天文望远镜的超宽带高反射率反射镜膜系及其制备方法

摘要

天文望远镜的超宽带高反射率反射镜膜系及其制备方法，膜系结构如下，自反射镜表面开始依次为：打底层、银层、钝化层、介质膜堆层。所述打底层采用铬、镍铬合金或三氧化二铝，厚度为10nm-25nm；所述银膜层厚度约为100nm；所述钝化层采用NiCrNx，厚度1nm；所述介质膜堆层采用氧化铪与氟化镁两种高、低折射率的光学薄膜材料交替组成。本发明是目前所有空间天文反射镜制备方法中波段最宽、反射效率最高的反射镜，相比于传统铝反射镜，光谱反射效率在紫外与可见光波段高出约8%；本发明所涉及超宽带高效反射镜相比于传统银反射镜，使用寿命更长，环境稳定性更加出色。

权利要求

1.一种天文望远镜的超宽带高反射率反射镜膜系，其特征在于，膜系结构如下，自反射镜表面开始依次为：打底层、银层、钝化层、介质膜堆层。

2.根据权利要求1所述的天文望远镜的超宽带高反射率反射镜膜系，其特征在于，所述打底层采用铬、镍铬合金或三氧化二铝，厚度为10nm-25nm；

所述银膜层厚度约为100nm；

所述钝化层采用NiCrNx，厚度1nm；

所述介质膜堆层采用氧化铪与氟化镁两种高、低折射率的光学薄膜材料交替组成。

3.权利要求1所述的天文望远镜的超宽带高反射率反射镜膜系的制备方法，其特征在于，步骤如下：（1）所需条件：反射镜镀制需在万级以上洁净车间内完成，真空镀膜设备为离子辅助电子束蒸镀形式，设备应配置有水汽捕集系统，为无油真空环境，镀制前需要对真空室内部进行彻底清洁并烘烤干净，车间内相对湿度应小于45%；

（2）工作准备：加入需要使用的镀膜材料：铬或镍铬合金、银、NiCrNx、氟化镁、氧化铪，清洁待镀反射镜并放入真空室，对真空室进行抽真空；

（3）抽真空至5×10-4Pa以下开始镀膜；

（4）打底层镀制步骤：离子源轰击清洁反射镜表面10分钟以上，蒸镀打底层材料铬或镍铬合金，厚度10nm-25nm；

（5）银膜镀制步骤：银材料经过预熔后进行快速蒸镀，速率需达到10nm/S，银膜层控制厚度约100nm；

（6）钝化层镀制步骤：钝化层采用NiCrNx，厚度约1nm；

（7）介质膜堆层镀制步骤：介质膜堆层采用氧化铪与氟化镁两种高、低折射率的光学薄膜材料交替镀制完成，起到增加特定波段反射效率的作用同时可以持久的保护银膜免受环境中的酸性物质侵蚀。

4.根据权利要求3所述的天文望远镜的超宽带高反射率反射镜膜系的制备方法，其特征在于，步骤（2）加入需要使用的镀膜材料，是指：在无氧铜坩埚中分别加入铬或镍铬合金、NiCrNx、氟化镁、氧化铪；在钼质蒸发舟中加入银料。

5.根据权利要求3所述的天文望远镜的超宽带高反射率反射镜膜系的制备方法，其特征在于，步骤（4）打底层镀制步骤为：打底层镀制材料为铬或镍铬合金，镀前真空度优于5×

10-4Pa，霍尔离子源轰击10分钟以上用于清洁镜面，离子源参数：充40SCCM 氧气，离子源阳极电压180 伏，阳极电流6 安培。

6.根据权利要求3-5之一所述的天文望远镜的超宽带高反射率反射镜膜系的制备方法，其特征在于，步骤（7）介质膜堆层镀制步骤：介质膜堆层采用氧化铪与氟化镁两种高、低折射率的光学薄膜材料交替镀制完成，烘烤温度100℃-200℃，恒温2-4小时，辅助蒸镀离子源参数：充40SCCM 氧气，离子源阳极电压180 伏，阳极电流6 安培。

