CN116040965B - 一种宽频减反膜及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽频减反膜，包括由上到下依次设置的H4层、Ag层和MgF2层，本发明还公开了宽频减反膜的制备方法和应用，与现有技术相比，本发明公开的宽频减反膜，是一种在透明玻璃上镀制混合物、金属银加氟化物叠加而成的一种减反薄膜，所述的宽频减反膜以K9玻璃为基底材质，该减反膜由两种不同折射率材料形成，采用H4和MgF2中间加镀一层金属Ag构成，从而达到带宽超宽的宽频减反膜。
Description
技术领域
本发明属于光学仪器薄膜技术领域，具体涉及一种宽频减反膜及其制备方法和应用。
背景技术
减反射膜，也称增透膜，用于降低光学元件表面的反射率，提高工作波段内光线的透过率，是光学薄膜中应用最广泛的一种薄膜。直至今日，其生产总量也远远超过其他类型的薄膜。可以说减反膜揭开了早期薄膜光学的应用与发展。减反膜对光学仪器的光学质量的改善是非常明显的。例如，照相机、投影仪等可见光学***，都包含几个与空气相毗邻的表面，如果没有减反射膜，光的透过率很低而导致光学损失很大，造成成像质量很低。
随着技术的不断发展，细胞切割、植物学切片、3D打印等微加工技术越来越精细和自动化，同时对各种技术的要求也越来越高。然而，在设计和制造相关的仪器时，遇到了一系列的技术问题：首先，要实现高清图像显示，光学***的像素和放大倍数要求高，这样设计出来的光学***结构复杂，镜片组数较多，图像清晰度受到影响。其次，要实现自动3D打印加工，由于镜头组数多，经过多次反射以后，光线经过光路***最终清淅度损失严重，不利于加工。因此，需要通过在镜头表面镀制可见区(400—780nm)高效减反膜，来增加像质的高清晰度。但一般材料设计出来的的减反膜，不光所需膜层数比较多，宽带还比较窄(400-700nm)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种层数少而带宽超宽的宽频减反膜。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种宽频减反膜，包括由上到下依次设置的H4层、Ag层和MgF2层。
作为优选，所述H4层的厚度为19-20nm，Ag层的厚度为3-4nm，MgF2层的厚度为86-87nm。膜层通过高折射率的H4和低折射率的MgF2相组合，达到增透的效果，中间层加Ag层，由于Ag在可见光具有超低的折射率，与H4和MgF2一起组合，从而达到带宽超宽又增透的光学效果，但膜厚要控制在一定范围内，本发明采用薄膜设计工具软件TFCalc设计而成，膜厚太薄或太厚会影响增透效果以及带宽。
作为优选，所述宽频减反膜的带宽为400-850nm。在膜层数组合极少的情况下，达到了一个宽频增透的效果。在此波段范围，更能有效的减少元器件表面的反射，达到更好的增透的效果。
本发明的第二个目的在于提供一种宽频减反膜的制备方法，所述制备方法具体包括如下步骤：
S1、将K9玻璃基底清洗烘干后放入真空室中，然后将真空室的真空度抽至＜5.0x10-4Pa，再用充满氩气的离子源对基底进行镀前清洗；
S2、采用在镀膜腔室不充氧的情况下将H4原料在基底上蒸镀H4层；
S3、采用在镀膜腔室不充氧的情况下将Ag原料在步骤S2得到的H4层上蒸镀Ag层；
S4、采用在镀膜腔室不充氧的情况下将MgF2原料在步骤S3得到的Ag层上蒸镀MgF2层，然后自然冷却得到宽频减反膜。
电子束蒸镀法利用聚焦电子束轰击靶材，在此过程中电子束的动能变成热能，从而使靶材材料蒸发，电子束蒸镀法的电子束密度高，能够蒸发难熔材料并自备薄膜，聚焦电子束可以避免由坩埚材料对薄膜造成的污染，且制备薄膜的均匀性极佳，可制备大面积均匀薄膜，薄膜生长过程中沉积速率和生长厚度可以通过膜厚监控仪进行原位监测和控制，沉积工艺的重复性抢，因此本发明采用电子束蒸镀法制备宽频减反膜。
作为优选，所述步骤S2中，H4原料的蒸发速率为0.25nm/s。低的沉积速率意味着单位时间到达衬底表面的粒子数量少，也就意味着到达衬底表面的粒子具有足够的时间能够在衬底表面进行迁移，使得薄膜平整均匀。当沉积速率较高时，刚刚达到衬底表面的粒子还未能够充分地迁移和扩散，后续蒸发的粒子就已经到达薄膜表面，从而出现颗粒堆积的情况。
