ОПТИЧЕСКОЕ ЗЕРКАЛО Российский патент 1994 года по МПК C03C17/36 G02B5/26 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при изготовлении отражающих элементов различных оптических приборов.

Известно оптическое зеркало, содержащее полированную подложку из стекла и нанесенные на нее последовательно напылением в вакууме слой из алюминия и поверх него слой из кремния SiO_х, где 1 < х > 2, толщиной 1500 (I.T. Cox, σ. Hass and Hunter WR Appl. Opt, 1975, 14, N 6, с.1247).

Основными недостатками такого зеркала являются невысокая механическая прочность, соответствующая III группе по ОСТ 3-1901-85, и недостаточная влагостойкость. Зеркала разрушаются уже после суточного пребывания во влажной атмосфере (90% влажности при 20^оС). Кроме того, отражательная способность алюминия после нанесения пленки толщиной 1500 уменьшается, наблюдается полоса поглощения с положением ее максимума на длине волны 9,7 мкм при наклонном падении излучения.

Известно также оптическое зеркало, содержащее полированную подложку из стекла и нанесенный на нее напылением в вакууме слой из алюминия, защищенный слоем окиси алюминия, также нанесенным испарением в вакууме (I.T Cox and σ. Hass Appl. Opt 1978, 17 N 14, 333). Основным недостатком такого зеркала является недостаточно высокий коэффициент отражения в видимой области спектра, составляющий 85% . Другими недостатками являются невысокая механическая прочность, соответствующая II группе по ОСТ 3-1901-85, и невысокая коррозионная стойкость - зеркала выдерживают относительную влажность 90% при 20^оС и при дальнейшем повышении влажности и температуры разрушаются.

Также известно зеркало [1] с защитным покрытием из окиси иттрия. На слой свеженапыленного алюминия толщиной 600 при давлении 2 ˙10^-5мм рт.ст. нанесен термическим испарением из вольфрамовой лодочки слой из окиси иттрия толщиной 1375 . Недостатком такого зеркала является то, что слои окиси иттрия, нанесенные термическим испарением в вакууме без нагрева подложек, пористы и невлагостойки. Зеркала выдерживают относительную влажность 90% при 20^оС и при дальнейшем повышении влажности и температуры (98% при 40^оС) разрушаются. Кроме того, слои окиси иттрия механически непрочны (III группа прочности по ОСТ 3-1901-85).

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению по технической сущности является конструкция зеркала, приведенная в ОСТ 3-1901-85, лист 17, содержащая подложку из стекла К8 и расположенное на ней непрозрачное покрытие из алюминия толщиной 0,1 - 0,15 мкм, и окисного слоя алюминия толщиной 0,05 - 0,15 мкм, сформированного анодным оксидированием. Недостатком оптического зеркала является недостаточно высокий коэффициент отражения в видимой области спектра 80-86%. Другими недостатками являются недостаточно высокая влагоустойчивость, так как зеркало выдерживает относительную влажность 85% при 40^оС не менее 48 ч, что недостаточно при его использовании при повышенной влажности, и невысокая механическая прочность, соответствующая I группе по ОСТ 3-1901-85, что недостаточно при его использовании в полевых условиях.

Целью изобретения является повышение коэффициента отражения, механической прочности, влагостойкости и термостойкости.

Цель достигается тем, что в оптическом зеркале, содержащем подложку, непрозрачный отраженный слой из алюминия толщиной 0,20 - 0,25 мкм и защитное покрытие из оксида алюминия толщиной 0,130-0,135 мкм, поверх этого слоя наносится слой из оксида церия толщиной 0,150 - 0,155 мкм. Существенное отличие предлагаемого зеркала заключается в выполнении защитного покрытия в виде пары слоев, один из которых оксид алюминия, а другой, граничащий с воздухом - из оксида церия с вышеуказанными толщинами, именно такой выбор материалов, из которых выполнено двухслойное защитное покрытие, и предлагаемые толщины слоев позволяют повысить коэффициент отражения алюминиевого зеркала в видимой области спектра, улучшить эксплуатационные характеристики зеркала. Такое выполнение защитного покрытия в источниках научно-технической литературы не обнаружено.

На фиг.1 показана конструкция зеркала, состоящего из подложки 1 и расположенных на ней последовательно отражающего слоя 2, выполненного из алюминия, слоя 3 оксида алюминия толщиной 0,130-0,135 мкм, слоя 4 оксида церия толщиной 0,150-0,155 мкм, достаточной для получения нулевой группы механической прочности и высокого коэффициента отражения в видимой области спектра. При нанесении слоя с меньшими толщинами снижается влагостойкость, а с большими толщинами - снижается коэффициент отражения. Диапазон толщин слоев алюминия необходим для получения анодным оксидированием слоев оксида алюминия заданной толщины.

