[发明专利]一种超低应力耐久性金属反射膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种超低应力耐久性金属反射膜及其制备方法和应用。该金属反射膜，依次包括Cr膜层、Al或Ag反射层、介质保护层或增强层和防潮防霉憎水膜层，其中Cr膜层的厚度为10～50nm；当选择Ag膜层时，Cr膜层和Al膜层之间还包括Cu膜层。其制备为：基片进行基础清洗和离子束清洗，然后依次镀制Cr膜层、Al反射层(或Cu膜层和Ag反射层)、介质保护层或增强层、防潮防霉憎水膜，即得金属反射膜。该反射膜全膜系膜层应力低，膜层应力可调控，薄膜附着力、耐摩擦和环境稳定性优良，同时可根据光学元件的需求实现宽波段高反，且反射率高，可以广泛应用于对光学元件面形精度要求高、成像像质要求高的光学系统中。

技术领域

本发明属于光学薄膜技术领域，具体涉及一种超低应力耐久性金属反射膜及其制备方法和应用。

背景技术

目前，光学薄膜的种类很多，如高反膜、增透膜、分色膜、分束膜和精密滤光膜等等。随着新体制光学系统的广泛应用，研究人员不仅关心光学薄膜元件的光学性能、环境稳定性，还对其元件面形格外关注。光学薄膜元件的面形质量将直接影响整体光学系统的成像质量。如果强激光发射系统输出波前存在像差，聚焦强度峰值随均方根RMS波前畸变的增加呈指数下降。衍射极限系统是指波前畸变使其聚焦峰值强度降到不低于理想最大高度的80％。制造情况的最大RMS波前畸变约为λ/14，这就是著名的Marechal判据。为了得到给定的输出光束的RMS波前畸变，必须确定光路中每块反射镜面形误差容限。光学薄膜元件的面形主要与其加工过程密切相关，工作波长处的面形由两个因素产生：光学抛光和镀膜。不幸的是，很少有人认识到后者的贡献。物理气相沉积制备光学薄膜的过程中，薄膜的生长过程发生在很高的过饱和状态下，此时杂质原子的浓度很高，而且基片的状态也不完全确定，这是一种极度的非平衡过程。一般而言，光学薄膜在沉积过程中和沉积后，薄膜都处在一种弹性应力状态中。较大的薄膜应力将会引起基片的严重变形，在光学系统中引入较大的波像差，严重时将会导致膜层脱落。

随着光学技术的发展，越来越多的光学系统采用多谱段共光路的设计，近年来出现了许多二光、三光甚至四光合一的光学系统。对于反射膜来说，采用金属反射的方法比较容易实现多谱段高反射率，提高金属反射膜的环境稳定性是研究的重点。镀制金属反射膜的常用材料有铝(Al)和银(Ag)，Al基反射膜和Ag基反射膜都已经被广泛应用于各种光学系统中。在实际应用过程中，如卡塞格林镜头主反射镜、次反射镜和离轴三反系统主镜、次镜及三镜，零件面形精度要求高，RMS通常要求优于λ/50(λ＝632.8nm)。光学元件冷加工周期长、成本高，要求镀膜后零件面形基本无变化。此外，金属反射膜的环境稳定性也是研究人员关注的问题，如何改善和延长金属膜的使用寿命仍然是一个工艺难题。

因此，本发明提出了一种添加亚层法制备超低应力、环境稳定性优良的金属反射膜制备工艺方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超低应力耐久性金属反射膜及其制备方法和应用，该反射膜全膜系膜层应力低、膜层应力可调控、薄膜附着力、耐摩擦和环境稳定性优良，同时可根据光学元件的需求实现宽波段高反，且反射率高，可以广泛应用于对光学元件面形精度要求高、成像像质要求高的光学系统中。

为了解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

提供一种超低应力耐久性金属反射膜，依次包括Cr膜层、Al或Ag反射层、介质保护层或增强层和防潮防霉憎水膜层，其中Cr膜层的厚度为10～50nm；当选择Ag反射层时，Cr膜层和Ag反射层之间还包括Cu膜作为过渡粘结层。

按上述方案，所述Cr膜层镀制过程中的沉积速率为0.1～0.3nm/s。

按上述方案，所述Al或Ag膜层厚度为120～200nm。