[發明專利]一種非線性光學晶體表面增透保護膜的制備方法

有效

• 申請號: 201410007327.1
• 申請日: 2014-01-08
• 公開（公告）號: CN103757706A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 王曉棟;沈軍;吳廣明;周斌
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C30B33/00
• 分類號: C30B33/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

技術領域

本發明屬于光學薄膜制備技術領域，具體涉及一種易潮解的非線性光學晶體表面增透保護膜的制備方法。

背景技術

隨著高功率激光系統規模的不斷擴大和激光能量密度的不斷升高，對激光玻璃、倍頻晶體、光學鍍膜等與之配套的光學元件要求越來越高。其中，非線性光學晶體作為激光系統中實現頻率轉換的關鍵元件，其重要程度不言而喻。然而，這些晶體（如KDP、DKDP、LBO、BBO等）大多是在水溶液中生長的，具有熔點低、易吸潮等缺點，嚴重影響了晶體器件的使用壽命。因此，通常需要在非線性光學晶體表面鍍制低溫固化的防潮保護膜來保證它的穩定工作。除了良好的防潮功能外，用于非線性晶體的保護膜還必須具備優異的光學增透性能、抗激光損傷性能和對環境穩定性能。

針對該問題，國內外已有多家機構開展了研究。申請人吳以成、魯路等人[200810104670.2]公開了一種硼酸鹽晶體的有機硅防潮保護膜制備方法。該方法采用硅烷偶聯劑合成了一種帶有疏水有機基團的保護膜，從而起到保護硼酸鹽晶體的作用。然而該類保護膜表面結構致密，透光性不理想。孫予罕、張曄等人[98123529.8]公開了一種防潮增透二氧化硅涂層制法，獲得了增透效果好、疏水性好的保護膜。但是該方法制備的保護膜并未針對晶體的防潮性能進行研究，僅測量的膜層的疏水角，沒有考慮潮濕水汽的影響。美國勞倫斯利弗莫爾實驗室I.M.?Thomas?[SPIE,?1991,1561:?pp.?70-82]?開發的含氟聚合物材料制備的防潮膜也是比較令人關注的，但其激光損傷閾值還有待提高。

發明內容

本發明針對非線性光學晶體保護膜防潮、抗污染能力與增透功能的需求，提供了一種防潮+增透的雙層增透保護膜的制備方法，同時這種保護膜還具備較高的激光損傷閾值和耐環境的穩定性。

本發明提供的一種非線性光學晶體表面增透保護膜的制備方法，該保護膜是由結構致密的防潮膜層和低折射率增透膜層形成的雙層光學膜系組成，所述的防潮膜層材料由含有疏水基團的硅醇鹽獲得，使其具備結構致密、表面能低的特性，將空氣中的水分子與晶體隔絕，從而提高其抗潮解能力；所述的低折射率增透膜層材料由堿性催化的氧化硅溶膠與有機硅添加劑改性獲得，使其具備折射率低、耐環境穩定以及抗激光損傷性能；具體步驟如下：

(1)采用蒸餾方法提純原材料，以甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷或辛基三甲氧基硅烷中任一種為前驅體，以水為反應物，乙醇為溶劑，以鹽酸或乙酸為催化劑，按比例混合反應合成后用高沸點溶劑進行溶劑替換，得到防潮膜溶膠鍍膜液；前驅體、催化劑、反應物、溶劑的反應摩爾比為：1：0.5~2：1~2：20~30。

(2)以正硅酸四乙酯為前驅體，氨水為催化劑、乙醇為溶劑，按比例混合反應后獲得多孔氧化硅溶膠。通過對制備氧化硅溶膠進行摻雜和改性劑改性處理，獲得功能化的增透膜溶膠鍍膜液；前驅體、催化劑、溶劑、改性劑的反應摩爾比為：1：3：50：1~2；

(3)在相對濕度環境<40%的清潔環境下，采用步驟(1)所述的鍍膜液在晶體表面鍍制一層致密的防潮膜，然后對其進行100~120℃的熱處理20分鐘完成膜層的固化，使之不溶于第二層增透膜使用的溶劑中。膜層厚度根據實際的晶體材料及增透波長需求加以調節；

(4)采用步驟(2)所述的增透膜溶膠鍍膜液，在步驟(3)得到的鍍制了一層防潮膜的晶體上鍍制一層改性增透膜，然后對其進行80~100℃的熱處理10分鐘即可完成該增透保護膜的制備。膜層厚度根據實際的晶體材料及增透波長需求加以調節。

本發明中，步驟(2)中所述改性劑為六甲基二硅氮烷、聚二甲基硅氧烷、三甲基氯硅烷或全氟十二烷基三氯硅烷等中任一種。

本發明中，步驟(1)和步驟(2)中制備的溶膠是在常溫20~25℃的條件下完成的，獲得的溶膠需要在20℃下老化5~7天使其穩定后方可用于鍍膜。

所述的膜層厚度根據不同晶體的折射率及增透波長需求，通過結合光學薄膜理論計算獲得。如圖1所示為根據LBO晶體表面雙色寬帶增透膜需求（T@800nm±50nm>99.5%；并且T@527nm>99.0%）設計的雙層膜的透過率光譜，所需的膜層厚度分別為128?nm和102?nm。

所述的鍍膜方法是通過提拉浸鍍實現的。

本發明與現有技術相比，具有以下優點：

1、本發明結合化學鍍膜方法和物理光學薄膜理論，制備了雙層膜系。有效解決了非線性晶體易潮解問題和特定波段增透的需求。