На фиг. 2 показана спектральная кривая отражения для прототипа и предлагаемого зеркала (кривые 5 и 6 соответственно).

П р и м е р 1. Поверхность полированной и тщательно очищенной подложки из стекла К8 при давлении 1˙ 10^-2 мм рт.ст. обрабатывали тлеющим разрядом при токе 150 мА и напряжении на электроде 2 кВ в течение 10 мин. По окончании обработки тлеющим разрядом испарением при давлении 2˙ 10^-5 мм рт.ст. наносили слой алюминия со скоростью 60 /с. Защитное покрытие выполнено из последовательно расположенных на подложке слоя оксида алюминия толщиной 0,130 мкм и слоя оксида церия толщиной 0,150 мкм. Слой оксида алюминия получали анодным оксидированием в 0,5%-ном растворе двузамещенного фосфорнокислого аммония. Слой оксида церия получали электронно-лучевым испарением при давлении 2 ˙ 10^-5 мм рт.ст. на нагретой до 200^оС поверхности. Коэффициент отражения зеркала в видимой области спектра равен 95%.

П р и м е р 2. Поверхность полированной и тщательно очищенной подложки из стекла К8 при давлении 1˙ 10^-2 мм рт.ст. обрабатывали тлеющим разрядом при токе 150 мА и напряжении на электроде 2 кВ в течение 10 мин. По окончании обработки тлеющим разрядом испарением при давлении 2 ˙ 10^-5 мм рт.ст. наносили непрозрачный отражающий слой алюминия толщиной 0,22 мкм со скоростью 60 /с. Защитное покрытие выполнено из последовательно расположенных на подложке слоя оксида алюминия толщиной 0,132 мкм и слоя оксида церия толщиной 0,152 мкм. Слой оксида алюминия получали анодным оксидированием в 0,5%-ном растворе двузамещенного фосфорнокислого аммония. Слой оксида церия получали электронно-лучевым испарением при давлении 2 ˙ 10^-5 мм рт. ст. на нагретой до 200^оС поверхности. Коэффициент отражения зеркала в видимой области спектра 95%.

П р и м е р 3. Поверхность полированной и тщательно очищенной подложки из стекла К8 при давлении 1˙ 10^-2 мм рт.ст. обрабатывали тлеющим разрядом при токе 150 мА и напряжении на электроде 2 кВ в течение 10 мин. По окончании обработки тлеющим разрядом испарением при давлении 2˙ 10^-5 мм рт.ст. наносили непрозрачный отражающий слой алюминия толщиной 0,25 мкм со скоростью 60 /с. Защитное покрытие выполнено из последовательно расположенных на подложке слоя оксида алюминия толщиной 0,135 мкм и слоя оксида церия толщиной 0,155 мкм. Слой оксида алюминия получали анодным оксидированием в 0,5%-ном растворе двузамещенного фосфорнокислого аммония. Слой оксида церия получали электронно-лучевым испарением при давлении 2 ˙10^-5 мм рт.ст. на нагретой до 200^оС поверхности. Коэффициент отражения зеркала в видимой области спектра равен 95%.

Зеркала были изготовлены на вакуумной установке ВУ-1. Испытания зеркал на механическую прочность истиранием на приборе СМ-55 по ОСТ 3-1901-85 показали, что зеркала по прототипу имеют 1 группу прочности, а предлагаемое - нулевую группу (выдерживают более 10000 оборотов). Предлагаемое зеркало можно чистить батистовой салфеткой с применением спирта. Зеркало по прототипу выдерживает предельную влажность 95% при 40^оС в течение 48 ч, а предлагаемое зеркало - относительную влажность 98% при 40^оС в течение 30 сут.

Зеркало по прототипу выдерживает термоциклирование от плюс 60 до минус 60^оС. а предлагаемое - от минус 60 до плюс 80^оС. Коэффициент отражения предлагаемого зеркала в области спектра 0,45 - 0,7 мкм составляет 95%, а коэффициент отражения прототипа - 85%.

Использование: при изготовлении отражающих элементов различных оптических приборов. Сущность изобретения: оптическое зеркало содержит подложку, непрозрачный отражающий слой алюминия, защитные слои оксида алюминия и оксида церия. Оптические толщины слоев оксидов алюминия и церия составляют 0,130 - 0,135 мкм и 0,150 - 0,155 мкм соответственно, а толщина слоя алюминия 0,2 - 0,25 мкм. 2 ил.

ОПТИЧЕСКОЕ ЗЕРКАЛО, включающее подложку, слой алюминия и слой оксида алюминия, отличающееся тем, что, с целью повышения коэффициента отражения, механической прочности, влагостойкости и термостойкости, оно дополнительно содержит слой оксида церия, расположенный на слое оксида алюминия, причем толщины слоев алюминия, оксида алюминия и оксида церия составляет соответственно 0,2 - 0,25, 0,130 - 0,135 и 0,150 - 0,155 мкм.