一种用于大曲率透镜表面的0.532微米与1.064微米倍频减反射膜

摘要

本发明提出用于大曲率透镜表面的0.532微米与1.064微米倍频减反射膜，包括透明基片和减反射膜系，减反射膜系由高折射率介质膜层和低折射率膜层交替叠加的12个膜层构成，适用于曲率半径与口径之比不小于1的大曲率透镜表面，且具有较高的玻璃基底适应性，对由于不同镀膜机参数不同而引起的高折射率镀膜材料折射率n有较大的容限，稳定性高。即基底折射率适用于1.46～1.60、高折射率材料Ta

说明书

技术领域

本发明属于光学薄膜技术领域，主要涉及一种沉积于大曲率透镜表面的倍频减反 射膜，尤其涉及一种用于大曲率透镜表面的带有0.532微米与1.064微米倍频减反射膜 系的减反射膜。

背景技术

0.532μm与1.064μm倍频减反射膜在激光压制观瞄系统中应用广泛，该倍频减反射 膜性能的好坏决定了激光压制观瞄系统对敌方观瞄系统进行压制、干扰和损伤的作战 效果。倍频减反射膜的性能一般包括三个方面：光学性能、理化性能和抗激光损伤能 力，其中光学性能和抗激光损伤能力均与膜层厚度在零件表面的均匀性息息相关。目 前，在膜层沉积过程中提高膜厚均匀性的措施一般有修正档板、行星夹具、散射淀积 和多元蒸发等几种方法，这些方法可以有效地改善膜层在工件盘上的厚度均匀性，但 对透镜表面的膜厚分布不均匀无能为力。这是由于沉积角度的不同使得同一透镜表面 各点的膜厚分布还会存在一定的差异，这种差异在透镜曲率较小时影响不太明显，而 在透镜曲率较大时，将会引起薄膜透射带向短波方向发生较大的偏移，进而降低透镜 的整体透过率。这种偏移对于激光压制光瞄系统是非常致命的，并将最终影响到整机 的使用性能，甚至带来破坏性的后果。

对0.532μm与1.064μm倍频减反射膜的膜系结构，许多文献作了报道。据查新， 王明利、范正修等在1992年第3期《激光技术》杂志167～172页发表了题为“倍频双 波段增透膜的研制”的论文，该论文公开了作者利用三层膜制备了双波长增透膜，膜系 的基本结构为G/ZrO₂/Al₂O₃/SiO₂/Air，其光谱性能达到1.06μm剩余反射率小于2％， 0.532μm，剩余反射率为1.5％。

另外，房淑芬、付新华等曾在2007年第4期《长春理工大学学报》杂志44～45 页发表了题为“晶体表面增透膜设计与工艺研究”的论文，该论文公开了作者利用三层 膜制备了双波长增透膜，膜系的基本结构为G/MgF₂/LaF₃/Gd₂O₃/Air，其光谱性能达到 1.06μm剩余反射率小于0.1％，0.532μm，剩余反射率为0.2％。

这些基于平面上镀制双波长减反射膜的方法在大曲率透镜上有着难以克服的缺 点。以房淑芬论文中双波长减反射膜为例(图1所示)，当此膜系镀制在透镜曲率半径 与口径之比等于1的大曲率透镜上时，1.064μm时透镜中心位置剩余反射率小于0.1％， 透镜边缘位置剩余反射率增至3.3％；0.532μm时透镜中心位置剩余反射率小于0.2％， 透镜边缘位置剩余反射率增至2.4％。这种高的剩余反射不仅增加了系统噪声，甚至带 来破坏性的严重后果。

发明内容

本发明目的是得到一种可满足大曲率透镜各点均具有较低剩余反射率的膜系结 构。本减反射膜适用于曲率半径与口径之比不小于1的大曲率透镜表面，且具有较高 的玻璃基底适应性，对由于不同镀膜机参数不同而引起的高折射率镀膜材料折射率n 有较大的容限(低折射率镀膜材料SiO₂折射率相对稳定，微小变化几乎不影响剩余反 射率)，稳定性高。即基底折射率适用于1.46～1.60、高折射率材料Ta₂O₅折射率 n＝1.946～2.126，均满足大曲率光学零件表面各点的光学性能在0.532μm与1.064μm波 长处剩余反射率优于0.4％的良好效果。