作为优选，所述步骤S3中，Ag原料的蒸发速率为0.15nm/s。
作为优选，所述步骤S4中，MgF2原料的蒸发速率为0.5nm/s。
作为优选，所述步骤S2、步骤S3和步骤S4中，均采用膜厚控制仪控制电子枪的功率，从而控制各材料的蒸发速率，此蒸发速率是在上所述验证中效果最好的，膜层的牢固度、膜层的光洁度以及时间效率上都表现得很不错。
作为优选，所述步骤S2、步骤S3和步骤S4中，蒸镀过程中采用离子源辅助且所述离子源为氩气。本发明采用离子源辅助的作用主要在两个方面：第一、在镀膜之前、利用氩离子轰击基底，起到对基底进行清洁的作用；第二、在镀膜过程中，用离子轰击正在镀制中的薄膜，使外界运动的离子把自身的动能转化成凝聚中的粒子的能量，凝聚粒子的能量增加了，进而增加了薄膜的堆积密度并且改善膜层的光学性能。这样，由于膜层的致密性增加了，当镀膜的样片放在空气中时，空气中的水蒸气不容易吸附到膜层中的缝隙中。
作为优选，所述离子源辅助采用霍尔离子源且条件如下：阳极电压180V，阳极电流为5A，氩气流量为15sccm。
本发明的第三个目的在于提供一种宽频减反膜在精密光学仪器中的应用。本发明制备得到的宽频减反膜，仅需三层便可使带宽达到400-850nm，在精密光学仪器中有极大的应用前景。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明公开的宽频减反膜，是一种在透明玻璃上镀制混合物、金属银加混合物叠加而成的一种减反薄膜，所述的宽频减反膜以K9玻璃为基底材质，该减反膜由两种不同折射率材料形成，采用H4和MgF2中间加镀一层金属Ag构成，从而达到带宽超宽的宽频减反膜。H4是一种化学混合物,它的主要成分为钛和镧等金属材料,是一种新式的有机分子材料。MgF2是一种低折射率，低吸收的材料H4和MgF2在上述专利中属于高低折射率相组合，从而达到一个增透的作用。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的宽频减反膜的光谱图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
本实施例提供一种宽频减反膜，包括由上到下依次设置的第一H4层、第二层Ag层和第三层MgF2层。
本发明公开的宽频减反膜，是一种在透明玻璃上镀制混合物、金属银加混合物叠加而成的一种减反薄膜，所述的宽频减反膜以K9玻璃为基底材质，该减反膜由两种不同折射率材料形成，采用H4和MgF2中间加镀一层金属Ag构成,从而达到带宽超宽的宽频减反膜。H4是一种化学混合物,它的主要成分为钛和镧等金属材料,是一种新式的有机分子材料。MgF2是一种低折射率，低吸收的材料，H4和MgF2在上述专利中属于高低折射率相组合，从而达到一个增透的作用。
H4层的厚度为19-20nm，Ag层的厚度为3-4nm，MgF2层的厚度为86-87nm。
宽频减反膜的带宽为400-850nm。
本实施例还提供一种宽频减反膜的制备方法，具体包括如下步骤：
S1、将K9玻璃基底清洗烘干后放入真空室中，然后将真空室的真空度抽至＜5.0x10-4Pa，再用充满氩气的离子源清洗并烘击，真空在薄膜制备中的主要作用是：减少蒸发分子与残余气体分子的碰撞以及抑制它们之间的反应。大气中的一些气体会和薄料分子发生反应，生成其他氧化物从而影响膜层的光学性能，本底真空度的增大会使H4和Ag的折射率有升高的趋势，但本底真空度也不宜过高，这样会大大增加抽真空时间，延长镀膜时间，降低工作效率，增加成本，所以要选择合适的本底真空度。
S2、采用在镀膜腔室不充氧的情况下将H4原料在基底上蒸镀H4层；
S3、采用在镀膜腔室不充氧的情况下将Ag原料在步骤S2得到的H4层上蒸镀Ag层；
S4、采用在镀膜腔室不充氧的情况下将MgF2原料在步骤S3得到的Ag层上蒸镀MgF2层，然后自然冷却得到宽频减反膜。
步骤S2中，H4原料的蒸发速率为0.25nm/s。
步骤S3中，Ag原料的蒸发速率为0.15nm/s。
步骤S4中，MgF2原料的蒸发速率为0.5nm/s。
