RU2597035C1 - Method of depositing antireflection multilayer broadband coating on surface of optical glass - Google Patents
Method of depositing antireflection multilayer broadband coating on surface of optical glass Download PDFInfo
- Publication number
- RU2597035C1 RU2597035C1 RU2015132855/03A RU2015132855A RU2597035C1 RU 2597035 C1 RU2597035 C1 RU 2597035C1 RU 2015132855/03 A RU2015132855/03 A RU 2015132855/03A RU 2015132855 A RU2015132855 A RU 2015132855A RU 2597035 C1 RU2597035 C1 RU 2597035C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- layers
- glass
- refractive index
- substrate
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 64
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 55
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 title claims abstract description 13
- 238000000151 deposition Methods 0.000 title abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 49
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 40
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 40
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000007872 degassing Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 18
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 16
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 7
- ORUIBWPALBXDOA-UHFFFAOYSA-L magnesium fluoride Chemical compound [F-].[F-].[Mg+2] ORUIBWPALBXDOA-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 7
- 229910001635 magnesium fluoride Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 7
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 5
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 3
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 claims description 2
- 239000011364 vaporized material Substances 0.000 claims description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 abstract description 64
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000006117 anti-reflective coating Substances 0.000 abstract description 2
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 abstract description 2
- 238000001354 calcination Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 abstract 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 26
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 6
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 4
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 4
- PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N tantalum pentoxide Inorganic materials O=[Ta](=O)O[Ta](=O)=O PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 3
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 3
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N ether Substances CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MGQQZGJIMOVHRZ-UHFFFAOYSA-N [Si].O=O Chemical compound [Si].O=O MGQQZGJIMOVHRZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SELFPULJJONQET-UHFFFAOYSA-N [Zr].O=O Chemical compound [Zr].O=O SELFPULJJONQET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000007844 bleaching agent Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N hafnium(4+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Hf+4] WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Surface Treatment Of Optical Elements (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области оптического приборостроения и может найти применение для нанесения просветляющего многослойного покрытия с низким коэффициентом отражения от преломляющих поверхностей на оптические детали оптико-электронных приборов, с целью получения высокого коэффициента светопропускания оптического прибора.The invention relates to the field of optical instrumentation and may find application for applying an antireflective multilayer coating with a low reflectance from refractive surfaces to the optical parts of optoelectronic devices in order to obtain a high transmittance of the optical device.
В оптических системах с большим числом оптических элементов наблюдается значительное снижение светопропускания системы за счет потерь на отражение от преломляющих поверхностей.In optical systems with a large number of optical elements, a significant decrease in the system transmittance is observed due to reflection losses from refractive surfaces.
Отражение от преломляющих поверхностей возрастает с увеличением показателя преломления стекла. Одним из способов снижения отражения от оптических элементов и увеличения светопропускания оптических систем является нанесение многослойных просветляющих покрытий на поверхность оптических элементов, получаемых испарением в вакууме.Reflection from refractive surfaces increases with an increase in the refractive index of glass. One of the ways to reduce reflection from optical elements and increase the light transmission of optical systems is to apply multilayer antireflection coatings on the surface of optical elements obtained by evaporation in vacuum.
Просветляющее покрытие наносят на оптические детали, имеющие плоскую или сферическую рабочую поверхность.An antireflection coating is applied to optical parts having a flat or spherical working surface.
В настоящее время используется один из способов нанесения оптических просветляющих покрытий на оптические детали по авторскому свидетельству SU №1176726(13) А1 от 27.06.2005 МПК G02B 5/28 «Способ изготовления просветляющего покрытия на оптических изделиях», включающий нагрев изделий в вакууме, очистку тлеющим разрядом, последовательное нанесение слоев окиси алюминия и пятиокиси тантала электронно-лучевым испарением, фтористого магния термическим испарением, после нанесения слоя пятиокиси тантала изделие дополнительно обрабатывают тлеющим разрядом в течение 3-5 мин при давлении 1-2 Па и выдерживают в течение 2-5 мин при давлении не более 10-3 Па.Currently, one of the methods for applying optical antireflection coatings to optical parts is used according to the copyright certificate SU No. 1176726 (13) A1 dated 06/27/2005 IPC G02B 5/28 “Method for the manufacture of antireflection coating on optical products”, including heating the products in vacuum, cleaning by a glow discharge, successive deposition of layers of aluminum oxide and tantalum pentoxide by electron beam evaporation, magnesium fluoride by thermal evaporation, after applying a layer of tantalum pentoxide, the product is additionally treated with a glow discharge ohm for 3-5 minutes at a pressure of 1-2 Pa and incubated for 2-5 minutes at a pressure of not more than 10 -3 Pa.
Недостатками указанного способа являются:The disadvantages of this method are:
1. Способ не позволяет точно выдержать оптические толщины слоев в многослойном покрытии из-за случайных отклонений параметров процесса, несоответствия значения показателей преломления веществ, наличия примесей в пленкообразующих материалах, нестабильности самого процесса напыления, неточности измерения температуры подложки в процессе ее циклического перемещения в камере. В результате значения коэффициента отражения напыленных стекол получаются неточными, отличающимися от расчетных значений. Отклонения носят случайный характер, отсутствует стабильность и повторяемость результатов.1. The method does not allow to accurately withstand the optical thicknesses of the layers in the multilayer coating due to random deviations of the process parameters, mismatch of the refractive index of substances, the presence of impurities in the film-forming materials, instability of the deposition process itself, inaccuracy of measuring the temperature of the substrate during its cyclic movement in the chamber. As a result, the reflection coefficient values of the sprayed glasses are inaccurate, differing from the calculated values. Deviations are random, lack of stability and repeatability of results.
