RU2778680C1 - Optical mirror - Google Patents
Optical mirror Download PDFInfo
- Publication number
- RU2778680C1 RU2778680C1 RU2021124777A RU2021124777A RU2778680C1 RU 2778680 C1 RU2778680 C1 RU 2778680C1 RU 2021124777 A RU2021124777 A RU 2021124777A RU 2021124777 A RU2021124777 A RU 2021124777A RU 2778680 C1 RU2778680 C1 RU 2778680C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- copper
- reflective
- chromium
- optical mirror
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical Effects 0.000 title claims abstract description 21
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 46
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims abstract description 14
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 12
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);yttrium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims abstract description 11
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims abstract description 10
- 230000001070 adhesive Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000003595 spectral Effects 0.000 abstract description 24
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 abstract description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 8
- 239000010408 film Substances 0.000 description 6
- GEIAQOFPUVMAGM-UHFFFAOYSA-N oxozirconium Chemical compound [Zr]=O GEIAQOFPUVMAGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N TiO Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 description 2
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Inorganic materials [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052950 sphalerite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910006501 ZrSiO Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000001413 far-infrared spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000004476 mid-IR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052904 quartz Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 229910052846 zircon Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области оптоэлектроники и может быть использовано при изготовлении отражающих оптических элементов различных оптоэлектронных приборов для получения высокого коэффициента отражения (R) в широкой области спектра.The invention relates to the field of optoelectronics and can be used in the manufacture of reflective optical elements of various optoelectronic devices to obtain a high reflection coefficient (R) in a wide spectral region.
Аналогом является оптическое зеркало (патент JPS476633U, МПК G02B 5/00, опубликован 22.09.1972), содержащее подложку, адгезионный слой толщиной 490-510 нм, выполненный из хрома, отражающий слой, выполненный из золота, и ряд чередующихся защитных слоев из материалов с высокими и низкими показателями преломления, таких как MgF2, ZnS, SiO, SiO2, Al2O3, TiO, TiO2, ZrO2, ZrSiO4.An analogue is an optical mirror (patent JPS476633U, IPC
Основной недостаток этого зеркала заключается в том, что оно имеет пониженные отражательные свойства из-за большой толщины защитных слоев, обусловленных большим количеством таких материалов, как MgF2, ZnS, SiO, SiO2, Al2O3, TiO, TiO2, ZrO2, ZrSiO4.The main disadvantage of this mirror is that it has reduced reflective properties due to the large thickness of the protective layers due to the large number of materials such as MgF 2 , ZnS, SiO, SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO, TiO 2 , ZrO 2 , ZrSiO4 .
Прототипом является оптическое зеркало (патент RU112450 U1, МПК G02B 5/00, опубликован 10.01.2012), содержащее подложку, адгезионный слой толщиной 490-510 нм, выполненный из хрома, отражающий слой, выполненный из золота, и защитный слой толщиной 200-220 нм, выполненный из оксида иттрия.The prototype is an optical mirror (patent RU112450 U1, IPC G02B 5/00, published 01/10/2012), containing a substrate, an adhesive layer 490-510 nm thick, made of chromium, a reflective layer made of gold, and a protective layer 200-220 nm, made of yttrium oxide.
Коэффициент отражения оптического зеркала-прототипа составляет от 98,0% до 99,0% в области спектра 0,6-0,8 мкм и 99,5% в области спектра от 8 до 14 мкм. Коэффициент отражения зеркала-прототипа в среднем ИК спектральном диапазоне от 3,5 до 5,5 мкм не указан, но расчеты показывают, что он составляет от 99,0% до 99,1%.The reflection coefficient of the prototype optical mirror is from 98.0% to 99.0% in the spectral region of 0.6-0.8 μm and 99.5% in the spectral region from 8 to 14 μm. The reflection coefficient of the prototype mirror in the mid-IR spectral range from 3.5 to 5.5 µm is not specified, but calculations show that it is from 99.0% to 99.1%.
