專利名稱：光學元件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光學兀件，該光學兀件包括其表面上具有紅外抗反射膜的基材。
背景技術：
近年來，人們積極開發(fā)出使用紅外光的光學設備。特別地，8 μ m至14 μ m范圍內的紅外光已經(jīng)受到人們的關注。因此，已經(jīng)提出了多種適合于此范圍內的紅外光的光學元件。作為這種光學元件的實例，已知一種具有紅外抗反射功能的光學元件，其包括基材(基底部件)和設置在該基材上的紅外抗反射膜。所述基材由諸如ZnSe、ZnS、GaAs或Ge之類的紅外透射材料形成。所述紅外抗反射膜包含由氟化物(如PbF2、BaF2、LaF3、CeF3或ThF4)制成的低折射率層和由(例如)ZnSe, ZnS、GaAs或Ge制成的高折射率層。
在用于高功率激光(如CO2激光)的光學元件中，不能忽略吸收激光時所產(chǎn)生的熱的影響。因此，需要減少紅外抗反射膜的激光吸收率。在用于形成紅外抗反射膜中的低折射率層的材料中，已知ThF4為具有這種特征的材料。然而，由于ThF4是一種放射性物質，因此、ThF4存在對人體有害并且處理受到限制的問題。為解決這個問題，專利文獻I提出了一種光學元件，其包括由BaF2制成的低折射率層和由ZnSe制成的高折射率層。引用列表專利文獻PTL I JP2002-148407A

發(fā)明內容
技術問題采用專利文獻I的結構，可以在不使用諸如ThF4之類的放射性材料的情況下制備出激光吸收率低的光學元件。然而，在專利文獻I的結構中，低折射率層僅由BaF2制成并且高折射率層僅由ZnSe制成，與使用ThF4的情況相比，紅外抗反射膜的表面粗糙度增加。因此，光學元件的外觀受到不利的影響。鑒于上述情況完成了本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的是提供這樣一種包括這樣的紅外抗反射膜的光學元件，所述紅外抗反射膜的激光吸收率低且外觀良好，并且不含放射性材料 ThF4。本發(fā)明的光學元件包括基材和紅外抗反射膜。所述基材包含ZnSe，并且所述紅外抗反射膜形成在所述基材的至少一個表面上。所述紅外抗反射膜包括主要由BaF2制成的低折射率層，由ZnSe、ZnS或Ge制成的高折射率層，和由非晶形材料或各向異性材料制成的中間層。所述光學元件的表面粗糙度Ra為小于或等于3nm。在本發(fā)明的光學元件中，在10.6μπι波長下的激光吸收率優(yōu)選為小于或等于0.25%。。更優(yōu)選地，在10. 6μπι波長下的激光吸收率為大于或等于O. 18%且小于或等于O. 24%ο
優(yōu)選地，本發(fā)明的光學元件中的中間層是由選自由鑭系元素氟化物、PbF2和YF3組成的組中的ー種或多種氟化物制成的層，或者是由包含選自由鑭系元素氟化物、PbF2和YF3組成的組中的ー種或多種氟化物以及BaF2的固溶體制成的層。在本發(fā)明的光學元件中，所述中間層優(yōu)選形成在所述高折射率層和所述低折射率層之間、形成在所述低折射率層和所述基材之間、或者既形成在所述高折射率層和所述低折射率層之間又形成在所述低折射率層和所述基材之間。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明提供了ー種包括紅外抗反射膜的光學元件，所述紅外抗反射膜的激光吸收率低且外觀良好，并且不含放射性材料ThF4。


圖I為示出本發(fā)明的實施方案的光學元件的示意性截面圖。
具體實施例方式本發(fā)明人已經(jīng)研究了專利文獻I中公開的光學元件的問題。結果發(fā)現(xiàn)，由ZnSe(為多晶體)制成的基材的表面上的晶粒的不規(guī)則性以簡單的或以放大的方式傳遞至BaF2層。此外，還發(fā)現(xiàn)BaF2層顯示出明顯的結晶性?；谶@些事實，本發(fā)明人推測，BaF2層上的不規(guī)則性對光學元件的表面存在影響，并且會不利地影響該光學元件的外觀。因此，本發(fā)明人針對上述問題研究了多種對策，并且發(fā)現(xiàn)可以在低折射率層2的上表面或下表面上形成非晶形或各向異性紅外透射層。