2. Высокая трудоемкость способа за счет дополнительной обработки тлеющим разрядом слоя пятиокиси тантала.2. The high complexity of the method due to the additional processing by glow discharge layer of tantalum pentoxide.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому - прототипом - является способ нанесения просветляющего многослойного широкополосного покрытия на поверхность оптического стекла методом поочередного вакуумного электронно-лучевого испарения пленкообразующих материалов и послойного осаждения в вакууме при заданном числе проходов элемента через зону напыления. Способ реализуется с помощью установки для нанесения просветляющего многослойного покрытия, содержащей вакуумную камеру с устройством для регулирования величины вакуума, размещенные в камере электронно-лучевые испарители с устройством для регулирования величины тока (П.П. Яковлев и Б.Б. Мешков «Проектирование интерференционных покрытий», Москва, Машиностроение. 1987 г., стр. 135-151).The closest set of essential features to the claimed one - the prototype - is a method of applying an antireflective multilayer broadband coating on the surface of an optical glass by alternating vacuum electron-beam evaporation of film-forming materials and layer-by-layer deposition in vacuum for a given number of passes of the element through the deposition zone. The method is implemented using the installation for applying an antireflection multilayer coating containing a vacuum chamber with a device for regulating the magnitude of the vacuum, electron beam evaporators placed in the chamber with a device for regulating the magnitude of the current (P. P. Yakovlev and B. B. Meshkov “Design of interference coatings ", Moscow, Engineering. 1987, pp. 135-151).
Способ включает следующие операции: расчетное определение толщин слоев по табличным значениям показателей преломления в соответствии с техническими требованиями к коэффициенту отражения всего покрытия в заданном спектральном диапазоне, термообработку стеклянной подложки в вакуумной установке и нанесение пленкообразующих материалов в вакуумной установке путем электронно-лучевого испарения материала в вакууме и послойного осаждения паров на поверхности стекла в процессе его многократного прохождения через зону напыления. Слои выполняют из чередующихся материалов со средним и высоким показателем преломления, а внешний слой - из материала с самым низким из них показателем преломления.The method includes the following operations: calculated determination of layer thicknesses according to table values of refractive indices in accordance with the technical requirements for the reflection coefficient of the entire coating in a given spectral range, heat treatment of the glass substrate in a vacuum installation and the deposition of film-forming materials in a vacuum installation by electron-beam evaporation of the material in vacuum and layer-by-layer vapor deposition on the glass surface in the process of its multiple passage through the spraying zone. The layers are made of alternating materials with medium and high refractive index, and the outer layer is made of material with the lowest of them refractive index.
Согласно данному способу многослойное просветляющее покрытие заранее моделируется, выполняется анализ оптических свойств покрытий. Для каждого значения показателя преломления подложки в зависимости от марки стекла подбирают пленкообразующие материалы и находят совокупность параметров слоев (показатели преломления, оптические толщины слоев, количество слоев), обеспечивающих уменьшение коэффициента отражения в заданном спектральном интервале. Пересчет толщин слоев с целью корректировки спектральной характеристики осуществляется при моделировании конструкции просветляющего покрытия до начала процесса напыления. Толщина слоев в процессе напыления не корректируется. Оптические толщины слоев пленкообразующих материалов напыляются кратными некоторой длине волны, принадлежащей середине просветляемого спектрального интервала.According to this method, a multilayer antireflection coating is modeled in advance, and the optical properties of the coatings are analyzed. For each value of the refractive index of the substrate, depending on the brand of glass, film-forming materials are selected and a combination of layer parameters (refractive indices, optical thicknesses of the layers, number of layers) is found to provide a decrease in the reflection coefficient in a given spectral range. Recalculation of the thicknesses of the layers in order to adjust the spectral characteristics is carried out when modeling the design of the antireflection coating before the start of the deposition process. The thickness of the layers during the spraying process is not adjusted. The optical thicknesses of the layers of film-forming materials are sprayed in multiples of a certain wavelength belonging to the middle of the bleach spectral range.
Указанный способ имеет следующие недостатки:The specified method has the following disadvantages:
1. Оптические толщины слоев пленкообразующих материалов напыляются кратными некоторой длине волны, принадлежащей середине просветляемого спектрального интервала, что также ограничивает нижний предел получаемого коэффициента отражения от поверхности стекла.1. The optical thicknesses of the layers of film-forming materials are sprayed in multiples of a certain wavelength belonging to the middle of the bleachable spectral range, which also limits the lower limit of the resulting reflection coefficient from the glass surface.