说明书

天文望远镜的超宽带高反射率反射镜膜系及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及光学镀膜加工技术领域，尤其是一种用于空间天文望远镜上的超宽带高反射效率的反射镜膜系的设计；本发明还涉及这种超宽带高反射效率的反射镜膜系的制备方法。

背景技术

[0002] 空间天文研究始于20世纪40年代，空间科学技术的迅速发展，给空间天文研究开辟了十分广阔的前景。在高层大气和大气外层空间开展的天文观测有地面天文观测无法比拟的优越性。在地面进行天文观测，由于大气中臭氧、氧、氮分子等对紫外线的强烈吸收，地面紫外光谱观测无法进行；由于水汽和二氧化碳分子等的振动带、转动带对光谱所造成的强烈吸收，红外波段只有为数很少的几个观测波段。而且在射电波段上，短波被低层大气中的水汽吸收，长波辐射被电离层反射回空间，同时分子散射造成地球大气的非选择性消光作用。空间天文观测基本不受上述因素的影响，并且减轻或免除地球大气湍流造成的光线抖动，提高了仪器的分辨本领。

[0003] 用于观测的空间光学望远镜需要相应配置可工作于从紫外到红外波段的光学反射镜，如哈勃空间望远镜为适应超宽带的观测需要，反射镜膜层采用了铝加氟化镁保护膜的形式。然而采用这种方式所提供的反射镜效率仍显不够，为提高空间光学望远镜光学效率，本发明提供一种从紫外到红外均具有高反射效率的反射镜的设计与制备方法。

发明内容

[0004] 针对目前用于空间天文望远镜的反射镜效率不足，本发明的目的是提出一种天文望远镜的超宽带高反射效率的反射镜膜系，即在紫外、可见光与红外波段（即220nm至12000nm）均具有高反射效率的反射镜膜系的设计；本发明还提供这种超宽带高反射效率的反射镜膜系的制备方法。

[0005] 本发明的技术解决方案是：一种天文望远镜的超宽带高反射效率的反射镜膜系，即在紫外、可见光与红外波段（即220nm至12000nm）均具有高反射效率的反射镜膜系，其特征在于，膜系结构如下，自反射镜表面开始依次为：打底层、银层、钝化层、介质膜堆层。

[0006] 其中打底层可以采用铬、镍铬合金或三氧化二铝，厚度10nm-25nm；银膜层厚度约为100nm；
钝化层采用NiCrNx，厚度1nm；
介质膜堆层采用氧化铪与氟化镁两种高、低折射率的光学薄膜材料交替组成，起到增加紫外波段反射效率的作用同时也起到保护银膜的作用。

[0007] 完成本申请第二个发明任务的技术方案是，上述天文望远镜的超宽带高反射效率的反射镜膜系的制备方法，其特征在于，步骤如下：（1）所需条件：反射镜镀制需在万级以上洁净车间内完成，真空镀膜设备为离子辅助电子束蒸镀形式，设备应配置有水汽捕集系统，为无油真空环境，镀制前需要对真空室内部进行彻底清洁并烘烤干净，车间内相对湿度应小于45%；
（2）工作准备：加入需要使用的镀膜材料：铬或镍铬合金、银、NiCrNx、氟化镁、氧化铪，清洁待镀反射镜并放入真空室，对真空室进行抽真空；
（3）抽真空至5×10-4Pa以下开始镀膜；
（4）打底层镀制步骤：离子源轰击清洁反射镜表面10分钟以上，蒸镀打底层材料铬或镍铬合金，厚度10nm-25nm；
（5）银膜镀制步骤：银材料经过预熔后进行快速蒸镀，速率需达到10nm/S，银膜层控制厚度约100nm；
（6）钝化层镀制步骤：钝化层采用NiCrNx，厚度约1nm；
（7）介质膜堆层镀制步骤：介质膜堆层采用氧化铪与氟化镁两种高、低折射率的光学薄膜材料交替镀制完成，起到增加特定波段反射效率的作用同时可以持久的保护银膜免受环境中的酸性物质侵蚀。

