[发明专利]提升电子束蒸镀薄膜元件的光谱和应力时效稳定性的镀膜方法

说明书

采用常规电子束蒸镀和等离子体辅助沉积相结合的技术，提出一种提升电子束蒸镀薄膜元件光谱和应力时效稳定性的镀膜技术。利用常规电子束蒸镀技术制备功能性薄膜，以获得较高的抗激光损伤阈值；利用等离子体辅助沉积技术制备致密的外层包裹层，将整个常规电子束蒸镀薄膜包裹其中，以阻止水分子进出膜系。本发明能够在不增加膜系设计难度且维持电子束薄膜较高损伤阈值的同时，降低整个膜系的应力水平并提升电子束蒸镀薄膜元件的光谱和应力时效稳定性。

技术领域

本发明涉及光学薄膜领域，是一种提升电子束蒸镀薄膜元件的光谱和应力时效稳定性的镀膜方法。

背景技术

自激光发明以来，与激光能量的逐年增加相比，光学元件的损伤阈值变化不大。在高能激光系统中，为了减少激光损伤，光学元件的尺寸也不断增大。电子束蒸镀薄膜元件因具有光学性能优异，损伤阈值高，大口径均匀性好等特性，广泛应用于各大型高功率激光系统中。然而，随着使用环境的变化，或者在同一环境中随着时效时间的增加，膜的各项性能会偏离预设的指标，如大气——真空效应导致光谱漂移，改变膜系的电场分布进而降低了薄膜元件的抗激光损伤性能；又如时效效应导致薄膜的力学性能不稳定，引发表面形变，影响光束的传输和聚焦；压应力过大时可能导致薄膜褶皱、分层/脱膜，而张应力过大，严重时会导致薄膜龟裂。电子束蒸镀薄膜的多孔结构易与环境中的水蒸气等极性分子发生相互作用，是导致薄膜各项性能变化的主要原因，对激光器系统的长期可靠、稳定运行带来巨大的挑战。因此，降低薄膜元件的多孔性有助于提升其稳定性。常用的致密膜沉积技术有离子辅助沉积技术、离子束溅射沉积技术、磁控溅射沉积技术等，制备的薄膜元件虽然稳定性有所提升，但应力较大，易发生力学失效，且抗激光损伤性能一般劣于电子束蒸镀薄膜元件。此外，广泛应用于制备高阻隔性能薄膜的原子层沉积技术，虽能制备超高稳定性薄膜，但其沉积速率低、不易扩展用于制备大尺寸的薄膜元件。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足，提供一种提升电子束蒸镀薄膜元件的光谱和应力时效稳定性的镀膜方法，本发明能够在不增加膜系设计难度且维持电子束薄膜较高损伤阈值的同时，降低整个膜系的应力水平并提升电子束蒸镀薄膜元件的光谱和应力时效稳定性。

本发明的技术解决方案

一种提升电子束蒸镀薄膜元件的光谱和应力时效稳定性的镀膜技术，其特征在于该方法的实质是在采用电子束蒸镀技术制备功能性多层膜以获得较高的抗激光损伤阈值的基础上,采用离子辅助沉积技术制备膜系的外层包裹层，以获取致密的湿气阻隔层，将整个常规电子束蒸镀薄膜的膜面和侧面均包裹在内，阻止水汽的进出。

该方法包括以下步骤:

1)夹具盘设计:

设计具有不同压边大小的、直径相等的两种夹具盘A和B。其中夹具盘A的压边大于夹具盘B。A、B夹具盘压边差值大于等于2mm；

2)膜系设计：

根据所需的光学性能要求设计膜系：S|MN₁N₂|A，其中S表示基底，M表示常规电子束多层膜，N₁表示次外层致密膜，用于阻止换夹具盘时水分子大量进入膜系，N₂表示最外面的致密包裹层，阻止水汽进出膜系的上表面和侧面，N1、N2层的厚度d_N按下式计算：

(对于高反膜，Z为正整数)

其中，λ是多层膜系的设计波长；n是介质的折射率，此处为离子束辅助沉积技术制备的致密保护层的折射率；θ是光线的入射角；

3)基底清洗：对基底进行清洗并晾干；

4)薄膜制备：

(1)首先采用压边较大的夹具盘A:

①根据所设计的膜系，采用电子束蒸镀技术沉积多层膜M：