2. При напылении возникают отклонения показателей преломления пленкообразующих материалов от расчетных значений из-за наличия в них примесей, а также из-за возможных неточностей, вызванных нестабильностью самого процесса напыления, что приводит к накоплению ошибок в толщинах слоев и не позволяет выдержать расчетные значения толщин слоев. В результате значения коэффициента отражения напыленных стекол получаются неточными и превышают заданное значение. Способ не позволяет обеспечить стабильность и повторяемость результатов по получению требуемого коэффициента отражения от поверхности стекла.2. When spraying, deviations of the refractive indices of the film-forming materials from the calculated values occur due to the presence of impurities in them, as well as due to possible inaccuracies caused by the instability of the spraying process itself, which leads to the accumulation of errors in the thicknesses of the layers and does not allow to withstand the calculated thicknesses layers. As a result, the reflectance values of the sprayed glasses are inaccurate and exceed the specified value. The method does not provide stability and repeatability of the results of obtaining the required reflection coefficient from the glass surface.
3. Низкое качество покрытия из-за недостаточной механической прочности покрытия, связанной с низкой адгезией наносимого покрытия со стеклянной подложкой из-за наличия загрязнений подложки, т.к. предварительная очистка подложки не производится. Термообработка подложки в вакуумной камере достаточного качества покрытия не обеспечивает.3. Poor coating quality due to insufficient mechanical strength of the coating associated with low adhesion of the coating to the glass substrate due to the presence of contamination of the substrate, because preliminary cleaning of the substrate is not performed. Heat treatment of the substrate in a vacuum chamber does not provide sufficient coating quality.
4. Для получения требуемого коэффициента отражения для марок стекла с разными коэффициентами преломления в данном способе необходим свой набор пленкообразующих материалов и соответствующий этим материалам расчет толщины слоев, что усложняет способ нанесения просветляющего покрытия.4. To obtain the required reflection coefficient for glass grades with different refractive indices, this method requires its own set of film-forming materials and the calculation of layer thickness corresponding to these materials, which complicates the method of applying an antireflection coating.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание способа нанесения просветляющего многослойного широкополосного покрытия на поверхность оптического стекла, с получением следующих технических результатов:The problem to which the invention is directed, is to provide a method for applying an antireflective multilayer broadband coating on the surface of an optical glass, with the following technical results:
1. Снижение коэффициента отражения от поверхности оптического стекла, что позволит увеличить светопропускание в оптических приборах, а также обеспечение стабильности получения низкого коэффициента отражения.1. Reducing the reflection coefficient from the surface of the optical glass, which will increase the light transmission in optical devices, as well as ensuring the stability of obtaining a low reflection coefficient.
2. Повышение качества напыляемых покрытий путем повышения механической прочности многослойного просветляющего покрытия за счет улучшения адгезии покрытия со стеклянной подложкой.2. Improving the quality of sprayed coatings by increasing the mechanical strength of the multilayer antireflection coating by improving the adhesion of the coating to the glass substrate.
3. Унификация способа для различных марок стекла путем использования просветляющего покрытия, состоящего из одного набора пленкообразующих материалов со слоями разной толщины.3. Unification of the method for various grades of glass by using an antireflection coating consisting of one set of film-forming materials with layers of different thicknesses.
Поставленная задача с достижением указанных технических результатов решается следующим образом.The problem with the achievement of these technical results is solved as follows.
Способ нанесения просветляющего многослойного широкополосного покрытия на поверхность оптического стекла, как и прототип, включает следующие операции: расчет толщины слоев просветляющего покрытия по табличным значениям показателей преломления для получения требуемого коэффициента отражения покрытия в заданном спектральном диапазоне, термообработку стеклянной подложки в вакуумной установке, нанесение пленкообразующих материалов в вакуумной установке путем электроннолучевого испарения материала в вакууме и послойного осаждения паров на поверхности стекла в процессе его многократного прохождения через зону напыления, причем слои выполняют из чередующихся материалов со средним и высоким показателем преломления, а внешний слой - из материала с самым низким из них показателем преломления. В отличие от прототипа в предлагаемом способе выполняют следующее:The method of applying an antireflective multilayer broadband coating on the surface of an optical glass, as well as a prototype, includes the following operations: calculating the thickness of the layers of an antireflection coating using table values of refractive indices to obtain the required reflection coefficient of the coating in a given spectral range, heat treating the glass substrate in a vacuum installation, applying film-forming materials in a vacuum installation by electron beam evaporation of a material in a vacuum and layer-by-layer deposition vapor on the surface of the glass during its multiple passage through the spraying zone, the layers being made of alternating materials with an average and high refractive index, and the outer layer is made of material with the lowest refractive index. In contrast to the prototype in the proposed method perform the following:
- перед нанесением покрытия проводят перед термообработкой подложки ее чистку органическими растворителями и очистку тлеющим разрядом в вакуумной установке, а также проводят прокаливание и обезгаживание в вакуумной установке пленкообразующих материалов;- before applying the coating, before heat treatment of the substrate, it is cleaned with organic solvents and cleaned by glow discharge in a vacuum unit, and the film-forming materials are calcined and degassed in a vacuum unit;
- просветляющее покрытие наносят неравнотолщинными слоями пленкообразующих материалов;- antireflective coating is applied by non-uniform thickness layers of film-forming materials;
- на каждом напыляемом слое производят сканирующее по определенной ширине спектра определение показателя преломления испаряемого материала и полученной зависимости показателя преломления от длины волны с использованием акустооптического спектрофотометра и подключенной к его выходу ЭВМ, сравнение полученной зависимости с заданной и корректировку по результатам сравнения режимов напыления для уменьшения несовпадений измеренной и заданной зависимости показателя преломления от длины волны;- on each sprayed layer, the refractive index of the vaporized material and the obtained dependence of the refractive index on the wavelength are scanned for a certain spectral width using an acousto-optic spectrophotometer and a computer connected to its output, a comparison of the obtained dependence with the given one and adjustment according to the results of comparing the spraying modes to reduce discrepancies measured and predetermined dependence of the refractive index on the wavelength;
- после напыления проводят контроль коэффициента пропускания подложки по образцу-свидетелю.- after spraying, the transmission coefficient of the substrate is monitored by a witness sample.
