Способ упрочнения оптических элементов Советский патент 1982 года по МПК C03C17/06 G02B5/18 

(5) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

1

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 подложкой .

Современные дифракционные решетки в большинстве случаев изготавливаются на относительно толстых слоях.металла (0,1-10 мкм), нанесенных на 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, нанесеНИИ 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 СТ. Недостатком этого способа являет10ся то, что перед нанесением слоя основного металла, в котором формируются штрихи решеток, проводится дополнительная чистка пленки обезжиренной ватой, смоченной в спирте,

15 а также обработка тлеющим разрядом. Такая чистка не всегда дает требуемую степень чистоты поверхности пленки и, вследствие этого, не всегда обеспечивается получение монолитного

20 слоя металла, прочно сцепленного с пленкой переходного слоя.

Кроме того, процесс формирования переходного слоя (переходной пленки методом ионной бомбардировки требует применения больших доз облучения ( - 1 О® ион/см) , что при обычно используемых значениях плотности тока ионного пучка приводит к длительности облучения (- 6-8 ч) , и тем самым весьма существенно повышает трудоемкость процесса изготовления дифракционной решетки. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ упро чнения оптических элементов из кварцевого стекла путем нанесения слоя металла и последующей бомбардировки его ионами инертного газа, например аргона, с энергией 50 кэВ и дозой 3-10 ион/см l2L 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 параметра ми на поверхность слоя металла. При бомбардировке ионами инертных газов при указанных режимах в слое металла образуются газовые пузырьки, которые также приводят к увеличению светорас сеяния покрытий. Кроме того, использование фиксированного, значения энергии ионов (.50 кэВ) ограничивает толщину упрочняемого слоя металла толщиной не более 0,05 мкм, что недо статочно для изготовления оптических покрытий,, в том числе дифракционных решеток с толщиной слоя металла 0,1-10 мкм. Цель изобретения - повышение адгезии слоев металла толщиной более 0,1 мкм и уменьшение светорассеяния. Поставленная цель достигается тем что согласно способу упрочнения опти ческих элементов, преимущественно ди фракционных решеток, путем нанесения на полированную поддожку из стекла слоя металла и ионной бомбардировки последнего, бомбардировку осуществляют ионами того же металла, аргона или фосфора с дозой 6-10 -6-1 O TIOH/C и энергией выше 50 кэВ. Дифракционные решетки по предла-гаемому способу изгбтавливаются в следующей последовательности. На полированную поверхность под- ложки из стекла термическим испарением 8 вакууме наносят слой металла, например алюминия,толщиной,необходимо для формирования штрихов дифракционны решеток. Затем слой металла бомбардируют ионами того же металла (алю--. миния, аргоном или фосфором с энергией , при которой средний пробег ионов равен не менее 0,8 толщины слоя металла. Нижний предел дозы бомбардировки 6-10 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 реше ° Дозы облучения выше 6-10 ион/см не приемлемы для упрочнения пленок металла, так как ионная бомбардировка дозами выше 6-1 О 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 (.7 6 10 ион/см) вызывает ухудшение пластичности слоя металла, что также вызывает повышенное светорассеяние дифракционных решеток, изготовленных на таких слоях. В предлагаемом изобретении используется физический процесс, которь1й получил название имплантации атомами отдачи. Эффективность этого npdцесса, 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 d - 0,8Rp. 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 с энергией 50 кэВ соответственно равны 590А и . Для упрочнения толстых слоев металла (dJO, 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 алюминия ионами фосфора с энергией 0 кэВ, каждый ион фосфора выбивает из узлов .кристаллической решетки 1000 и более атомов алюминия, причем атомы алюминия, которые были выбит в области границы раздела пленка стеклянная подложка, будут внедряться в стеклянную подложку. Благодаря этому слой алюминия прочно пришивается к стеклянной подложке. Наиболь шая прочность сцепления слоя металла со стеклянной подложкой достигается при выполнении определенного соотношения между величиной среднего пробе га бомбардирующего иона - RP и толщи-15 лее ной слоя металла -d, а именно ,8d и дозе облучения 6-10 6-10 ион/смЧ. После операции бомбардировки производят формирование штрихов в слое металла. Пример . Проводят изготовле ние дифракционных решетокна слоях алюминия. Слои алюминия толщиной порядка 0,1-0,15 мкм наносят на полиро ванную подложку из стекла термическим испарением в вакууме. Затем .слой алюминия бомбардируют на ионном ускорителе ИЛУ-3 бомбардирующими ионами. Плотность тока 1-5 мкА/смЧ Режимы ионной бомбардировки слоев алюминия приведены в Формула изобретения Способ упрочнения оптичерких элементов, преимущественно дифракционных решеток, путём нанесения на полированную подложку из стекла слоя металла, и 16 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 бомкм) 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 (, мкм), наносимыми последовательно при наращивании слоев Одного металла или в многослойных покрытиях из различных металлов и диэлектриков и уменьшение трудоемкости операции ионной бомбардировки . 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.

79220918

аргона или фосфора с дозой 6 10 - 1. Авторское свидетельство СССР 6Ю ион/см и энергией выше 50 кэВ. № 561922, кл. G 02 В 5/13, 1975.

Источники информации,по заявке № 27«375«/29-33,

принятые во внимание при экспертизе 5 кл, С 03 С 17/06, 30.03.79.

2. Авторское свидетельство СССР