本发明的技术方案为：

所述一种用于大曲率透镜表面的0.532微米与1.064微米倍频减反射膜，包括透明 基片和减反射膜系，其特征在于：所述减反射膜系由高折射率介质膜层和低折射率膜 层交替叠加的12个膜层构成，其中，第一膜层为Ta₂O₅膜，膜层厚度11.8nm，第一膜 层镀制在所述透明基片的表面上；第二膜层为SiO₂膜，膜层厚度34.5nm，并镀制在 所述第一膜层上；第三膜层为Ta₂O₅膜，膜层厚度128.5nm，并镀制在所述第二膜层上； 第四膜层为SiO₂膜，膜层厚度15.2nm，并镀制在所述第三膜层上；第五膜层为Ta₂O₅膜，膜层厚度48.3nm，并镀制在所述第四膜层上；第六膜层为SiO₂膜，膜层厚度30.8nm， 并镀制在所述第五膜层上；第七膜层为Ta₂O₅膜，膜层厚度65.1nm，并镀制在所述第 六膜层上；第八膜层为SiO₂膜，膜层厚度189.9nm，并镀制在所述第七膜层上；第九 膜层为Ta₂O₅膜，膜层厚度131nm，并镀制在所述第八膜层上；第十膜层为SiO₂膜， 膜层厚度47.9nm，并镀制在所述第九膜层上；第十一膜层为Ta₂O₅膜，膜层厚度39.8nm， 并镀制在所述第十膜层上；第十二膜层为SiO₂膜，膜层厚度130.2nm，并镀制在所述 第十一膜层上。

进一步的优选方案，所述一种用于大曲率透镜表面的0.532微米与1.064微米倍频 减反射膜，其特征在于：所述透明基片为折射率为1.46～1.60的玻璃片，Ta₂O₅折射率 n＝1.946～2.126范围内。

有益效果

本发明发明人针对膜层沉积过程中，由于沉积角度的不同引起的大曲率透镜表面 各点膜厚分布不均匀的现象，通过建立数学模型分析、计算大曲率透镜表面的膜层厚 度差异，得到大曲率透镜表面由于淀积角度造成的透镜中心与边缘的偏移量，进而采 取展宽透射区域的措施得到了透镜表面各点在工作波段均具有良好光学性能的倍频减 反射膜的膜系结构。并且该结构具有宽的基底折射率适应性，高的镀膜材料折射率适 应性。该倍频减反射膜可适用于曲率半径与口径之比不小于1的大曲率透镜表面、基 底折射率适用于n＝1.46～1.60范围内、薄膜材料Ta2O5折射率n＝1.946～2.126范围内， 均满足光学零件表面各点的光学性能在0.532μm与1.064μm波长处剩余反射率优于 0.4％的良好效果。本发明的突出优点是膜层透射带宽、透射特性好，适用范围广，可 适用于曲率半径与口径之比不小于1的所有透镜甚至平面，具有良好的基底材料与镀 膜工艺适应性，且其表面各点的光学性能在0.532μm与1.064μm波长处剩余反射率均 优于0.4％。

附图说明

图1举例在透镜中心点与边缘位置0.532μm与1.064μm剩余反射率曲线。

图2是本发明0.532μm与1.064μm倍频减反射膜的结构示意图。

图3是本发明第一优选实施例在0.532μm与1.064μm的剩余反射率曲线。

图4是本发明第二优选实施例在0.532μm与1.064μm的剩余反射率曲线。

图5是本发明第三优选实施例在0.532μm与1.064μm的剩余反射率曲线。

图6是本发明第四优选实施例在0.532μm与1.064μm的剩余反射率曲线。

图7是本发明第五优选实施例在0.532μm与1.064μm的剩余反射率曲线。

图8是本发明第六优选实施例在0.532μm与1.064μm的剩余反射率曲线。

图9是本发明第七优选实施例在0.532μm与1.064μm的剩余反射率曲线。

图10是本发明第八优选实施例在0.532μm与1.064μm的剩余反射率曲线。

图11是本发明第九优选实施例在0.532μm与1.064μm的剩余反射率曲线。

图12是本发明第十优选实施例在0.532μm与1.064μm的剩余反射率曲线。

图13是本发明第十一优选实施例在0.532μm与1.064μm的剩余反射率曲 线。

图14是本发明第十二优选实施例在0.532μm与1.064μm的剩余反射率曲 线。

图15是本发明第十三优选实施例在0.532μm与1.064μm的剩余反射率曲 线。

图16是本发明第十四优选实施例在0.532μm与1.064μm的剩余反射率曲 线。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本发明作进一步的详述。