步骤S2、步骤S3和步骤S4中，蒸镀过程中采用离子源辅助且所述离子源为氩气。本发明采用离子源辅助的作用主要在两个方面：第一、在镀膜之前、利用氩离子轰击基底，起到对基底进行清洁的作用；第二、在镀膜过程中，用离子轰击正在镀制中的薄膜，使外界运动的离子把自身的动能转化成凝聚中的粒子的能量，凝聚粒子的能量增加了，进而增加了薄膜的堆积密度并且改善膜层的光学性能。这样，由于膜层的致密性增加了，当镀膜的样片放在空气中时，空气中的水蒸气不容易吸附到膜层中的缝隙中。
离子源辅助采用霍尔离子源且条件如下：阳极电压180V，阳极电流为5A，氩气流量为15sccm。
本实施例还提供一种宽频减反膜在精密光学仪器中的应用，本发明制备得到的宽频减反膜，仅需三层便可使带宽达到400-850nm，在精密光学仪器中有极大的应用前景。
实施例1
本实施例提供一种宽频减反膜，包括由上到下依次设置的H4层、Ag层和MgF2层，具体通过如下制备方法制得：
S1、将K9玻璃基底清洗烘干后放入真空室中，然后将真空室的真空度抽至＜5.0x10-4Pa，再用充满氩气的离子源清洗并烘干；
S2、在离子源辅助条件下，采用在镀膜腔室不充氧的情况下将H4原料在基底上蒸镀厚度为19.62nm的H4层，H4原料的蒸发速率为0.25nm/s；
S3、在离子源辅助条件下，采用在镀膜腔室不充氧的情况下将Ag原料在步骤S2得到的H4层上蒸镀厚度为3nm的Ag层，Ag原料的蒸发速率为0.15nm/s；
S4、在离子源辅助条件下，采用在镀膜腔室不充氧的情况下将MgF2原料在步骤S3得到的Ag层上蒸镀厚度为86.9nm的MgF2层，MgF2原料的蒸发速率为0.5nm/s，然后自然冷却得到宽频减反膜。
在本实施例中，离子源辅助采用霍尔离子源且条件如下：阳极电压180V，阳极电流为5A，氩气流量为15sccm。
图1为本发明实施例制得的光谱图，从图中可以看出，本实施例制备得到的宽频减反膜的带宽为400-850nm。
虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种宽频减反膜，其特征在于，包括由上到下依次设置的H4层、Ag层和MgF2层，所述H4层的厚度为19-20nm，所述Ag层的厚度为3-4nm，所述MgF2层的厚度为86-87nm，所述宽频减反膜的带宽为400-850nm。
2.一种如权利要求1所述的宽频减反膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括如下步骤：
S1、将K9玻璃基底清洗烘干后放入真空室中，然后将真空室的真空度抽至＜5.0x10- 4Pa，再用充满氩气的离子源对基底进行镀前清洗；
S2、采用在镀膜腔室不充氧的情况下将H4原料在基底上蒸镀H4层；
S3、采用在镀膜腔室不充氧的情况下将Ag原料在步骤S2得到的H4层上蒸镀Ag层；
S4、采用在镀膜腔室不充氧的情况下将MgF2原料在步骤S3得到的Ag层上蒸镀MgF2层，然后自然冷却得到宽频减反膜。
3.如权利要求2所述的宽频减反膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，H4原料的蒸发速率为0.25nm/s。
4.如权利要求2所述的宽频减反膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，Ag原料的蒸发速率为0.15nm/s。
5.如权利要求2所述的宽频减反膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，MgF2原料的蒸发速率为0.5nm/s。
6.如权利要求2所述的宽频减反膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S2、步骤S3和步骤S4中，蒸镀过程中采用离子源辅助且所述离子源为氩气。
7.如权利要求6所述的宽频减反膜的制备方法，其特征在于，所述离子源辅助采用霍尔离子源且条件如下：阳极电压180V，阳极电流为5A，氩气流量为15sccm。
8.一种根据权利要求1所述的宽频减反膜在精密光学仪器中的应用。
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