Недостатком прототипа являются относительно невысокие коэффициенты отражения в спектральных рабочих диапазонах от 0,6 до 0,8 мкм, от 3,5 до 5,5 мкм и от 8 до 14 мкм.The disadvantage of the prototype are relatively low reflectances in the spectral operating ranges from 0.6 to 0.8 µm, from 3.5 to 5.5 µm and from 8 to 14 µm.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка конструкции оптического зеркала, позволяющей добиться повышения коэффициента отражения во всех рабочих спектральных диапазонах.The technical problem to be solved by the present invention is the development of an optical mirror design that makes it possible to achieve an increase in the reflection coefficient in all operating spectral ranges.
Решение этой задачи позволяет использовать такое зеркало с максимальной эффективностью как в оптоэлектронных приборах, использующих для работы видимый, а также средний или дальний ИК спектральные диапазоны, так и в многоспектральных приборах, использующих наряду с видимым оба указанных ИК диапазонов.The solution of this problem makes it possible to use such a mirror with maximum efficiency both in optoelectronic devices that use the visible, as well as medium or far IR spectral ranges, and in multispectral devices that use both of these IR ranges along with the visible one.
Техническая задача решается тем, что оптическое зеркало, содержащее подложку, адгезионный слой, выполненный из хрома, отражающий слой и защитный слой, выполненный из оксида иттрия, согласно настоящему изобретению, дополнительно содержит слой из диоксида кремния, расположенный между отражающим слоем и защитным слоем, отражающий слой выполнен из меди, при этом толщины слоев хрома, меди, диоксида кремния и оксида иттрия составляют соответственно 50…100 нм, 150…200 нм, 80…90 нм и 90…100 нм.The technical problem is solved by the fact that an optical mirror containing a substrate, an adhesive layer made of chromium, a reflective layer and a protective layer made of yttrium oxide, according to the present invention, additionally contains a silicon dioxide layer located between the reflective layer and the protective layer, reflecting the layer is made of copper, while the thicknesses of the layers of chromium, copper, silicon dioxide and yttrium oxide are respectively 50...100 nm, 150...200 nm, 80...90 nm and 90...100 nm.
На фиг. 1 изображена конструкция предлагаемого оптического зеркала (поперечный разрез).In FIG. 1 shows the design of the proposed optical mirror (cross section).
На фиг. 2 представлены спектральные характеристики отражения предлагаемого оптического зеркала (кривая 1) и зеркала-прототипа (кривая 2) в спектральном диапазоне от 0,6 до 0,8 мкм.In FIG. 2 shows the spectral reflection characteristics of the proposed optical mirror (curve 1) and mirror prototype (curve 2) in the spectral range from 0.6 to 0.8 μm.
На фиг. 3 представлена спектральная характеристика отражения предлагаемого оптического зеркала (кривая 3) и зеркала-прототипа (кривая 4) в спектральном диапазоне от 3,5 до 14 мкм.In FIG. 3 shows the spectral reflection characteristic of the proposed optical mirror (curve 3) and the prototype mirror (curve 4) in the spectral range from 3.5 to 14 μm.
На фиг. 4 представлена спектральная характеристика отражения пленки меди (кривая 5) толщиной 150…200 нм и пленки золота (кривая 6) толщиной 150…200 нм в спектральном диапазоне от 3,5 до 14 мкм.In FIG. Figure 4 shows the spectral reflection characteristic of a copper film (curve 5) 150–200 nm thick and a gold film (curve 6) 150–200 nm thick in the spectral range from 3.5 to 14 µm.
Оптическое зеркало содержит нанесенные в вакууме на подложку 1 адгезионный слой 2, выполненный из хрома, отражающий слой 3, слой 4 и защитный слой 5, выполненный из оксида иттрия.The optical mirror contains an
Отличием предлагаемого оптического зеркала является то, что отражающий слой 3 выполнен из меди, слой 4, расположенный между отражающим слоем 3 и защитным слоем 5, выполнен из диоксида кремния, при этом толщины слоев 2, 3, 4 и 5 составляют соответственно 50…100 нм (слой хрома), 150…200 нм (слой меди), 80…90 нм (слой диоксида кремния) и 90…100 нм (слой оксида иттрия).The difference of the proposed optical mirror is that the
Оптимальные толщины адгезионного 2 и отражающего 3 слоев определены экспериментально.The optimal thicknesses of adhesive 2 and reflective 3 layers were determined experimentally.