根据图2所示，本发明提供的0.532μm与1.064μm倍频减反射膜包括透明基片和减反 射膜系结构。透明基片G选用折射率为1.46～1.60的透明玻璃。减反射膜系结构为高折 射率介质膜和低折射率介质膜交替叠加12层后构成的组合膜系，高折射率介质膜层材 料为五氧化二钽(Ta₂O₅)，低折射率介质膜层材料为二氧化硅(SiO₂)。其中，第一膜 层为11.8nm厚的Ta₂O₅高折射率介质膜1，第二膜层为34.5nm厚的SiO₂低折射率介质膜 2，第三膜层为128.5nm厚的Ta₂O₅高折射率介质膜3，第四膜层为15.2nm厚的SiO₂低折 射率介质膜4，第五膜层为48.3nm厚的Ta₂O₅高折射率介质膜5，第六膜层为30.8nm厚的 SiO₂低折射率介质膜6，第七膜层为65.1nm厚的Ta₂O₅高折射率介质膜7，第八膜层为 189.9nm厚的SiO₂低折射率介质膜8，第九膜层为131nm厚的Ta₂O₅高折射率介质膜9，第 十膜层为47.9nm厚的SiO₂低折射率介质膜10，第十一膜层为39.8nm厚的Ta₂O₅高折射率 介质膜11，第十二膜层为130.2厚的SiO₂低折射率介质膜12。

下面结合几个具体优选实施例说明本发明的实际效果。

实施例1，选用K9玻璃基片，Ta₂O₅折射率为1.996时，即为标准Ta₂O₅折射率，透 镜曲率半径与口径之比等于1，此时透镜为大曲率透镜，依次镀制第一至第十二膜层1～ 12，第一至第十二膜层的厚度分别为11.8nm、34.5nm、128.5nm、15.2nm、48.3nm、 30.8nm、65.1nm、189.9nm、131nm、47.9nm、39.8nm、130.2nm。经测试分别获得该 透镜边缘位置和透镜中心点位置在0.532μm与1.064μm波长的剩余反射率曲线(参见图 3)，透镜边缘位置在0.532μm波长处的剩余反射率＝0.137％，在1.064μm波长处的剩余 反射率＝0.085％；透镜中心位置在0.532μm波长处的剩余反射率＝0.093％，在1.064μm波 长处的剩余反射率＝0.028％；

实施例2，选用K9玻璃基片，Ta₂O₅折射率为1.996时，即为标准Ta₂O₅折射率，透 镜曲率半径与口径之比等于1.5，此时透镜为大曲率透镜，依次镀制第一至第十二膜层 1～12，第一至第十二膜层的厚度分别为11.8nm、34.5nm、128.5nm、15.2nm、48.3nm、 30.8nm、65.1nm、189.9nm、131nm、47.9nm、39.8nm、130.2nm。经测试分别获得该 透镜边缘位置和透镜中心点位置在0.532μm与1.064μm波长的剩余反射率曲线(参见图 4)，透镜边缘位置在0.532μm波长处的剩余反射率＝0.073％，在1.064μm波长处的剩余 反射率＝0.146％；透镜中心位置在0.532μm波长处的剩余反射率＝0.093％，在1.064μm波 长处的剩余反射率＝0.028％；

实施例3，选用K9玻璃基片，Ta₂O₅折射率为1.996时，即为标准Ta₂O₅折射率，透 镜曲率半径与口径之比等于2，此时透镜为大曲率透镜，依次镀制第一至第十二膜层1～ 12，第一至第十二膜层的厚度分别为11.8nm、34.5nm、128.5nm、15.2nm、48.3nm、 30.8nm、65.1nm、189.9nm、131nm、47.9nm、39.8nm、130.2nm。经测试分别获得该 透镜边缘位置和透镜中心点位置在0.532μm与1.064μm波长的剩余反射率曲线(参见图 5)，透镜边缘位置在0.532μm波长处的剩余反射率＝0.184％，在1.064μm波长处的剩余 反射率＝0.097％；透镜中心位置在0.532μm波长处的剩余反射率＝0.093％，在1.064μm波 长处的剩余反射率＝0.028％；