換言之，本發(fā)明的光學元件的特征在于，除由由BaF2制成的低折射率層2之外，還設置了非晶形或各向異性中間層4。現(xiàn)參考附圖對本發(fā)明的實施方案進行描述。圖I為本發(fā)明的光學元件的示意性截面圖。本發(fā)明的光學元件包括由ZnSe制成的基材I以及紅外抗反射膜5，該紅外抗反射膜5包括主要由BaF2制成的低折射率層2，由ZnSe、ZnS或Ge制成的高折射率層3，以及非晶形或各向異性中間層4 (其沒有特定的晶體取向)。主要由BaF2制成的層包括這樣的層，該層中包含一定量的除BaF2以外的其他材料，但是如果通過氣相沉積法將該層形成在ZnSe基材上，則ZnSe基材的結晶性會傳遞至該層上。多種材料可以用作中間層4的材料。優(yōu)選地，中間層4由紅外透射率高的氟化物(除BaF2之外的氟化物)制成，或者由BaF2與除BaF2之外的其他氟化物的固溶體制成。所述氟化物可以包括兩種或更多種不同的材料。氟化物當然不是ThF4，并且優(yōu)選地為鑭系元素氟化物，如YbF3_D YF3、YF3或PbF2。還可以通過使用氧化物(如TiO2)來形成非晶形層。然而，在這種情況下，難以將10. 6μπι波長下的吸收率設定為小于或等于O. 25%。優(yōu)選將中間層4設置于低折射率層和基材之間以作為第一中間層。對中間層4的厚度沒有限制，只要不發(fā)生ZnSe基材表面上的不規(guī)則性的傳遞即可。例如，為了將表面粗糙度Ra設定為小于或等于3nm，厚度優(yōu)選為大于或等于10nm。BaF2的激光吸收率低于其它氟化物。因此，由除BaF2之外的其他氟化物、或者由BaF2與除BaF2之外的其他氟化物的固溶體制成的中間層優(yōu)選盡可能薄，從而使得激光吸收率低。因此，中間層的厚度優(yōu)選為小于或等于1，OOOnm,并且更優(yōu)選為小于或等于lOOnm。采用這種結構,ZnSe基材的表面上的不規(guī)則性不會傳遞至紅外抗反射膜的表面上。這樣，可以使得紅外抗反射膜的表面平滑。根據(jù)本發(fā)明的結構，紅外抗反射膜的表面粗糙度Ra可以設定為小于或等于3nm?？梢赃@樣形成中間層，以使其包括形成于低折射率層和基材之間的第一中間層，以及形成在高折射率層和低折射率層之間的第二中間層。在這種情況下，第一中間層的厚度優(yōu)選較小，更具體而言，優(yōu)選為大于或等于IOnm且小于或等于lOOnm。當在低折射率層上額外設置中間層時，光學元件的激光吸收率可以得到控制?，F(xiàn)通過實施例的方式進一步描述本發(fā)明的光學元件。然而，本發(fā)明不限于這些實施例。實施例I利用8mm厚的ZnSe部件(其為透射性部件)作為基材1，并且在基材I的兩側表面上依次層疊由BaF2和YF3 (BaF2:YF3=7:3…摩爾比)的固溶體制成的中間層4、由BaF2制成的低折射率層2和由ZnSe制成的高折射率層3，從而形成兩側均具有紅外抗反射膜5的光 學元件。各層均通過電子束(EB)氣相沉積形成，其中真空度為小于或等于8 X IO-4Pa,并且沉積速率為0.03 μ m/分鐘。測量該光學元件的紅外線吸收率和表面粗糙度。表I顯示測量結果。利用波長為10. 6 μ m的CO2激光束，通過激光量熱法測量紅外線吸收率。使用Zygo公司生產(chǎn)的非接觸式表面輪廓儀NewView200測量表面粗糙度。還制備了具有其它結構的光學元件，并且以相似的方式進行評價。更具體地，提供具有如下結構的光學兀件這樣一種結構，其中在位于基材I表面上的低折射率層2的兩側形成由BaF2和YF3 (BaF2IYF3 = 7:3)的固溶體制成的中間層4 ;設置了由ThF4制成的低折射率層2的結構；以及未設置由氟化物固溶體制成的中間層4的結構。[表 I]
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樣π ι編號--------
材料厚度材料厚度材料厚度材料厚度
第四層ZnSe 200 nm
第三層 ZnSe200 nm F_溶體 300 nm
第二層 BaF2 IOOOmn BaFj 700 nm ZnSe 200 nm ZnSe 200 nm---------------
第一層 F _ 溶體 20 nm F_ 溶體 30 nm ThF4 1000 nm BaF2 IOOOnm