В качестве пленкообразующих материалов могут быть использованы различные материалы, например оксид титана, триокись алюминия, оксид гафния, пятиокись тантала.As the film-forming materials, various materials can be used, for example titanium oxide, aluminum trioxide, hafnium oxide, tantalum pentoxide.
В частном случае реализации просветляющеее покрытие наносят в семь неравнотолщинных слоев пленкообразующих материалов, причем в слоях с первого по шестой используют чередующиеся соответственно диоксид кремния и диоксид циркония, а в седьмом - фторид магния.In the particular case of implementation, the antireflection coating is applied in seven unequal layers of film-forming materials, with alternating silica and zirconia, respectively, being used in the first through sixth layers, and magnesium fluoride in the seventh.
Расчет толщины слоев по табличным значениям показателей преломления проводят в соответствии с техническими требованиями к коэффициенту отражения всего покрытия для определенной марки стекла в заданном спектральном диапазоне.The calculation of the thickness of the layers according to the table values of the refractive indices is carried out in accordance with the technical requirements for the reflection coefficient of the entire coating for a particular glass grade in a given spectral range.
Контроль оптических спектров пропускания или отражения в реальном масштабе времени осуществляет акустооптический спектрофотометр, управляемый внешней ЭВМ (персональным компьютером). В ЭВМ введена программа расчета конструкции просветляющего покрытия с визуальным изображением на экране монитора ЭВМ расчетных спектральных характеристик слоев покрытия, сопоставления измеренной зависимости показателя преломления от длины волны с заданной и выдачи сигналов для корректировки режимов напыления: силы тока в нагревателях катода электронно-лучевых испарителей, и/или скорости перемещения оптического элемента в зоне напыления, и/или величины вакуума для уменьшения несовпадений измеренной и заданной зависимости показателя преломления от длины волны.The control of optical transmission or reflection spectra in real time is carried out by an acousto-optic spectrophotometer controlled by an external computer (personal computer). A computer has been introduced a program for calculating the design of the antireflection coating with a visual image on the computer screen of the calculated spectral characteristics of the coating layers, comparing the measured dependence of the refractive index on the wavelength from the given one and issuing signals to adjust the spraying conditions: current strength in the cathode heaters of electron beam evaporators, and / or the speed of movement of the optical element in the spray zone, and / or the magnitude of the vacuum to reduce the discrepancies of the measured and predetermined dependencies I refraction of the wavelength.
Указанные технические результаты достигаются всей совокупностью операций, средств и веществ.The indicated technical results are achieved by the totality of operations, means and substances.
Чистка полированной поверхности стеклянной подложки органическими растворителями (спирт и спиртоэфирная смесь), очистка тлеющим разрядом и термообработка (нагрев подложки до температуры 150-200°C повышают сцепление тонкопленочного материала с подложкой, т.е. адгезию наносимого тонкопленочного материала со стеклом и, следовательно, механическую прочность покрытия, что приводит к повышению качества покрытия.Cleaning the polished surface of the glass substrate with organic solvents (alcohol and an alcohol-ether mixture), glow discharge cleaning and heat treatment (heating the substrate to a temperature of 150-200 ° C increase the adhesion of the thin film material to the substrate, i.e., the adhesion of the applied thin film material to glass and, therefore, mechanical strength of the coating, which leads to improved coating quality.
Прокаливание и обезгаживание пленкообразующих материалов для нанесения покрытия повышает качество напыляемого материала за счет удаления его загрязненного поверхностного слоя и таким образом снижает погрешность значений показателей преломления напыляемых материалов, влияющих на полученную спектральную характеристику.Annealing and degassing of film-forming coating materials improves the quality of the sprayed material by removing its contaminated surface layer and thus reduces the error in the refractive indices of the sprayed materials that affect the obtained spectral characteristic.
Нанесение одного набора пленкообразующих материалов слоями разной оптической толщины позволяет снизить остаточный коэффициент отражения от преломляющих поверхностей оптических элементов из разных марок стекол и, таким образом, снизить нижний предел получаемого коэффициента отражения от поверхности стекла. На снижение коэффициента отражения существенным образом влияет количество слоев пленкообразующих материалов, их толщина, чередование материалов со средним и высоким показателем преломления и использование для внешнего слоя материала с низким показателем преломления.The application of one set of film-forming materials with layers of different optical thicknesses makes it possible to reduce the residual reflection coefficient from the refracting surfaces of optical elements from different brands of glasses and, thus, lower the lower limit of the resulting reflection coefficient from the glass surface. The decrease in reflection coefficient is significantly affected by the number of layers of film-forming materials, their thickness, the alternation of materials with an average and high refractive index and the use of a material with a low refractive index for the outer layer.