实施例4，选用K9玻璃基片，Ta₂O₅折射率为1.996时，即为标准Ta₂O₅折射率，透 镜曲率半径与口径之比等于∞，此时透镜为一平面，依次镀制第一至第十二膜层1～12， 第一至第十二膜层的厚度分别为11.8nm、34.5nm、128.5nm、15.2nm、48.3nm、30.8nm、 65.1nm、189.9nm、131nm、47.9nm、39.8nm、130.2nm。经测试分别获得该透镜边缘 位置和透镜中心点位置在0.532μm与1.064μm波长的剩余反射率曲线(参见图6)，透镜 边缘位置在0.532μm波长处的剩余反射率＝0.093％，在1.064μm波长处的剩余反射率 ＝0.028％；透镜中心位置在0.532μm波长处的剩余反射率＝0.093％，在1.064μm波长处的 剩余反射率＝0.028％。

实施例5，选用石英玻璃平面基片，n＝1.46，Ta₂O₅折射率为1.996时，即为标准Ta₂O₅折射率，依次镀制第一至第十二膜层1～12，第一至第十二膜层的厚度分别为11.8nm、 34.5nm、128.5nm、15.2nm、48.3nm、30.8nm、65.1nm、189.9nm、131nm、47.9nm、 39.8nm、130.2nm。经测试获得该平面镜在0.532μm与1.064μm波长的剩余反射率曲线 (参见图7)，在0.532μm波长处的剩余反射率＝0.084％，在1.064μm波长处的剩余反射 率＝0.015％；基底为K9玻璃时在0.532μm波长处的剩余反射率＝0.093％，在1.064μm波长 处的剩余反射率＝0.028％。

实施例6，选用K9玻璃平面基片，n＝1.52，Ta₂O₅折射率为1.996时，即为标准Ta₂O₅折射率，依次镀制第一至第十二膜层1～12，第一至第十二膜层的厚度分别为11.8nm、 34.5nm、128.5nm、15.2nm、48.3nm、30.8nm、65.1nm、189.9nm、131nm、47.9nm、 39.8nm、130.2nm。经测试获得该平面镜在0.532μm与1.064μm波长的剩余反射率曲线 (参见图8)，在0.532μm波长处的剩余反射率＝0.093％，在1.064μm波长处的剩余反射 率＝0.028％。

实施例7，选用ZK4玻璃平面基片，n＝1.60，Ta₂O₅折射率为1.996时，即为标准Ta₂O₅折射率，依次镀制第一至第十二膜层1～12，第一至第十二膜层的厚度分别为11.8nm、 34.5nm、128.5nm、15.2nm、48.3nm、30.8nm、65.1nm、189.9nm、131nm、47.9nm、 39.8nm、130.2nm。经测试获得该平面镜在0.532μm与1.064μm波长的剩余反射率曲线 (参见图9)，在0.532μm波长处的剩余反射率＝0.189％，在1.064μm波长处的剩余反射 率＝0.146％；基底为K9玻璃时在0.532μm波长处的剩余反射率＝0.093％，在1.064μm波长 处的剩余反射率＝0.028％。

实施例8，选用K9玻璃平面基片，Ta2O5折射率为1.946时，依次镀制第一至第十 二膜层1～12，第一至第十二膜层的厚度分别为11.8nm、34.5nm、128.5nm、15.2nm、 48.3nm、30.8nm、65.1nm、189.9nm、131nm、47.9nm、39.8nm、130.2nm。经测试获 得该平面镜在0.532μm与1.064μm波长的剩余反射率曲线(参见图10)，在0.532μm波长 处的剩余反射率＝0.171％，在1.064μm波长处的剩余反射率＝0.07％；基底为K9玻璃时， 标准Ta2O5折射率在0.532μm波长处的剩余反射率＝0.093％，在1.064μm波长处的剩余反 射率＝0.028％。

实施例9，选用K9玻璃平面基片，Ta₂O₅折射率为1.996时，即为标准Ta₂O₅折射率， 依次镀制第一至第十二膜层1～12，第一至第十二膜层的厚度分别为11.8nm、34.5nm、 128.5nm、15.2nm、48.3nm、30.8nm、65.1nm、189.9nm、131nm、47.9nm、39.8nm、 130.2nm。经测试获得该平面镜在0.532μm与1.064μm波长的剩余反射率曲线(参见图 11)，在0.532μm波长处的剩余反射率＝0.093％，在1.064μm波长处的剩余反射率 ＝0.028％。