基材ZnSe 8 mm ZnSe 8 mm ZnSe 8 ram ZnSe 8 mm
吸收率~ 0.09%0.19%0.19%0.09%
表面粗糙 ~Γ ~TT
產(chǎn)2X am7 2 nm2.2 nm5.5 nm*吸收率在10. 6 μ m波長下的值；表面粗糙度Ra ；F固溶體氟化物固溶體*在基材的對側也形成有相同的層。從表I所示的結果中明顯可知，本發(fā)明結構的性能(第I和第2號材料)與使用ThF4的情況相同，其中在本發(fā)明的結構中，使用了 BaF2作為低折射率層2的材料。此外，與未設置中間層4的相關技術的結構相比(第4號材料)，表面粗糙度和激光吸收率得以降低。其中低折射率層的材料簡單地由ThF4變成BaF2的樣品(第4號樣品)的激光吸收率與低折射率層的材料為ThF4的樣品(第3號樣品)的激光吸收率不同。因此，基材的折射率變化量以及熱變形量與使用ThF4的相關技術的光學元件不同，其中熱變形量是當基材因吸收激光而溫度増加時所導致的。結果，焦距的位置發(fā)生移動，并且不具有與使用ThF4的光學元件的相容性。相反，根據(jù)本發(fā)明的結構(第2號樣品)，設置了中間層，使得激光吸收率可以與低折射率層由ThF4制成的光學元件相匹配。因此，與使用ThF4的光學元件間具有相容性?？梢酝ㄟ^改變中間層的厚度來調整激光吸收率。實施例2在與實施例I相同的條件下改變各層的材料和厚度，并且評價激光吸收率和表面粗糙度。表2至表6顯示了評價的結果。[表2]
權利要求
1.一種光學元件，其包括 基材；以及 紅外抗反射膜； 其中所述基材包含ZnSe， 其中所述紅外抗反射膜形成在所述基材的至少一個表面上，并且包括 主要由BaF2制成的低折射率層， 由ZnSe、ZnS或Ge制成的高折射率層，以及 由非晶形材料或各向異性材料制成的中間層， 其中所述紅外抗反射膜的表面粗糙度Ra小于或等于3nm。
2.根據(jù)權利要求I所述的光學元件，其中所述紅外抗反射膜在10.6 μ m波長下的吸收率為小于或等于O. 25%。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的光學元件，其中所述紅外抗反射膜在10.6 μ m波長下的吸收率為大于或等于O. 18%且小于或等于O. 24%。
4.根據(jù)權利要求I至3中任一項所述的光學元件，其中所述中間層是由選自由鑭系元素氟化物、PbF2和YF3組成的組中的一種或多種氟化物制成的層，或者是由包含選自由鑭系元素氟化物、PbF2和YF3組成的組中的一種或多種氟化物和BaF2的固溶體制成的層。
5.根據(jù)權利要求I至4中任一項所述的光學元件，其中所述中間層包括形成在所述低折射率層和所述基材之間的第一中間層。
6.根據(jù)權利要求5所述的光學元件，其中所述第一中間層的厚度為大于或等于10nm。
7.根據(jù)權利要求5所述的光學元件，其中所述第一中間層的厚度為小于或等于1，OOOnm0
8.根據(jù)權利要求7所述的光學元件，其中所述中間層還包括形成在所述高折射率層和所述低折射率層之間的第二中間層，并且其中所述第一中間層的厚度為大于或等于IOnm且小于或等于1，OOOnm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光學元件，其包括襯底基材和紅外減反射膜紅外抗反射膜抗紅外反射紅外抗反射膜。這種所述襯底基材由ZnSe制成，并且紅外減反射膜所述紅外抗反射膜抗紅外反射紅外抗反射膜形成在襯底所述基材的至少一個表面上形成。紅外減反射膜所述紅外抗反射膜抗紅外反射紅外抗反射膜包括包括包含由BaF2制成的低折射率層、由ZnSe、ZnS或Ge制成的高折射率層和由非晶形材料性或各向異性材料制成的中間層。通過采用這種結構，可以在不使用ThF4的情況下產(chǎn)生制備出具有高透射比透射率高且和小表面粗度表面粗糙度小的光學元件。
文檔編號G02B1/11GK102812386SQ20118001363
公開日2012年12月5日 申請日期2011年6月20日 優(yōu)先權日2010年10月12日
發(fā)明者楠幸久 申請人:住友電工硬質合金株式會社