Адгезионный слой 2 из хрома толщиной 50…100 нм обеспечивает необходимое сцепление отражающего слоя 3 с подложкой 1 из оптического стекла.The
Коэффициент отражения тонкой пленки зависит от технологических условий ее получения. Экспериментально определено, что коэффициент отражения пленки меди толщиной 150…200 нм, полученной методом электронно-лучевого испарения в вакууме, превышает в спектральном диапазоне от 3,5 до 14 мкм на 0,5% коэффициент отражения пленки золота, используемой в зеркале-прототипе и полученной аналогичным способом. Сравнительные спектральные характеристики отражения пленок меди (кривая 5) и золота (кривая 6), полученных на вакуумной установке ВУ-1А показаны на фиг. 4. Измерение спектральных характеристик отражения пленок меди и золота проведено на ИК-Фурье спектрометре, погрешность измерения коэффициента отражения которого составляет 0,1%.The reflection coefficient of a thin film depends on the technological conditions of its production. It has been experimentally determined that the reflection coefficient of a copper film 150–200 nm thick, obtained by the method of electron beam evaporation in vacuum, exceeds the reflection coefficient of the gold film used in the prototype mirror and obtained in a similar way. Comparative spectral reflection characteristics of copper (curve 5) and gold (curve 6) films obtained on a VU-1A vacuum setup are shown in Figs. 4. Measurement of the spectral characteristics of the reflection of copper and gold films was carried out on an IR-Fourier spectrometer, the measurement error of the reflection coefficient of which is 0.1%.
К недостаткам меди относится ее мягкость и быстрое окисление, приводящее к уменьшению коэффициента отражения.The disadvantages of copper include its softness and rapid oxidation, leading to a decrease in the reflection coefficient.
Для повышения прочности медного слоя и увеличения коэффициента отражения в спектральном диапазоне от 0,6 до 0,8 мкм на подложку 1 дополнительно нанесены слой 4 из диоксида кремния SiO2 толщиной 80…90 нм и защитный слой 5 из оксида иттрия Y2O3 толщиной 90…100 нм.To increase the strength of the copper layer and increase the reflection coefficient in the spectral range from 0.6 to 0.8 μm, a
Толщины слоев 4 и 5 рассчитаны таким образом, чтобы увеличить коэффициент отражения в спектральном диапазоне от 0,6 до 0,8 мкм, не уменьшая его при этом в спектральных диапазонах от 3,5 до 5,5 мкм и от 8 до 14 мкм.The thicknesses of
Слой 4 и защитный слой 5 обеспечивают высокие эксплуатационные характеристики - необходимую для работы в составе оптоэлектронных приборов механическую прочность и влагостойкость с сохранением оптических характеристик отражения в заданном спектральном диапазоне. Механическая прочность предложенного оптического зеркала соответствует 1-й группе механической прочности по ОСТ 3-1901-95. Влагостойкость оптического зеркала соответствует 1-й группе влагостойкости по ОСТ 3-1901-95.
Пример конкретного выполнения.An example of a specific implementation.