实施例10，选用K9玻璃平面基片，Ta2O5折射率为2.096时，依次镀制第一至第十 二膜层1～12，第一至第十二膜层的厚度分别为11.8nm、34.5nm、128.5nm、15.2nm、 48.3nm、30.8nm、65.1nm、189.9nm、131nm、47.9nm、39.8nm、130.2nm。经测试获 得该平面镜在0.532μm与1.064μm波长的剩余反射率曲线(参见图12)，在0.532μm波长 处的剩余反射率＝0.058％，在1.064μm波长处的剩余反射率＝0.112％；基底为K9玻璃时， 标准Ta2O5折射率在0.532μm波长处的剩余反射率＝0.093％，在1.064μm波长处的剩余反 射率＝0.028％。

实施例11，选用K9玻璃平面基片，Ta2O5折射率为2.126时，依次镀制第一至第十 二膜层1～12，第一至第十二膜层的厚度分别为11.8nm、34.5nm、128.5nm、15.2nm、 48.3nm、30.8nm、65.1nm、189.9nm、131nm、47.9nm、39.8nm、130.2nm。经测试获 得该平面镜在0.532μm与1.064μm波长的剩余反射率曲线(参见图13)，在0.532μm波长 处的剩余反射率＝0.075％，在1.064μm波长处的剩余反射率＝0.191％；基底为K9玻璃时， 标准Ta2O5折射率在0.532μm波长处的剩余反射率＝0.093％，在1.064μm波长处的剩余反 射率＝0.028％。

实施例12，选用ZK4玻璃基片，Ta2O5折射率为1.996时，即为标准Ta2O5折射率， 透镜曲率半径与口径之比等于1，此时透镜为大曲率透镜，依次镀制第一至第十二膜层 1～12，第一至第十二膜层的厚度分别为11.8nm、34.5nm、128.5nm、15.2nm、48.3nm、 30.8nm、65.1nm、189.9nm、131nm、47.9nm、39.8nm、130.2nm。经测试分别获得该 透镜边缘位置和透镜中心点位置在0.532μm与1.064μm波长的剩余反射率曲线(参见图 14)，透镜边缘位置在0.532μm波长处的剩余反射率＝0.221％，在1.064μm波长处的剩余 反射率＝0.382％；透镜中心位置在0.532μm波长处的剩余反射率＝0.189％，在1.064μm波 长处的剩余反射率＝0.146％；

实施例13，选用K9玻璃基片，Ta2O5折射率为2.126时，透镜曲率半径与口径之比 等于1，此时透镜为大曲率透镜，依次镀制第一至第十二膜层1～12，第一至第十二膜 层的厚度分别为11.8nm、34.5nm、128.5nm、15.2nm、48.3nm、30.8nm、65.1nm、189.9nm、 131nm、47.9nm、39.8nm、130.2nm。经测试分别获得该透镜边缘位置和透镜中心点位 置在0.532μm与1.064μm波长的剩余反射率曲线(参见图15)，透镜边缘位置在0.532μm 波长处的剩余反射率＝0.037％，在1.064μm波长处的剩余反射率＝0.231％；透镜中心位 置在0.532μm波长处的剩余反射率＝0.075％，在1.064μm波长处的剩余反射率＝0.191％。

实施例14，选用ZK4玻璃基片，Ta2O5折射率为2.126时，透镜曲率半径与口径之 比等于1，此时透镜为大曲率透镜，依次镀制第一至第十二膜层1～12，第一至第十二 膜层的厚度分别为11.8nm、34.5nm、128.5nm、15.2nm、48.3nm、30.8nm、65.1nm、 189.9nm、131nm、47.9nm、39.8nm、130.2nm。经测试分别获得该透镜边缘位置和透 镜中心点位置在0.532μm与1.064μm波长的剩余反射率曲线(参见图16)，透镜边缘位 置在0.532μm波长处的剩余反射率＝0.088％，在1.064μm波长处的剩余反射率＝0.302％； 透镜中心位置在0.532μm波长处的剩余反射率＝0.225％，在1.064μm波长处的剩余反射 率＝0.200％。