При наличии примесей в пленкообразующих материалах получаемая зависимость показателя преломления от длины волны будет иметь отклонения от расчетной зависимости.In the presence of impurities in the film-forming materials, the resulting dependence of the refractive index on the wavelength will have deviations from the calculated dependence.
Определение показателя преломления и полученной зависимости показателя преломления от длины волны на каждом напыляемом слое в процессе нанесения покрытия с использованием акустооптического спектрофотометра позволяет осуществлять подачу корректирующих сигналов, управляющих процессом напыления для уменьшения несовпадений полученных параметров с расчетными. Реализуемая в способе возможность напыления слоев разной толщины дает возможность использовать один и тот же набор из трех пленкообразующих материалов для деталей из разных марок стекла.The determination of the refractive index and the obtained dependence of the refractive index on the wavelength of each sprayed layer during the coating process using an acousto-optical spectrophotometer allows the supply of correcting signals that control the spraying process to reduce the discrepancies between the obtained parameters and the calculated ones. The possibility of spraying layers of different thicknesses realized in the method makes it possible to use the same set of three film-forming materials for parts from different grades of glass.
Контроль после напыления коэффициента пропускания подложки по образцу - свидетелю позволяет дополнительно проконтролировать полученные результаты и отбраковать подложки с несоответствующими характеристиками. Чистка подложки и материалов напыления, послойный контроль напыления и контроль по образцу-свидетелю позволяет стабильно получать просветленные детали с прочным покрытием и низким коэффициентом отражения, исключить выход деталей с несоответствующими характеристиками.The control after spraying the transmittance of the substrate on the sample - witness allows you to additionally control the results and reject the substrate with inappropriate characteristics. Cleaning the substrate and spraying materials, layer-by-layer spraying control and control according to the witness model allows you to stably obtain enlightened parts with a durable coating and low reflection coefficient, to exclude the output of parts with inappropriate characteristics.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами:The invention is illustrated by the following graphic materials:
На фиг. 1 приведен график зависимости коэффициента отражения света (R) от длины волны для покрытия, нанесенного на линзу из оптического стекла К8.In FIG. Figure 1 shows a graph of the dependence of the light reflection coefficient (R) on the wavelength for a coating deposited on a K8 optical glass lens.
На фиг. 2 приведены результаты измерений коэффициента пропускания (Т) покрытия, нанесенного на линзу из оптического стекла К8.In FIG. Figure 2 shows the results of measurements of the transmittance (T) of a coating deposited on a K8 optical glass lens.
На фиг. 3 приведен график зависимости коэффициента отражения света (R) от длины волны для покрытия, нанесенного на линзу из оптического стекла ТФ10.In FIG. Figure 3 shows a graph of the dependence of the light reflection coefficient (R) on the wavelength for a coating deposited on a TF10 optical glass lens.
На фиг. 4 приведены результаты измерений коэффициента пропускания (Т) покрытия, нанесенного на линзу из оптического стекла ТФ10.In FIG. Figure 4 shows the results of measurements of the transmittance (T) of a coating deposited on a TF10 optical glass lens.
Заявляемый способ реализован на установке вакуумного напыления ВУ-1А, дооснащенной акустооптическим спектрофотометром и подключенной к его выходу персональной ЭВМ; выходы ЭВМ подключены к устройствам для регулирования режимов напыления: регулирования тока электронно-лучевых испарителей, и/или величины вакуума, и/или скорости вращения привода для передачи соответствующих корректирующих сигналов.The inventive method is implemented on the installation of a vacuum deposition VU-1A, retrofitted with an acousto-optic spectrophotometer and connected to its output personal computer; the computer outputs are connected to devices for regulating the spraying modes: regulating the current of electron beam evaporators, and / or the magnitude of the vacuum, and / or the rotation speed of the drive to transmit the corresponding correction signals.
На подложку наносили семислойное покрытие диоксида циркония ZrO2, диоксида кремния SiO2 и фторида магния MgF2. Конструкцию просветляющего покрытия ввели в систему контроля процесса напыления (ЭВМ и спектрофотометр AOS 3S) и рассчитали для стекол с различными показателем преломления n=(1,51-1,81) по ГОСТ 3514-94.On the substrate coated triple coating of zirconium dioxide ZrO 2, silica SiO 2 and magnesium fluoride MgF 2. The design of the antireflection coating was introduced into the control system for the deposition process (a computer and an AOS 3S spectrophotometer) and calculated for glasses with different refractive indices n = (1.51-1.81) according to GOST 3514-94.
Заявляемый способ демонстрируется следующими примерами нанесения просветляющего покрытия на полированной подложке из стекла, имеющей форму линзы.The inventive method is demonstrated by the following examples of applying an antireflection coating on a polished glass substrate having the shape of a lens.
