Способ упрочнения оптических элементов

Способ упрочнения оптических элементов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(ii)922091

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соыетсиик

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свил-ву— (22) Заявлено 260479 (21) 2760183/29-33 с присоединением заявки,%(5I)M. Кл.

С 03 С 17/06

G 02 В 5/18

Гееударстеенный комнтет

СССР (23) Приоритет

Опубликовано 230482. Бюллетень М 15

Дата опубликования описания 23.0482 по делам нзабретеннй н открытий (53) УДК 666.1..056(088.8) / ":- ис

С. А. Стрежнев, Л. А. Функ, И. Б. Хайбулт)ин, И..И. Эарипов, И. А. файзрахманов и Е. И. Штырьков " " - *"

). ( (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Изобретение относится к технологии изготовления оптических элементов, например дифракционных решеток, и может быть использовано в оптикомеханической промышленности при изготовлении дифракционных решеток и зеркал с увеличенной прочностью сцепления слоя металла, в котором сформированы штрихи решеток, а также покрытий зеркал со стеклянной подлож о кой.

Современные дифракционные решетки в большинстве случаев изготавливаются на относительно толстых слоях.металла (О,1 -10 мкм ), нанесенных на

t5 полированную подложку из стекла термическим испарением в вакууме.

Известен. способ изготовления дифракционных решеток, заключающийся в бомбардировке поверхностного слоя полированной подложки из стекла перед термическим испарением на нее металла ионами того же металла с энергией, превышающей 1 кэВ, найесении на подложку слоя металла термическим испарением в вакууме с последующим формированием штрихов решеток в слое металла. При этом в поверхностном слое стекла образуется особый переходный слой, на протяжении которого подложка плавно переходит по составу и свойствам в пленку металла, прочно связанную с подложкой (1).

Недостатком этого способа является то, что перед нанесением слоя основного металла., в котором формируются штрихи решеток, проводится дополнительная чистка пленки обезжиренной ватой, смоченной в спирте, а также обработка тлеющим разрядом.

Такая чистка не всегда дает требуемую степень чистоты поверхности пленки и, вследствие этого, не всегда обеспечивается получение монолитного слоя металла, прочно сцепленного с пленкой переходного слоя.

Кроме того, процесс формирования переходного слоя (переходной пленки) методом ионной бомбардировки требует применения больших доз облучения (10 - 10 8 èîí/см ), что при обычно используемых значениях плотности тока ионного пучка приводит к дли тельности облучения (6-8 ч), и тем самым весьма существенно повышает трудоемкость процесса изготовления дифракционной решетки, Наиболее близким по технической <р сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ упрочнения оптических элементов из кварцевого стекла путем нанесения слоя металла и последующей бомбардировки 15 его ионами инертного газа, например аргона, с энергией 50 кэВ и дозой

3-10 " ион/см 2 .

Недостатком известного способа является то, что ионная бомбардировка при этих режимах .приводит к увеличению их светорассеяния до 10 раз вследствие распыляющего воздействия ионного пучка с указанными параметрами на поверхность слоя металла, При бомбардировке ионами инертных газов при указанных режимах в слое металла образуются газовые пузырьки, которые также приводят к увеличению светорассеяния покрытий. Кроме того, исполь- зв зование фиксированного. значения энергии. ионов (50 кэВ) ограничивает толщину упрочняемого слоя металла толщиной не более 0,05 мкм, что недостаточно для изготовления оптических покрытий,. в том числе дифракционныхрешеток с толщиной слоя металла

0,1-10 мкм.

Цель изобретения - повышение адгезии слоев металла толщиной более 4р

0„1 мкм и уменьшение светорассеяния.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу упрочнения оптических элементов, преимущественно дифракционных решеток, путем нанесения на полированную подложку из стекла слоя металла и ионной бомбардировки последнего, бомбардировку осуществляют ионами того же металла, аргона или фосфора с дозой б -10 -б 10 ион/см

14

50 и энергией выше 50 кэВ.

Дифракционные решетки по предлагаемому способу изготавливаются в следующей последовательности.

На полированную поверхность под55 ложки из. стекла термическим испарением в вакууме наносят слой металла, например алюминия, толщиной, необходимой для формирования штрихов дифракционных

3 922091 4 решеток. Затем слой металла бомбардируют ионами того же металла (алюминия), аргоном или фосфором с энергией, при которой средний пробег ионов равен не менее 0,8 толщины слоя металла.

Нижний предел дозы бомбардировки

6 ° 10"4 обусловлен тем, что при меньших дозах наблюдаемый эффект упрочнения сцепления слоя металла со стеклянной подложкой очень мал, что не позволяет использовать также слои при изготовлении дифракционных реше15

Дозы облучения выше 6 ° 10 ион/см не приемлемы для упрочнения пленок металла, так как ионная бомбардировка дозами выше 6 -10 ион/см, ведет к неравномерному распылению слоя металла и тем самым к увеличению светорассеяния слоя металла более, чем в 10 раз.

