns  (7)L/−f−z<、v
xic[l、て12J/7であり、充分例高い値を示し
た。
実施例5 温度25℃・濃度0・O1壬のHF水啓液をイ吏クチ実
施例1で製作した多孔性シリカ膜を後処理したところ、
石英基板に何ら損傷を与えることなく多孔性シリカ膜を
除去でき、除去した基板に多孔性シリカ薄膜を再び製作
でき、元学的注能に全く変化がなかった。
発明の効果 この発明の効果として番は、本発明の多孔性薄膜1・1
、レーザー耐力が高く、表面が機械的に強い広帯域です
ぐれた反射防止効果をもつ特徴を有し、紫外から赤IA
までの高出力レーザーを宮むレーザーシステムや各種光
学機器において、ガラスその他生導体、プラスチック、
金属を基板材料とする光学素子表面に各種蒸着物質を選
択的に適用可能ならしめると共に、前記形成した多孔性
薄膜が損傷したとき、基板表面を傷めることなく、該薄
膜の除去処理を可能とする等の各種の特徴を発揮するも
のである。
【図面の簡単な説明】
第1〜3図(a>は、基板上に表作された多孔性薄膜の
屈折率変化を示す概略説明図、第1〜3図(b)は、第
1〜3図(a>のような屈折率を持っ薄膜の波長に対す
る反射率の変化を示すグラフ、第4図は石英基板の片面
に多孔性シリカ薄膜が製作された場合の波長に対する石
英基板の透過率の変化を示すグラフである。 特許出願人  吉  1) 国  雄 四       山   中   千代 循回    
昭和元機製造株式会社 第 1図 (σ) (bノ ン皮&()tmノ 図面の浄書(内容に変更なし) 第2図 (C) 1叛 (bノ ブ−Wc rpm) 第3図 (σ) (bノ シ堵 長 (pm〕 第48!! 0.2    0,3    0,4    0.5 
   0.6    0.7沫+tC1m) 手続ネ甫正書(方式) %式% 1、事件の表示  特願昭60−11070号2、発明
の名称  多孔性薄膜の製作方法3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 ほか2名 5、補正命令の日付 昭和60年4月30日(発送日)
)ヤー 7、補正の内容 19本願明細書第13頁の図面の簡単な説明の記載を、
以下のとおり補正します。 [図面は本発明の実施態様を示すもので、第1図(a 
)は基板による多孔性薄膜の屈折率変化を示す説明図、
同図(b )はその反射率のグラフ図、第2図(a )
は基板に対し多孔性薄膜が直線的に減少するような場合
の屈折率変化を示す説明図、同図(b )はその反射率
のグラフ図、第3図(a )は多孔性薄膜が基板の屈折
率と均等である場合の屈折率変化を示す説明図、同図(
b )はその反射率のグラフ図、第4図は石英基板に製
作された多孔性シリカ薄膜の透過率のグラフ図である。 」2、代理権を証明する書面および図面(第2図)は別
紙のとおり 手  続  補  正 書 昭和60年10月1 日

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、光学薄膜の製作において、2種類以上の物質を基板
    上に同時に蒸着して混合膜を作成し、この混合膜を水ま
    たは水溶液で処理することによって蒸着物質の一部を除
    去し、薄膜を多孔性とすることを特徴とする多孔性薄膜
    の製作方法。 2、屈折率の異なる2種類以上の蒸着物質を、真空蒸着
    法、スパッタリング蒸着法、化学的蒸着法等により同時
    に蒸着することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の多孔性薄膜の製作方法。 3、混合膜の蒸着は、ガラス、金属、プラスチック、半
    導体材料等の基板に対して行うことを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の多孔性薄膜の製作方法。 4、レーザー・システムの光学素子表面に蒸着処理して
    使用されることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の多孔性薄膜の製作方法。 5、光学機器要素表面の薄膜として使用する特許請求の
    範囲第1項記載の多孔性薄膜の製作方法。 6、ワードプロセッサーや電子計算機のフィルター表面
    の薄膜である特許請求の範囲第1項記載の多孔性薄膜の
    製作方法。 7、薄形テレビジョンの石英画面の薄膜である特許請求
    の範囲第1項記載の多孔性薄膜の製作方法。 8、光学薄膜の製作において、2種類以上の物質を同時
    に蒸着した基板上の薄膜を、水またはpH5.0〜9.
    0の水溶液で処理することを特徴とする多孔性薄膜の製
    作方法。 9、処理温度が0〜95℃、処理時間が10秒〜15時
    間である特許請求の範囲第8項の多孔性薄膜の製作方法
    。 10、多孔性薄膜製作の後に、pH6.0〜9.0の水
    溶液で製作された薄膜を後処理して膜を除去することを
    特徴とする特許請求の範囲第8項記載の多孔性薄膜の製
    作方法。
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