Способ изготовления элемента силовых оптических систем Советский патент 1993 года по МПК G02B1/10 

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано в технологии нанесения просветляющих покрытий на выходные окна мощных С02-лазеров.

Цель изобретения - повышение механической устойчивости покрытия и коэффициента пропускания (Т%) элемента лазера.

Поставленная цель достигается тем, что ко способу изготовления оптического элемента на основание из селенида цинка наносят просветляющее покрытие из фторида бария, производят имплантацию ионов кремния на глубину 0,04-0,08 толщины покрытия с экспозиционной дозой излучения 2 Кл/м2, после чего отжигают при 470-570 К в течение 600-2400 с.

Сопоставительный анализ предлагемо- го технического решения и прототипа показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что проводят имплантацию ионов кремния на глубину 0,04-0,08 толщины покрытия с экспозиционной дозой излучения 2 Кл/м , после чего отжигают.

Изобретение осуществляется следующим образом.

На диски, изготовленные из высокочистого поликристаллического селенида цинка, диаметром 12 мм и толщиной 2-3 мм наносили просветляющее покрытие фторида бария оптической толщиной 2,6 мк методом электронно-лучевого испарения на установке ВУ-1А.

Проводили имплантацию двухзарядных ионов кремния при кэВ и Кл/м2 в четвертьволновую пленку фторида бария на установке Везувий-1, где Е - энергия облучения, Д - доза. Отжигали образцы п печи СУОЛ-0.25.1.1/12МР-МЗ. установленной под колпак вакуумной напылительной установки У В Н-2 М-1 с вакуумом 6. Па. К, с. Устойчивость покрытия определяли методом нормального отрыва на разрывной машине модели 2007Р-0.5.

Исследование влияния ионной имплантации и термообработки на оптические свойства системы ZnSe/BaF2 проводили на

ел

00

о о

4 Ю 00

инфракрасном спектрофотометре UR-20 и фурье-спектрометре GBC-110, измеряя спектры пропускания в диапазоне 400-1300 см на всех стадиях обработки образцов.

Результаты испытаний на прочность об- разцов ZnSe/BaF2 сведены в таблицу.

Если сравнить значения образцов не- имплантированных с полученными после имплантации, то видно увеличение в среднем в два раза. Хотя глубина 0,1 мкм, на которую проникают ионы кремния, составляет 3,7% общей толщины (2,65 мкм) просветляющей пленки и они не достигают границы раздела пленка-подложка, тем не менее облучение привело к увеличению ад- гезии пленки к подложке, так как при внедрении иона в твердое тело по его кристаллической решетке распространяется ударная волна, которая может генерировать дефекты на глубине 33 мкм. Этот фактор и приводит к образованию активных центров на поверхности подложки, перестройке структуры границы раздела пленка- подложка и уплотнению пленки, которая при напылении имеет рыхлую структуру.

Испытания, проведенные после отжига дали значение аа 5,70 ±3,15 МПа. Найдено, что имплантация ионов с энергией до 150 кэВ приводит к снижению адгезии, что связано с тем, что проективный пробег внедряемых ионов стал меньше 0,04 толщины просветляющего покрытия.

Результаты исследования влияния ионной имплантации системы ZnSe/BaF2 на изменение коэффициента пропускания в ИК-диапазоне представлены на чертеже, где кривая 1 - спектр не подвергнутого имплантации образца, кривая 2 - подвергнуто- го. Наблюдается увеличение (порядка 3%) коэффициента пропускания, который дости- гает вблизи рабочей частоты , Кроме того, произошло смещение резонансных пиков в длинноволновую часть спектра. Это свидетельствует о существенной перестройке структуры пленки, которая влечет за собой изменение оптических параметров. Улучшение адгезионного контакта пленки с подложкой (оа возросло от 0,74 до 1,17 МПа) привело к увеличению оптического контакта по всей площади пленки, за счет чего увеличился коэффициент Т, а уплотнение пленки под действием пучка ионов привело к изменению не только структуры, но и толщины пленки, вследствие чего измени-, лось положение экстремумов на огибающей спектра. Что касается увеличение количества дефектов в пленке за счет имплантации ионов, то она имеет мелкодисперсную поликристаллическую структуру и поэтому ради- ационные дефекты не изменяют существенно общее количество структурных несовершенств в объеме BaFa, а наоборот, имплантация приводит к упорядочению структуры просветляющей пленки.

В результате исследования 1/1К-спект- ров образцов ZnSe/BaF2, облученных ионами кремния, показало, что имплантация ионов приводит не к деградации системы, а к улучшению оптических характеристик, причем эти изменения сохраняются на достигнутом уровне при термообработке.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить механическую устойчивость покрытия к подложке, увеличить коэф- фициент пропускания элемента и. следовательно, повысить качество оптической системы, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию положительный эффект.

Формула из обретения

Способ изготовления элемента силовых оптических систем, заключающийся в нанесении на основание из селенида цинка просветляющего покрытия из фторида бария, отличающийся тем. что. с целью повышения устойчивости покрытия, дополнительно производят имплантацию ионов кремния на глубину 0,04-0,08 толщины покрытия с экспозиционной дозы излучения 2 Кл/м , после чего производят отжиг при 47-570 К в течение .600-2400 с.

ISfen/п

Исследуемый параметр

Напряжение оя, МПа

Использование: в области силовой оптики, в частности в лазерной технике. Сущность изобретения: в подложку с нанесенной просветляющей пленкой имп- лантируют ионы кремния. При этом ионную имплантацию проводят на глубину 0,04- 0,08 толщины просветляющей пленки, после чего отжигают при 470-570 К в течение 600-2400 с. 1 ил.

Адгезияпленки BaF2, толщиной 2,65 мкм к ZnSe при наклейке на образец при комнатной температуре

Адгезия пленки BaF2, толщиной 2,65 мкм к ZnSe имплантируемы- ми ионами кремния

те

0,74±0.12 1,17

-г-----.-,-

2000Л 3000

WQO ем