[发明专利]一种聚甲基丙烯酸甲酯基底介质增透膜及其制备方法

说明书

本发明提供了一种聚甲基丙烯酸甲酯基底介质增透膜及其制备方法，该增透膜的膜系结构为：Sub/M/H/L/A；其中，Sub为PMMA基底层，M为Al₂O₃过渡层，H为Ta₂O₅高折射率膜层，L为SiO₂低折射率膜层，A为空气层。该制备方法中利用磁控溅射方式制备PMMA基底上的过渡层，使过渡层实现了基底与后续功能层的稳定连接，同时利用电子束蒸发、离子束辅助方式制备功能层，极大地改善了后续功能层的应力状态，有效的解决了PMMA基底与膜层热膨胀系数差异导致的脱膜、机械强度低等问题。本发明制备的PMMA基底增透膜能够在940nm波段获得极高的透过率，具有可操作性强、制备工艺重复性好、产品质量优良等优点，可广泛应用于光电系统等领域。

技术领域

本公开涉及光学薄膜技术领域，尤其涉及一种聚甲基丙烯酸甲酯基底介质增透膜及其制备方法。

背景技术

聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，俗称有机玻璃，具有优异的光学性能(光透射率为92-95％)、耐候和耐化学腐蚀性，电绝缘性和生物相容性良好，易于成型加工，相对密度小，力学强度大于珪酸盐无机玻璃。PMMA可作为取景器、菲涅耳透镜应用于投影仪、VR等光学系统，由于其优异的物化性能也广泛应用于光盘、光导纤维、航空、航海、建筑及日常生活等方面。

尽管PMMA在可见光波段没有吸收系数，但是菲涅耳反射效应的存在，经过PMMA基底的光线会得到削弱，降低系统的能量利用效率及稳定性，因此对于PMMA基底增透膜的研制具有重要意义。目前对于PMMA镀膜主要采用凝胶-溶胶法化学镀膜的工艺，但是由于凝胶-溶胶法的边缘效应，难以保证膜层的均匀性，且无法完成高精度增透膜制备。

PMMA基底耐热性不足、热形变较大的特性对薄膜的力学和光学性质带来诸多负面影响，包括薄膜与基底之间的应力不平衡，机械牢固低，膜层龟裂等，给电子束蒸发技术的制备工艺带来巨大的挑战。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对PMMA基底耐热性不高(热形变温度为95℃)，线性膨胀系数较大(8.3×10-5/K)的缺点，公开了一种聚甲基丙烯酸甲酯基底介质增透膜及其制备方法，通过优化膜层设计与制备工艺，将电子束蒸发、离子束辅助技术(IAD)与磁控溅射技术(MS)相结合，在PMMA基底上镀制高精度介质增透膜，设计了过渡层与功能层相结合的膜系结构，该膜系结构具有增加PMMA基底透过率的光学性能，有效解决了PMMA基底特性带来的镀膜难点。

为了解决上述问题，本发明提供如下技术方案：

一种聚甲基丙烯酸甲酯基底介质增透膜的制备方法，包括如下步骤：

S1、采用磁控溅射方式制备Al₂O₃过渡层；其中，当真空度达到8×10^-5Pa时，通入保护气体，预溅射3-10min后再通入反应气体纯氧，待靶面电压与电流稳定后，进行Al₂O₃过渡层溅射，溅射完成后取出镜片进行清洗；

S2、采用电子束蒸发、离子束辅助方式镀制Ta₂O₅高折射率膜层；其中，真空室内的保护气体流量为8sccm，氧气流量为32sccm，电压为450V，电流为370mA，镀制速率为0.36-0.38nm/s；

S3、采用电子束蒸发、离子束辅助方式镀制SiO₂低折射率膜层；其中，真空室内的保护气体流量为5sccm，氧气流量为30sccm，电压为420V，电流为500mA，镀制速率为0.52-0.55nm/s；

S4、将镀制结束后的样品在真空室内缓慢梯度降温至40±2℃，并保持4小时。

进一步地，在进行S1之前，先将PMMA基底放入去离子水中用超声波清洗，清洗后采用干燥空气吹干，再进行Al₂O₃过渡层的镀制。