Пример 1. Нанесение просветляющего многослойного широкополосного покрытия на подложку из стекла К8 с показателем преломления n=1,518.Example 1. The application of antireflective multilayer broadband coatings on a substrate of glass K8 with a refractive index of n = 1,518.
Полированную стеклянную подложку чистят батистовой салфеткой, смоченной спиртом, окончательную чистку подложки производят ватным тампоном, смоченным спиртоэфирной смесью.The polished glass substrate is cleaned with a cambric cloth moistened with alcohol, the final cleaning of the substrate is carried out with a cotton swab moistened with an alcohol-ether mixture.
Задаются показатели преломления для выбранных пленкообразующих материалов: для диоксида кремния n=1,45; для диоксида циркония n=1,92, для фторида магния n=1,38 и показатель преломления стекла n=1,518.The refractive indices for the selected film-forming materials are set: for silicon dioxide n = 1.45; for zirconium dioxide n = 1.92, for magnesium fluoride n = 1.38 and the refractive index of glass n = 1.518.
Определяются толщины слоев по табличным значениям показателей преломления в соответствии с техническими требованиями к коэффициенту отражения всего покрытия для марки стекла К8 в видимом спектральном диапазоне.The layer thicknesses are determined from the table values of the refractive indices in accordance with the technical requirements for the reflection coefficient of the entire coating for the K8 glass brand in the visible spectral range.
На ЭВМ подбирается необходимое количество слоев из выбранных материалов и их толщин, а также последовательность их чередования для получения соответствия рассчитанной зависимости коэффициента отражения от длины волны в видимом диапазоне спектра.The computer selects the required number of layers from the selected materials and their thicknesses, as well as the sequence of their alternation to obtain the correspondence of the calculated dependence of the reflection coefficient on the wavelength in the visible range of the spectrum.
В ЭВМ вводится конструкция покрытия в кодах программы M(HL)*kG,The computer introduces the coating design in the program codes M (HL) * kG,
где: Н - слой с высоким показателем преломления,where: N is a layer with a high refractive index,
L - слой со средним показателем преломления,L is a layer with an average refractive index,
М - слой с низким показателем преломления,M is a layer with a low refractive index,
G - подложка,G is the substrate
k - количество слоев.k is the number of layers.
Проводят подготовку оправок для крепления подложки и свидетеля, включающую следующие операции: выдержку оправки в 10%-ном растворе соляной кислоты, промывку в проточной дистиллированной воде, травление в 20%-ном растворе гидроокиси калия 5-7 минут, промывку в проточной дистиллированной воде, выдержку в 10%-м растворе азотной кислоты, промывку в проточной дистиллированной воде, сушку в сушильном шкафу при Т=(250±10)°C в течение 1 часа.Mandrels are prepared for mounting the substrate and witness, which includes the following operations: holding the mandrel in a 10% hydrochloric acid solution, washing in running distilled water, etching in a 20% potassium hydroxide solution for 5-7 minutes, washing in running distilled water, exposure in a 10% solution of nitric acid, washing in running distilled water, drying in an oven at T = (250 ± 10) ° C for 1 hour.
Подготовленные к напылению подложку и контрольный образец-свидетель закрепляют в оправах и устанавливают в гнезда держателей подложек вакуумной камеры.The substrate prepared for sputtering and the control test specimen are fixed in the frames and installed in the holders of the substrate holders of the vacuum chamber.
Откачивают воздух из вакуумной камеры до давления не более 1×10-2 мм рт.ст. Производят обработку деталей в тлеющем разряде при токе в течение 5-10 мин, уменьшая ток до нуля, и отключают блок ионной очистки. Открывают высоковакуумный затвор и откачивают воздух из камеры до давления не более 1×10-6 мм рт.ст.Pump air from the vacuum chamber to a pressure of not more than 1 × 10 -2 mm Hg. Parts are processed in a glow discharge at a current for 5-10 minutes, reducing the current to zero, and the ion cleaning unit is turned off. A high-vacuum shutter is opened and air is pumped out of the chamber to a pressure of not more than 1 × 10 -6 mm Hg.
Нагревают подложку и образец-свидетель до температуры 150-200°C и выдерживают в течение 1 часа.Heat the substrate and the test sample to a temperature of 150-200 ° C and incubated for 1 hour.
В вакуумной камере прокаливают и обезгаживают диоксид кремния и производят напыление первого слоя оптической толщиной 0,797λ (67,29 нм).Silicon dioxide is calcined and degassed in a vacuum chamber and the first layer is sprayed with an optical thickness of 0.797λ (67.29 nm).
При нанесении слоя наблюдают на экране монитора ЭВМ визуальное изображение расчетных спектральных характеристик, показывающих динамику напыления первого слоя, и, при необходимости, производят корректировку параметров слоя регулировкой режимов напыления для уменьшения несовпадений измеренной и заданной зависимостей показателя преломления от длины волны. Контроль за процессом осуществляется акустооптическим спектрофотометром измерением коэффициента отражения при высокоскоростном сканировании в заданном спектральном диапазоне.When applying the layer, a visual image of the calculated spectral characteristics showing the dynamics of deposition of the first layer is observed on the computer monitor screen, and, if necessary, the layer parameters are adjusted by adjusting the spraying modes to reduce the discrepancies between the measured and given dependences of the refractive index on wavelength. The process is controlled by an acousto-optic spectrophotometer by measuring the reflection coefficient during high-speed scanning in a given spectral range.