[0008] 更具体和更优化地说，各步骤操作方法如下：步骤（2）加入需要使用的镀膜材料，是指：在无氧铜坩埚中分别加入铬或镍铬合金、NiCrNx、氟化镁、氧化铪；在钼质蒸发舟中加入银料。

[0009] 步骤（4）打底层镀制步骤：打底层镀制材料为铬或镍铬合金，镀前真空度优于5×10-4Pa，霍尔离子源轰击10分钟以上用于清洁镜面，离子源参数：充40SCCM 氧气，离子源阳极电压180 伏，阳极电流6 安培；
步骤（7）介质膜堆层镀制步骤：介质膜堆层采用氧化铪与氟化镁两种高、低折射率的光学薄膜材料交替镀制完成，烘烤温度100℃-200℃（由成膜工艺条件决定），恒温2-4小时（由反射镜几何尺寸决定），辅助蒸镀离子源参数：充40SCCM 氧气，离子源阳极电压180 伏，阳极电流6 安培。

[0010] 由于采用了上述方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果：本发明提出一种可在紫外、可见光与红外波段（220nm-12000nm）均具有高反射效率用于空间天文望远镜之上的反射镜设计与制备方法。

[0011] （1）本发明所涉及超宽带高效反射镜是目前所有空间天文反射镜制备方法中波段最宽、反射效率最高的反射镜，相比于传统铝反射镜，光谱反射效率在紫外与可见光波段高出约8%；（2）本发明所涉及超宽带高效反射镜相比于传统银反射镜，使用寿命更长，环境稳定性更加出色。

附图说明

[0012] 图1是本发明涉及的超宽带高效反射镜结构示意图；图2 是本发明涉及的超宽带高效反射镜反射效率图（220nm-12000nm）；
图3 是本发明涉及的超宽带反射镜与铝镜反射效率对比图（220nm-1000nm）。

具体实施方式

[0013] 实施例：用于空间天文望远镜反射镜的超宽带高效反射膜系，参照图1：图中，光学反射镜片1，打底层2，银层3，钝化层4，介质膜堆层5-8。

[0014] 用于空间天文望远镜反射镜的超宽带高效反射膜系制备工艺方法具体如下：（1）所需条件：反射镜镀制需在万级以上洁净车间内完成，真空镀膜设备采用离子辅助电子束蒸镀形式，设备应配置有水汽捕集系统，为无油真空环境，镀制前需要对真空室内部进行彻底清洁并烘烤干净，车间内相对湿度应小于45%；
（2）工作准备：在无氧铜坩埚中分别加入铬、NiCrNx、氟化镁、氧化铪；在钼质蒸发舟中加入银料。清洁待镀反射镜并放入真空室，对镀膜室抽真空至5×10-4Pa以下开始镀膜；
（3）打底层镀制步骤：打底层镀制材料为铬，厚度10nm-25nm，镀前真空度优于5×10-
4
Pa，霍尔离子源轰击10分钟以上用于清洁镜面，离子源参数：充40SCCM 氧气，离子源阳极电压180 伏，阳极电流6 安培；
（4）银膜镀制步骤：银材料经过预熔后进行快速蒸镀，速率需达到10nm/S，银膜层控制厚度约100nm；
（5）钝化层镀制步骤：钝化层采用NiCrNx，厚度约1nm；
（6）介质膜堆层镀制步骤：介质膜堆层采用氧化铪与氟化镁两种高、低折射率的光学薄膜材料交替镀制完成，烘烤温度200℃，恒温2小时，辅助蒸镀离子源参数：充40SCCM 氧气，离子源阳极电压180 伏，阳极电流6 安培。