必须点赞!大口径高面型介质镀膜技术重大突破

发布时间:2021-04-14

随着光学系统的应用领域不断扩展,大口径光学元件的市场需求也越来越大。不仅对大口径光学元件先进制造的效率和精度提出了重大挑战,也对大口径光学元件的镀膜提出了更高的要求。为了保证镀膜后的面型精度,传统大口径光学元件都是以镀金属反射膜为主。因为金属膜即使加上保护膜,也仅仅是几层而已,膜层的均匀性和应力变化不难控制,从而保证了镀膜后光学元件的面型精度基本可以维持在可接受的变化范围内。但是金属膜层在外场会随着时间的推移而发生氧化,反射率越来越下降。所以通常每隔几年就需要把这些大口径光学系统拆卸后再重新抛光镀膜,维护成本和周折很大。在一些人烟稀少的天文台站,为了就近重新镀膜,甚至还专门修建了相应的镀膜车间,和天文台毗邻配套。所以长期以来,大型光学系统都渴望着用介质高反膜来取代金属反射膜。然而,介质高反膜很难确保膜层反射率和均匀性的两者统一,通常在镀膜完成后,光学元件的面型精度会降低若干倍,整个光学系统精度达不到要求。所以多年来这是全世界大型光学系统的痛点和难点。

2014年以后,英田光学敏锐的发现越来越多的大口径光学元件应用于高能激光系统上,因此高损伤阈值介质高反膜成为了刚需。为此,英田光学投入了上千万元进行设备改造和技术攻关,经过六年多的不断摸索,屡败屡战,一步步的攻克了这一业界公认的技术难题。

2020年英田光学承担了中科院某光机所D1230非球面反射镜的抛光镀膜任务。该镜面的口径为1230mm,膜系要求为介质反射膜,波段:420~800nm,平均反射率≥97%(入射角小于15°);镀膜层数要求在70层以上。要求在镀膜完成后面型精度RMS≤λ/30(λ=632.8nm)。此项目除了因产品尺寸较大,膜层的均匀性难以控制外,由于膜层厚,产生的应力还会导致元件面型拉伸变形等一系列变化。因此,对大口径光学元件在镀膜前的研磨、抛光等加工技术要求也非常苛刻。

为保证该反射镜的面型精度,我们技术人员不断优化工艺、去除精磨的破坏层,使表面粗糙度和面型精度均优于规定的要求PVr≤λ/4,RMS≤λ/40(λ=632.8nm);精修面型后表面光洁度达到3级,为后期的镀膜创造了有利条件。

针对较大的残余应力会增加光学元件发生面形变化的的风险等特点,技术人员进行了关键技术攻关并取得显著成果,他们在之前经验的基础上,大胆创新、反复试验,严格控制温度,提高了膜层的耐环境性;克服大口径光学元件镀膜均匀性等复杂工艺。最终一次性完成任务,膜后面型精度达到了:PVr≤λ/3,RMS≤λ/30(λ=632.8nm)。

众所周知,大口径高面型介质镀膜的一次性成功,不仅避免了再次返工抛光镀膜带来的成本增加,此项技术的突破,还意味着为批量化生产大口径介质高反元件奠定了坚实基础。最终为客户降低了采购成本和提高了交期的确定性,提升了经济效益。今后,公司也将继续深入探索大口径光学元件介质镀膜工艺,为我国大口径光学系统广泛运用介质高反膜提供坚实的技术支撑。

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