При совпадении полученной кривой зависимости показателя преломления от длины волны первого слоя с теоретической испаритель 1-го слоя выключается, его заслонка закрывается.If the obtained curve of the dependence of the refractive index on the wavelength of the first layer coincides with the theoretical one, the evaporator of the 1st layer is turned off, its shutter closes.
Для нанесения последующих слоев просветляющего покрытия повторяют все вышеуказанные действия. Слои разной толщины наносятся в следующей последовательности: 2-й слой диоксида циркония, 3-й слой диоксида кремния, 4-й слой диоксида циркония, 5-й слой диоксида кремния, 6-й слой диоксида циркония, 7-й слой фторида магния.To apply subsequent layers of antireflection coating, all of the above steps are repeated. Layers of different thicknesses are applied in the following sequence: 2nd layer of zirconium dioxide, 3rd layer of silicon dioxide, 4th layer of zirconium dioxide, 5th layer of silicon dioxide, 6th layer of zirconium dioxide, 7th layer of magnesium fluoride.
После нанесения всех слоев при совпадении на экране ЭВМ практически полученной кривой 2 с рассчитанной кривой 1 (см. фиг. 1) процесс испарения прекращается, и блок управления испарителем вакуумной камеры отключается. В процессе напыления получен коэффициент отражения не более 0,15%.After applying all the layers, when the practically obtained
Полученную спектральную характеристику контролируют по коэффициенту пропускания на спектрофотометре «LAMBDA-950» по плоскому свидетелю диаметром 25-40 мм, изготовленному из того же материала, что и подложка (см. фиг. 2, где: 1 - рассчитанная кривая, 2 - практически полученная кривая).The obtained spectral characteristic is monitored by the transmittance on a LAMBDA-950 spectrophotometer using a flat witness with a diameter of 25-40 mm made of the same material as the substrate (see Fig. 2, where: 1 - calculated curve, 2 - practically obtained curve).
Пример 2. Нанесение просветляющего многослойного широкополосного покрытия на стеклянную подложку из стекла ТФ10 с показателем преломления n=1,81.Example 2. Application of an antireflective multilayer broadband coating on a glass substrate of TF10 glass with a refractive index of n = 1.81.
Последовательность технологических операций при нанесении просветляющего покрытия такая же, как в примере 1. Для подложки с показателем преломления 1,81 рассчитывают значения толщин напыляемых слоев, производят напыление первого слоя оптической толщиной 0,364λ, (30,73 нм), затем наносят последующие чередующиеся неравнотолщинные слои диоксида кремния и диоксида циркония и внешний слой фторида магния.The sequence of technological operations when applying an antireflection coating is the same as in Example 1. For a substrate with a refractive index of 1.81, the thicknesses of the sprayed layers are calculated, the first layer is sprayed with an optical thickness of 0.364λ, (30.73 nm), then subsequent alternating unequal thicknesses are applied layers of silicon dioxide and zirconia; and an outer layer of magnesium fluoride.
Графики для линзы из стекла ТФ10 показаны на фиг. 3 и 4, где: 1 - рассчитанная кривая, 2 - практически полученная кривая. В результате напыления покрытия на стеклянную подложку из стекла ТФ10 получен коэффициент отражения от поверхности подложки не более 0,25%.The plots for the TF10 glass lens are shown in FIG. 3 and 4, where: 1 - calculated curve, 2 - almost obtained curve. As a result of coating spraying on a glass substrate made of TF10 glass, the reflection coefficient from the substrate surface is not more than 0.25%.