Кроме того, бомбардировка большими дозами (6 -10 ион/см ) вызывает (Я Q. ухудшение пластичности слоя металла,. что также вызывает повышенное светорассеяние дифракционных решеток, изготовленных на таких слоях.

B предлагаемом изобретении используется физический процесс, который получил название "имплантации атома- ми отдачи". Эффективность этого процесса, которая определяется как количество "вбитых" в подложку атомов металла на один падающий ион, зависит от энергии бомбардирующих ионов,, Эффективность процесса имеет максимальное значение при условии

- 0,8R . Она достаточно высока в интервале 2.d 7, Rp7, 0,8d. Этот интервал и определяет область используемых энергий

Расчеты показывают, что средние пробеги ионов А1 и Аг в алюминии

+ ф с энергией 50 кэВ соответственно равны 590А и 440А. Для упрочнения толстых слоев металла (410,1 мкм), например алюминия, необходимо использовать ионы с энергией более 50 кэВ, что касается значения максимальной энергии, то она определяется в каждом конкретном случае.

В ходе бомбардировки.бомбардирующие ионы в процессе упругих столкновений передают большую часть своей энергии атомам слоя металла, в результате чего последние в большом количестве. "вбиваются" в стеклянную подложку. При бомбардировке слоя алю9220

Толщина слоя, мкм

Тип бомбар дирующего иона

Материал слоя

Е(кэВ) (ион/см ) 6 10

6-10

6 ° 1014

120

0,12

200

0,2

А1

160

0,15

Al

Аг

300

0,25

Д1

3. 0"

1000

1000

Аl

Аl ионной бомбардировки последнего, отличающийся тем, что, с целью повышения адгезии слоев металла толщиной более 0,1 мкм и уменьшения светорассеяния, бомбардировку осуществляют ионами того же металла.

Формула изобретения

5 миния ионами фосфора с энергией

40 кэВ, каждый ион фосфора выбивает из .узлов, кристаллической решетки

1000 и более атомов алюминия, причем атомы алюминия, которые были выбиты в области границы раздела пленка стеклянная подложка, будут внедряться в стеклянную подложку. Благодаря этому слой алюминия прочно "пришивается" к стеклянной подложке. Наиболь- 1о шая прочность сцепления слоя металла со стеклянной подложкой достигается при выполнении определенного соотношения между величиной среднего пробега бомбардирующего иона - Rp и толщи- 15 ной слоя металла -d, а именно

Rp)i 0,80 и дозе облучения 6-10

14

6 -1 015 ион/см .

После операции бомбардировки производят формирование штрихов в слое рв металла.

Пример . Проводят изготовление дифракционных решеток на слоях алюминия. Слои алюминия толщиной порядка 0,1-0,15 мкм наносят на полиро-25 ванную подложку из стекла термическим испарением в вакууме.

Затем слой алюминия бомбардируют на ионном ускорителе ИЛУ-3 бомбардирующими ионами. Плотность тока зр

1-5 мкА/см . Режимы ионной бомбардировки слоев алюминия приведены в

Способ упрочнения оптических эле55 ментов, преимущественно дифракционных решеток, путем нанесения на полированнчю подложку из стекла слоя металла.и

91 4 таблице (в т.ч. характеристика полученных слоев).

В таблице приведены примеры режимов ионной бомбардировки слоев.алюминия, нанесенных на стеклянные подложки и характеристика полученных слоев.

После этого проводят формирование штрихов в слое металла на делительной машине, Использование этих режимов обеспечивает повышение в 7-8 раз прочности сцепления толстых слоев (0,1-10 и более мкм) к подложке и уменьшает примерно на порядок величину светорассеяния оптических покрытий.

Таким образом, использование предложенного способа обеспечивает по сравнению с существующими способами увеличение механической прочности сцепления слоя металла с полированной подложкой из стекла, увеличение адгезии в толстых (до 10 мкм и более) слоях металла между отдельными составляющими его частями (0,1 мкм), наносимыми последовательно при наращивании слоев одного металла или в многослойных покрытиях из различных металлов и диэлектриков и уменьшение трудоемкости операции ионной бомбардировки.

7 922091 8 аргона или фосфора с дозой 6 10"4 - 1. Авторское свидетельство СССР

6-10" ион/см и энергией выше 50 кэВ. N 561922, кл. G 02 В 5/13, 1975 °

2. Авторское свидетельство СССР

Источники информации, по заявке и 2743754/29-33, принятые во внимание при экспертизе 5 кл. С 03 С 17/06, 30.03.79 °

Составитель Г. Буравцева

Редактор Г. Волкова Техред Е, Харитончик Корректор Н. Стец

Заказ 2491/31 Тираж 507 ° Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4