При изготовлении высокоотражающего широкополосного оптического зеркала для оптоэлектронного прибора все слои 2, 3, 4 и 5 поочередно наносят методом электронно-лучевого испарения в вакууме за один технологический цикл.In the manufacture of a highly reflective broadband optical mirror for an optoelectronic device, all
На подложку 1 из полированного оптического стекла диаметром 30 мм методом электронно-лучевого испарения в вакууме при давлении 5×10-4 Па и температуре 150°С наносят адгезионный слой 2 из хрома толщиной 80 нм. На адгезионный слой тем же методом при тех же условиях наносят отражающий слой 3 из меди толщиной 170 нм. Далее тем же методом при тех же условиях наносят слой 4 из диоксида кремния толщиной 85 нм и защитный слой 5 из оксида иттрия толщиной 95 нм. Толщины слоев в процессе их напыления контролировались с помощью системы кварцевого контроля.On the
Использование предлагаемого изобретения в соответствии с заявляемыми признаками позволяет получить значения коэффициента отражения от 98,1% до 99,3% в видимом спектральном диапазоне от 0,6 до 0,8 мкм, от 99,5% до 99,6% в среднем ИК спектральном диапазоне от 3,5 до 5,5 мкм и от 99,6% до 99,7% в дальнем ИК спектральном диапазоне от 8 до 14 мкм.The use of the invention in accordance with the claimed features allows you to obtain reflectance values from 98.1% to 99.3% in the visible spectral range from 0.6 to 0.8 μm, from 99.5% to 99.6% in the average IR spectral range from 3.5 to 5.5 µm and from 99.6% to 99.7% in the far IR spectral range from 8 to 14 µm.
Таким образом, коэффициент отражения предложенного оптического зеркала выше на 0,1-0,5% в части видимого, в среднем и дальнем ИК спектральных диапазонах, чем у зеркала-прототипа (см. фиг. 2 и фиг. 3).Thus, the reflectance of the proposed optical mirror is 0.1-0.5% higher in the visible, mid- and far-IR spectral ranges than that of the prototype mirror (see Fig. 2 and Fig. 3).
Кроме того, медь в 25 раз дешевле золота и при работе с ней не требуется получать ведомость разрешения на ее использование и соблюдать строгую отчетность, как в случае с золотом, которое используется в качестве отражающего слоя при изготовлении оптического зеркала-прототипа.In addition, copper is 25 times cheaper than gold and does not require a permit sheet and strict accountability when working with it, as is the case with gold, which is used as a reflective layer in the manufacture of an optical prototype mirror.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2778680C1 true RU2778680C1 (en) | 2022-08-23 |
Family
ID=
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS476633U (en) * | 1971-02-15 | 1972-09-22 | ||
RU112450U1 (en) * | 2011-04-07 | 2012-01-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | OPTICAL MIRROR |
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS476633U (en) * | 1971-02-15 | 1972-09-22 | ||
RU112450U1 (en) * | 2011-04-07 | 2012-01-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | OPTICAL MIRROR |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20150219798A1 (en) | Optical member with antireflection film, and method of manufacturing the same | |
US3853386A (en) | Low-loss, highly reflective multilayer coating system formed of alternate highly refractive and low-refractive oxide layers | |
US6589657B2 (en) | Anti-reflection coatings and associated methods | |
US5400174A (en) | Optical notch or minus filter | |
US20190383972A1 (en) | Layer system and optical element comprising a layer system | |
EP1249717A2 (en) | Antireflection coating and optical element using the same | |
JPS59228201A (en) | Optical element | |
US20220373723A1 (en) | Optical element having a protective coating, method for the production thereof and optical arrangement | |
US20020105721A1 (en) | Antireflection coating for ultraviolet light | |
RU2778680C1 (en) | Optical mirror | |
US11555953B2 (en) | Optical device with wires and organic moieties | |
CN118011534A (en) | Optical device having optical and mechanical properties | |
RU209445U1 (en) | OPTICAL MIRROR | |
Janicki et al. | Hybrid optical coating design for omnidirectional antireflection purposes | |
JP2000111702A (en) | Antireflection film | |
KR102147373B1 (en) | Infrared anti-reflection coating layer nd manufacturing method thereof | |
RU2785696C1 (en) | Optical mirror | |
JP3894107B2 (en) | Infrared antireflection film | |
RU208984U1 (en) | OPTICAL MIRROR | |
US7985489B2 (en) | Temperature-resistant layered system | |
KR102403855B1 (en) | Optical coating with nano-laminate for improved durability | |
US10359544B2 (en) | Long-wave infrared anti-reflective laminate | |
JP3894108B2 (en) | Infrared antireflection film | |
KR102584462B1 (en) | A Method for Producing a Anti Fingerprinting Coating Lens | |
JP2014119616A (en) | Micro device, optical deflector, and optical device |