По предложенному изобретению практически получен суммарный коэффициент отражения в диапазоне длин волн видимой области спектра для поверхности подложки из стекла К8 с показателем преломления n=1,51 не более 0,15%, для подложки из стекла ТФ10 с показателем преломления n=1,81 не более 0,25%. Указанным способом произведено нанесение просветляющего покрытия на несколько десятков подложек из стекла с различными показателями преломления и во всех случаях стабильно получены указанные низкие коэффициенты отражения. Механическая прочность многослойного просветляющего покрытия оптических элементов подтверждена в процессе эксплуатации оптических приборов.According to the proposed invention, the total reflection coefficient in the wavelength range of the visible region of the spectrum was obtained for the surface of the K8 glass substrate with a refractive index n = 1.51 not more than 0.15%, for a TF10 glass substrate with a refractive index n = 1.81 not more than 0.25%. The specified method produced the application of an antireflection coating on several tens of glass substrates with different refractive indices and in all cases the indicated low reflection coefficients were stably obtained. The mechanical strength of the multilayer antireflection coating of optical elements is confirmed during the operation of optical devices.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет обеспечить универсальность и стабильность способа нанесения просветляющих покрытий на оптические стекла различных марок, снизить коэффициент отражения от поверхности стекла и повысить качество просветляющего покрытия.Thus, the present invention allows for the universality and stability of the method of applying antireflection coatings on optical glasses of various grades, to reduce the reflection coefficient from the glass surface and to improve the quality of the antireflection coating.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015132855/03A RU2597035C1 (en) | 2015-08-06 | 2015-08-06 | Method of depositing antireflection multilayer broadband coating on surface of optical glass |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015132855/03A RU2597035C1 (en) | 2015-08-06 | 2015-08-06 | Method of depositing antireflection multilayer broadband coating on surface of optical glass |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2597035C1 true RU2597035C1 (en) | 2016-09-10 |
Family
ID=56892682
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015132855/03A RU2597035C1 (en) | 2015-08-06 | 2015-08-06 | Method of depositing antireflection multilayer broadband coating on surface of optical glass |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2597035C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2020137C1 (en) * | 1991-01-11 | 1994-09-30 | Казанский медико-инструментальный завод | Optical glass |
| WO1999050199A1 (en) * | 1998-03-31 | 1999-10-07 | Exxon Research And Engineering Company | Water vapor plasma treatment of glass surfaces |
| US20080271748A1 (en) * | 2003-12-22 | 2008-11-06 | Fuji Photo Film B.V. | Method of and Arrangement for Removing Contaminants from a Substrate Surface Using an Atmospheric Pressure Glow Plasma |
| US20140154466A1 (en) * | 2012-12-03 | 2014-06-05 | Guardian Industries Corp. | Method of making hydrophobic coated article, coated article including hydrophobic coatings, and/or sol compositions for use in the same |
-
2015
- 2015-08-06 RU RU2015132855/03A patent/RU2597035C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2020137C1 (en) * | 1991-01-11 | 1994-09-30 | Казанский медико-инструментальный завод | Optical glass |
| WO1999050199A1 (en) * | 1998-03-31 | 1999-10-07 | Exxon Research And Engineering Company | Water vapor plasma treatment of glass surfaces |
| US20080271748A1 (en) * | 2003-12-22 | 2008-11-06 | Fuji Photo Film B.V. | Method of and Arrangement for Removing Contaminants from a Substrate Surface Using an Atmospheric Pressure Glow Plasma |
| US20140154466A1 (en) * | 2012-12-03 | 2014-06-05 | Guardian Industries Corp. | Method of making hydrophobic coated article, coated article including hydrophobic coatings, and/or sol compositions for use in the same |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ЯКОВЛЕВ П.П и др. Проектирвоание интерференционных покрытий, Москва, Машиностроение, 1987 г., с. 135-151. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR20000070538A (en) | Coatings, methods and apparatus for reducing reflection from optical substrates | |
| CN107893216B (en) | A method for correcting deposition errors of broadband antireflection coatings prepared by quartz monitoring method | |
| Korkmaz et al. | Thermal treatment effect on the optical properties of ZrO2 thin films deposited by thermionic vacuum arc | |
| CN105859153A (en) | Antifogging antireflection visible-light double-function coated glass and preparation method thereof | |
| KR20170125905A (en) | Antistatic and antireflective coatings | |
| EP3111257B1 (en) | Durability coating for oxide films for metal fluoride optics | |
| RU2597035C1 (en) | Method of depositing antireflection multilayer broadband coating on surface of optical glass | |
| WO2013172382A1 (en) | Optical element | |
| US20220049347A1 (en) | Method for operating a coating installation for producing layer systems | |
| RU2133049C1 (en) | Process of deposition of anti-reflecting multilayer coat on surface of optical element and plant to realize it | |
| RU2645439C1 (en) | METHOD FOR MANUFACTURING MIRRORS FOR SOLID-BODY SRS-LASERS WITH EMISSION WAVELENGTH OF 1.54 mcm | |
| WO2014030382A1 (en) | Film formation method | |
| JP7303701B2 (en) | Optical film thickness control device, thin film forming device, optical film thickness control method, and thin film forming method | |
| Stenzel et al. | Optical properties of UV-transparent aluminum oxide/aluminum fluoride mixture films, prepared by plasma-ion assisted evaporation and ion beam sputtering | |
| Huasong et al. | Physical model of optical constants of SiO 2 thin films | |
| CN113584448B (en) | Optical filter coating method | |
| RU2637730C1 (en) | METHOD FOR MANUFACTURING MIRROR FOR SOLID SRS LASER WITH RADIATION WAVELENGTH OF 1,54 mcm | |
| Stojcevski et al. | Broadband optical monitoring for a 2-meter optics magnetron sputtering deposition machine | |
| JP7162867B2 (en) | ND filter and its manufacturing method | |
| Dong et al. | Origin and compensation of deposition errors in a broadband antireflection coating prepared using quartz crystal monitoring | |
| Wilbrandt et al. | Experimental determination of the refractive index profile of rugate filters based on in situ measurements of transmission spectra | |
| JP2010222596A (en) | Method and apparatus for forming optical thin film | |
| Kirilenko et al. | Optical and performance properties of fluoride and oxide films produced by vacuum evaporation | |
| Kozyrev et al. | Effect of the amount of argon in an oxygen ion beam on the optical characteristics of titanium dioxide films obtained via ion-assisted electron beam evaporation | |
| US9804309B1 (en) | Reducing extrinsic stress in thin film optical mirrors and filters for deep ultraviolet |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20180220 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner |