CN1253297A - 氧化锆/氧化硅系高抗激光损伤高反膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种氧化锆/氧化硅系高抗激光损伤高反膜的制备方法,在玻璃基底上用化学镀膜法交替制备数层氧化锆(ZrO2)和氧化硅(SiO2)膜层。氧化锆(ZrO2)溶胶镀膜液制备方法为:以正丙醇锆Zr(O－nC3H7)4为前驱体,在碱性或中性催化条件下,加入一定量的二甘醇(DEG),搅拌均匀后,按一定比例加入水和无水乙醇,混合后充分搅拌,然后装入密闭容器中在适当的温度下进行陈化。本发明制备过程简单、方便,膜层达到高反所需的层数减少,膜层的耐激光损伤阈值在5～25J/cm2(1064nm,3ns)。
Description
本发明属于一种高反膜的制备方法，具体地说涉及一种氧化锆/氧化硅系高抗激光损伤高反膜的制备方法。
制作高反膜通常采用物理真空镀膜和溶胶-凝胶化学镀膜。
物理真空镀膜是将无机材料在真空室中高温蒸发，然后在电场的作用下沉积到玻璃基片上形成镀层，因其设备复杂、造价昂贵，所镀膜层不够均匀、不易控制膜层的微观结构，以及竟激光损伤阈值不高等难以克服的缺点，实际应用受到限制。
溶胶-凝胶法化学镀膜是用预先配制好的胶体，通过旋转、提拉或弯液面镀膜等过程获得膜层。研究人员(国际光学工程会议文集Vol.2114，232；Vol.2253，764)选用几种不同的物质作为高折射率材料，氧化硅(SiO2)作为低折射率材料，用溶胶-凝胶法制备了高反膜。其中ThO2-SiO2在光学性能和损伤阈值两方面都能满足要求，但不安全；TiO2-SiO2体系给出良好的光学性能，但是没有高的损伤阈值；ALOOH-SiO2体系可以满足损伤阈值的要求，但是ALOOH的折射率只有1.44，与氧化硅(SiO2)折射率1.22相比不算太大，要达到较好的光学性能则需要镀很多层膜。目前研究的焦点正逐步转向氧化锆/氧化硅(ZrO2/SiO2)体系，其中氧化锆(ZrO2)溶胶多采用无机合成方法，据文献(国际光学工程会议文集Vol.2253，764报导，其抗激光损伤阈值为8J/cm2(1064nm，3ns)，但制备过程非常繁琐、影响因素多，不易控制。采用有机氧化锆(ZrO2)溶胶制备高反膜虽有少量报导，但没有抗激光损伤方面的应用。
本发明的发明目的是提供一种具有制备过程简单、容易控制的氧化锆/氧化硅系高抗激光损伤高反膜的制备方法。
本发明的目的是这样实现的：这种膜层由玻璃基底上用化学镀膜法交替制备的数层氧化锆(ZrO2)和氧化硅(SiO2)膜层组成。本方法所用氧化锆(ZrO2)溶胶镀膜液特征在于用二甘醇(DEG)控制正丙醇锆[Zr(O-nC3H7)4]的水解，直接在有机溶剂中一步合成溶胶，另外向体系中加入一定量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)将氧化锆(ZrO2)孔道填充起来，不仅使膜层的折光率增大，反射效果增强，膜层达到离反所需的层数有所减少，而且，还可以使膜层的耐激光损伤阈值大大提高。
本发明的制备方法如下
1.氧化锆(ZrO2)溶胶镀膜液的制备：以正丙醇锆[Zr(O-nC3H7)4]为前驱体，在碱性或中性催化条件下，加入一定量的稳定剂、高分子添加剂，搅拌均匀后，按一定比例加入水(H2O)和无水乙醇(CH2CH2OH)，混合后充分搅拌，然后装入密闭容器中在0-60℃下进行陈化15-100天；
氧化锆(ZrO2)溶胶的原料配比如下(摩尔比)：
正丙醇酷∶无水乙醇∶水∶二甘醇∶聚乙烯吡咯烷酮∶碱＝1∶(10-40)∶(1-10)∶(2-4)∶(2×10-5-1×10-4)∶(0.01-0.05)；
所述的稳定剂为二甘醇(DEG)；所述的高分子添加剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)；
2.制备氧化硅(SiO2)溶胶镀膜液的方法为：以正硅酸甲酯或正硅酸乙酯为前驱体，在碱性或酸性催化条件下，按一定比例加入水和无水乙醇，混和后充分搅拌，然后装入密闭容器中在适当温度下进行陈化(中国发明专利，申请号98106504.X)；
3.高反膜的制备：在玻璃基底上采用旋转法或提拉法以及弯液面法交替制备数层氧化锆(ZrO2)和氧化硅(SiO2)膜层。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1.由于用二甘醇(DEG)控制正丙醇锆[Zr(O-nC3H7)4]的水解，直接在有机溶剂中一步合成溶胶所以制备过程简单方便。
2.由于加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，将氧化锆(ZrO2)孔道填充起来，不仅可以使膜层的折光率增大，反射效果增强，膜层达到高反所需的层数有所减少，而且还可以使膜层的耐激光损伤阈值大大提高，抗激光损伤阈值为：5～25J/cm2(1064nm，3ns)。
3.原料易得，成本低。
本发明的实施例如下：
实施例1
将3.2g正丙醇锆、0.5ml二甘醇(DEG)、0.1g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)(平均分子量360000)和50ml乙醇混合并搅拌10分钟后，再加入0.15ml水、0.1ml氨水并继续搅拌1小时，然后转入聚四氟乙烯密闭容器中，在室温下陈化20天后，与氧化硅(SiO2)溶胶交替镀制高反膜。在1064nm处反射率≥98％，抗激光损伤阈值高于15J/cm2(1064nm，3ns)。
实施例2
将3.2g正丙醇锆、1.0ml二甘醇(DEG)和70ml乙醇混合并搅拌10分钟后，再加入0.3ml水、0.1ml氨水并继续搅拌1小时，然后转入聚四氟乙烯密闭容器中，在室温下陈化12天后加入0.2g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)(平均分子量360000)，待完全溶解并充分摇匀后与氧化硅(SiO2)溶胶交替镀制高反膜。在1064nm处反射率≥98％，抗激光损伤阈值高于15J/cm2(1064nm，3ns)。
实施例3
将3.2g正丙醇锆、2.8ml二甘醇(DEG)、0.2g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)(平均分子量200000)和100ml乙醇混合并搅拌10分钟后，再加入0.5ml水并继续搅拌1小时，然后转入聚四氟乙烯密闭容器中，在室温下陈化80天后与氧化硅(SiO2)溶胶交替镀制高反膜。在1064nm处反射率≥98％，抗激光损伤阈值高于15J/cm2(1064nm，3ns)。
实施例4
将3.2g正丙醇锆、2.8ml二甘醇(DEG)、0.6g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)(平均分子量30000)和50ml乙醇混合并搅拌10分钟后，再加入0.35ml水并继续搅拌1小时，然后转入聚四氟乙烯密闭容器中，在室温下陈化60天后与氧化硅(SiO2)溶胶交替镀制高反膜。在1064nm处反射率≥98％，抗激光损伤阈值高于15J/cm2(1064nm，3ns)。
Claims (2)
1.一种氧化锆/氧化硅系高抗激光损伤高反膜的制备方法，将氧化锆和氧化硅溶胶镀膜液用化学镀膜法交替镀在玻璃基底上形成高反膜，具体步骤如下：
(1)氧化锆(ZrO2)溶胶镀膜液的制备：以正丙醇锆[Zr(O-nC3H7)4]为前驱体，在碱性或中性催化条件下，加入一定量的稳定性、高分子添加剂，搅拌均匀后，按一定比例加入水(H2O)和无水乙醇(CH2CH2OH)，混合后充分搅拌，然后装入密闭容器中在0-60℃度下进行陈化15-100天；
(2)制备氧化硅(SiO2)溶胶镀膜液的方法为：以正硅酸甲酯或正硅酸乙酯为前驱体，在碱性或酸性催化条件下，按一定比例加入水和无水乙醇，混和后充分搅拌，然后装入密闭容器中在适当温度下进行陈化；
(3)高反膜的制备：在玻璃基底上采用旋转法或提拉法以及弯液面法交替制备数层氧化锆(ZrO2)和氧化硅(SiO2)膜层；
其特征在于A：所述的氧化锆溶胶镀膜液中原料配比为(摩尔比)：
正丙醇酷∶无水乙醇∶水∶二甘醇∶聚乙烯吡咯烷酮∶碱＝1∶(10-40)∶(1-10)∶(2-4)∶(2×10-5-1×10-4)：(0.01-0.05)；
B：所述的稳定性为二甘醇(DEG)，高分子添加剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。
2.根据权利要求1所述的一种氧化锆/氧化硅系高抗激光损伤高反膜的制备方法，其特征在于所述的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)是分子量为3～40万的高聚物。
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