[发明专利]一种低吸收低热畸变薄膜的实现方法

说明书

一种低吸收低热畸变薄膜及其制备方法，包括基础膜系选择、膜系优化、基板的超声清洗、基板的真空离子束清洗、离子束溅射制备薄膜、退火后处理；将膜系分为低吸收控制层和低热畸变控制层两部分分别优化的膜系优化方法，并通过镀膜前的基板处理及镀膜后的退火后处理降低薄膜内部的吸收性缺陷，使用双离子束溅射的沉积方式并通过沉积过程中的参数调控进一步改善薄膜的热畸变。本发明可以在整个工艺流程上获得和保障反射率大于99.995％的高反射膜，同时与普通工艺制备出的薄膜相比吸收降低99％。采用本发明制备出的薄膜在长时间工作下损耗低，具有工艺重复性好、可控性强、可靠性高等优点，适用于引力波探测、激光陀螺等高精度测量和高稳定性光学系统的使用。

技术领域

本发明涉及一种适用于空间引力波探测、激光陀螺的低吸收低热畸变薄膜及其实现方法，属于薄膜光学技术领域。

背景技术

发展空间引力波探测和激光陀螺对国家的军事国防安全和科技发展具有战略意义。而在这些需要进行高精度测量和具有高稳定性光学系统中，薄膜元件的热畸变和热吸收是限制其发展的关键因素之一。

如为满足空间引力波探测的需求，在光学望远镜系统中须减小使用过程中因材料热畸变而引起的像差。激光系统也需要高稳定的激光输出，而长时间工作下薄膜损耗的增加会导致反射镜反射率下降，从而造成激光器性能的不稳定。因此对于其中应用的高反膜薄膜的研制目标是反射能量尽可能高，并且在长时间工作下热稳定性好，具有高可靠性和长寿命。

在低热畸变高反射薄膜制备的过程中，从基础膜系选择、膜系优化到基板的超声清洗、基板的真空离子束清洗、离子束溅射制备薄膜再到退火后处理要对进行整个流程进行控制，单一工艺的控制对最终获得超低损耗高反射镜是有限的，必须将整个工艺流程串联起来，形成完整的低吸收低热畸变薄膜的实现方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题实现低吸收低热畸变薄膜的制备，提出了基础膜系选择、膜系优化、基板的超声清洗、基板的真空离子束清洗、离子束溅射制备薄膜、退火后处理的一种高反射率、低吸收低热畸变薄膜的设计以及工艺流程，具体流程如下：

一种低吸收低热畸变薄膜的膜系为Sub/(aHbL)^n H(cLdM)^m/Air，H＝Ta₂O₅， L＝SiO₂，M＝Al₂O₃，a、b、c、d为四分之一波长光学厚度的系数。(aHbL)^{^n} H为低吸收控制层，作用为调控薄膜实现低吸收损耗；(cLdM)^{^m}为低热畸变控制层，作用为调控薄膜实现低热畸变。n为低吸收控制层中aHbL的周期数，m为低热畸变控制层中cLdM的周期数，n＝15-30，m＝1-5。

本发明中，四分之一波长光学厚度的系数a、b分别根据H、L两种材料的吸收系数进行调整，a、b随层数x的变化关系为：a＝1.3-0.12(x-1),b＝1.3+0.12(x-1)，直至a＝1，b＝1时后面周期中的a、b值保持为1不再变化；c、d分别根据M、L两种材料的热膨胀系数进行调整，c、d随层数y的变化关系为：c＝1+2^-y,d＝1-2^-y。

本发明中，低吸收低热畸变薄膜的实现方法包括如下步骤：

(1)基板的超声清洗：将基板放入超声波清洗槽中，使用洗涤剂清洗表面有机物，然后用纯水超声清洗，超声清洗后用烘烤灯烘干；

(2)基板的真空离子束清洗：将步骤(1)清洗后的基板进行装夹后，安装到镀膜机中，控制真空度为1×10^-4torr～4×10^-4torr，使用氩气和氧气混合气体对基板表面进行清洗，流量分别为5sccm和5sccm，离子束清洗时间为5～15分钟，离子束电压为550～700V，离子束电流为150～300mA；