[發明專利]空間激光薄膜制備方法

有效

• 申請號: 202010928969.0
• 申請日: 2020-09-07
• 公開（公告）號: CN112267098B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 王胭脂;王志皓;張宇暉;陳瑞溢;許貝貝;朱曄新;趙嬌玲;邵宇川;易葵;賀洪波;邵建達
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: C23C14/34
• 分類號: C23C14/34;C23C14/02;C23C14/54;C23C14/08;C23C14/10
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

本發明屬于光學薄膜技術領域，具體涉及空間激光薄膜制備方法。該方法提出一種制備空間激光薄膜的全流程技術方案，包括去除基底表面污染物和亞表面缺陷、增加抗輻照保護層，基底上鍍膜，明確了各環節的技術方案和實現途徑，使用本發明制備的薄膜，基底表面及亞表面缺陷大大減少，薄膜折射率可達到體材料水平，在大氣?真空環境下光譜偏移小，也不易受到空間粒子輻照的影響，并且具有較高的激光損傷閾值，改善了常規激光薄膜不適用于空間環境的情況。

技術領域

本發明屬于光學薄膜技術領域，具體涉及空間激光薄膜制備方法。

背景技術

隨著人類對空間環境探測的不斷深入，以及激光器不斷發展，空間激光系統已成為航天任務中的重要工具。而光學薄膜作為光學系統中最為薄弱的元件之一，并且在軌運行中光學薄膜一旦發生損傷將無法修復或更換，因此它的穩定性和使用壽命對于整個系統來說至關重要。空間中有著不同于地面的真空、高低溫交變、高能粒子輻照等特殊環境因素，對于空間應用的激光薄膜，不僅要能抵抗激光損傷，還要能在空間環境中有很好的穩定性，這對光學薄膜提出了更高的要求。

而傳統電子束蒸發制備的激光薄膜結構疏松多孔，從地面到空間的過程中會發生較為嚴重的大氣-真空效應和輻照損傷，造成薄膜材料的微觀結構、應力及材料熱力學參數發生變化，進而影響到宏觀的光譜性能和抗激光損傷性能，因此不適用于空間環境。

此外，基底的表面缺陷和亞表面缺陷也極大地限制了薄膜的激光損傷閾值，通常使用的超聲清洗無法有效去除基底雜質，需要HF等化學刻蝕方法或離子束刻蝕方法才能有效去除污染物和亞表面缺陷。

針對傳統加工和制備工藝存在的缺點，本發明提出一種從基底清洗到鍍膜工藝的全流程制備技術，進一步提升薄膜的激光損傷閾值和空間穩定性。

發明內容

本發明的目的在于提供空間激光薄膜制備方法，提出了一種包括去除基底表面污染物和亞表面缺陷、增加抗輻照保護層，基底上鍍膜的全流程技術方案，有效解決了激光薄膜在空間環境中穩定性差的問題。

本發明的技術解決方案如下：

(1)去除基底表面污染物和亞表面缺陷；

(2)選擇SiO₂、Al₂O₃和MgF₂中的一種作為抗輻照保護層，并在基底上鍍膜。

本發明中，所述步驟(1)的具體步驟為：

(1.1)將基底經過超聲清洗10～30min，再用去離子水沖洗，最后用高純氮氣吹干；

(1.2)對基底進行氫氟酸刻蝕或離子束刻蝕，刻蝕深度為180-220nm。

本發明中，所述的基底材料為抗空間輻照基底材料，如石英玻璃。

本發明中，所述的激光薄膜是由SiO₂、Al₂O₃、MgF₂、TiO₂、Ta₂O₅、ZrO₂、HfO₂、Nb₂O₅中的一種或多種組成的單層膜或多層膜。

本發明中，所述步驟(2)中的抗輻照保護層位于入射介質層上面，SiO₂、MgF₂適用于紫外波段，Al₂O₃適用于可見和紅外波段。

本發明中，所述步驟(2)在基底上鍍膜的具體步驟為：

(2.1)擦洗鍍膜機內真空腔室，進行真空抽氣；