近紫外区宽带反光镜的膜系优化设计与制备.pdf

第38卷第4期
光学仪器
2016年8月
OPTICAL NSTRUMENTTS
ugust.
2016
文章编号:1005-5630(2016)04-0372-05
近紫外区宽带反光镜的膜系优化设计与制备
姚春龙2,宋光辉,雷鹏',王银河,张新敏
(1.沈阳仪表科学研究院有限公司,过j沈阳110043;2.沈阳⊥业大学机械工程学院,辽j沈阳110870)
摘要:依据紫外光学系统中紫外反光镜的使用要求,并结合汞灯发光光谱,提出了R>93%
300~450mm(R为反射率);Tng>85%の500~1000nm(Tmg表示平均透过率)的近紫外区宽带
高反射率的设计指标。选用Ta2O)。和SiO2分别作为高低折射率材料,并采用正交试验法确定
了Ta2O和SiO2膜料的折射率、消光系数和制备工艺参数。在规整周期性膜系的基础上,利用
膜系设计软件进行优化设计,同时分析了膜层的敏感度,保证了镀制的可重复性。通过曲线测
试和环境试验结果表明,该膜系满足设计使用要求。
关键词:近紫外;超宽带;高反射;膜系设计;折射率
中图分类号:()484.5文献标志码:Adoi:10.3969/j.isn1005-5630.2016.04.017
Optimization design and preparation of near ultraviolet
broadband reflector coating
YAO Chunlong:, SONG Guanghui, LEI Peng, WANG Yinhe, ZHANG Xinmin
(1. Shenyang Academy of Instrumentation Science C., Itd.. Shenyang 110043. China
2. School of Mechanical Engineering, Shenyang University of Technology, Shenyang 110870, China)
Abstract According to the operating requirements of ultravioet reflector in the ultraviolet optical
rstem, and with mercury lamp luminescent spectrum, the near ultraviolet broadband high
reflectance design index of R 93%(300450 nm)and T85%(5001 000 nm) are
prescnted. The refractive index, extinction coefficient and technological paramcters of preparation ol
Ta 2 O and IO coating materials are dctermined by orthogonal test, with Ta O and Sio as high and
low refractive index materials. Based on the regular periodic coating, the coating is optimally
designed. Meanwhile, the sensitivity of the film is also analyzed to ensure the repeatability of
coating. The results of curve test and environmental test show that the coating meets the design
requirement
Keywords: near ultraviolet; ultra wide band; high reflective; film system; refractive index
引言
近紫外(NUV)是波长范围在300~380nm的紫外光线,广泛应川于集成电路液晶显示、晒版
IED、固化、医疗生化等领域。特別是随着微电子等产品的超微细化,在微电子、超精器件等产品的制
造过程中,需要提高成品率的半导体器件、液品显示元件、光学制品等制造中,紫外线表面处理技术已成
收稿日期:201509-07
基金项目:洸阳仪表科学研究院有限公同科研基金项日(Y10206101)
作者简介:姚春庀(1978-),男,高数工程师,主要从事光学薄膜方向的研究。E-mail:challenge2002a126.com
第4期
姚春龙,等:近紫外区宽带反光境的膜系优化设计与制备
不可缺少的技术手段。而近紫外区宽带反光镜在紫外光学系统中是收集汞灯光源发出的光线、提高工作
表面紫外光照度以及均匀性的重要光学元件
木文针对紫外光学系统中紫外反光镜的使用要求,并结合汞灯发光光谱,提出了反光镜的光谱出线
要求。进而选取Ta2(、SiO2两种高、低折射率薄膜材料进行镀制,通过正交试验法确定两种薄膜材料的
光学常数,优化设计膜系,制备了波长在300~450nm宽带高反射率紫外反射膜。
膜系设计
根据汞灯光源的发光光谱,并结合紫外光学系
一汞灯发光光谱…膜层目标光谱
统中对365mm、405mm、436nm谱线的反射率要
求,提出近紫外区超宽带反光镜薄膜的光谱曲线指
标如下:R>93%(9300~450mm;Tw>85%の
500~1000nm。达到反射紫外光,滤除紫外光学系
以宝邮
统中不需要的可见及红外光的目的2?
汞灯光源发光光谱及膜系目标光谱见图1
200250300350400450500550600
波长/nm
1.1材料的选择
依据反光镜溥膜的光谱要求,应选择近紫外光
图1汞灯发光光谱及膜系目标光谱图
Fig. I Spectra ofmercury lamp luminescent
波段消光系数小、透明度高、相互匹配、机械牢固度
and coating target
和化学稳定性好的材料。在300~1000mm区问常
用高折射率薄膜材料主要有H(O2和Ta-O等?一般情况下H(O2薄膜折射率n=1.95(A=0.55m)相
对较低,会使膜系中膜层的数量增加,虽然IHI(2薄膜的折射率会随着沉积速卒的增大而有所提高,但会
产生较高的吸收能力进而影响近紫外光的反射率,如粜采用较低的沉积速率则会增加镀制吋间和成本;
a2(O膜的透明区波长范为0.3~10gm其折射率=2.1(=0.55m),该膜料机械性能极为牢
固,强碱也不能将它腐蚀,所以其还可以作为保护涂层,特別是在高温环境中的应用。所以高折射率材
料选择Ta2(O),与之匹配的低折射率溥膜材料有MgF2和Si(O2等,但MgF2薄膜在累计厚度超过1.4pm
时,会由于张应力较大而导致膜层皴裂。而Si(O)2薄膜的折射率、机被牢周度、膜层内应力和化学特性等
都非常稳定。所以为了保证膜层与基底之问结合牢固,最终确定选用Ta2O),和SiO2炳利高、低折射率
材料。
1.2镀膜材料光学常数确定
表1试验因素水平表
a2O薄膜的光学常数随沉积工艺条件如真空
Tab, I Experimental factor
度、沉积速率、基片温度、离子辅助等的不同而不同。
水平温场/C沉积速率/mm?s-1离了辅助
本文采用