Способ упрочнения оптических элементов

О П И С А Н И Е (1)922091ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз СоыетсиикСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет Опубликовано 23.0482. Бюллетень15Дата опубликования описания 23.0482 по делам нзабретеннй и открытий(54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ 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 подложо кой.Современные дифракционные решетки в большинстве случаев изготавливаются на относительно толстых слоях.металла ( О,1 -10 мкм ), нанесенных нат 5 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, найесении на подложку слоя металла термическим испарением в вакууме с последующим формированием штрихов решетокв слое металла, При этом в поверхностном слое стекла образуется особыйпереходный слой, на протяжении которого подложка плавно переходит посоставу и свойствам в пленку металла, прочно связанную с подложкой Ц,Недостатком этого способа является то, что перед нанесением слоя основного металла в котором формируются штрихи решеток, проводится дополнительная чистка пленки обезжиренной ватой, смоченной в спирте,а также обработка тлеющим разрядом.Такая чистка не всегда дает требуемую степень чистоты поверхности пленки и, вследствие этого, не всегдаобеспечивается получение монолитногослоя металла, прочно сцепленного спленкой переходного слоя,Кроме того, процесс формированияпереходного слоя (переходной пленки)методом ионной бомбардировки требуетприменения больших доз облучения10 - 10 В ион/см), что при обычно используемых значениях плотноститока ионного пуцка приводит к дли тельности облучения6-8 ц), и темсамым весьма существенно повышаеттрудоемкость процесса изготовлениядифракционной решетки,Наиболее близким по технической осущности и достигаемому результатук предлагаемому является способ упрочнения оптических элементов из кварцевого стекла путем нанесения слояметалла и последующей бомбардировки 15его ионами инертного газа, напримераргона, с энергией 50 кэВ и дозой310" ион/см 2.Недостатком известного способа является то, цто ионная бомбардировкапри этих режимах приводит к увеличению их светорассеяния до 10 развследствие распыляющего воздействияионного пучка с указанными параметрами на поверхность слоя металла, Прибомбардировке ионами инертных газовпри указанных режимах в слое металлаобразуются газовые пузырьки, которыетакже приводят к увеличению светорассеяния покрытий, Кроме того, исполь- звзование фиксированного. значения энергии. ионов 50 кэВ) ограничиваеттолщину упрочняемого слоя металлатолщиной не более 0,05 мкм, что недостаточно для изготовления оптическихпокрытий в том числе дифракционных .решеток с толщиной слоя металла0,1-10 мкм,Цель изобретения - повышение адгезии слоев металла толщиной более01 мкм и уменьшение светорассеяния.Поставленная цель достигается тем,что согласно способу упрочнения оптических элементов, преимущественно дифракционных решеток, путем нанесенияна полированную подложку из стекласлоя металла и ионной бомбардировкипоследнего, бомбардировку осуществляют ионами того же металла, аргонаили фосфора с дозой 610 -б 1 О ион/см50и энергией выше 50 кэВ,Дифракционные решетки по предлагаемому способу изготавливаются вследующей последовательности,На полированную поверхность под 55ложки из. стекла термическим испарением в вакууме наносят слой металла,например алюминия, толщиной, необходимойдля формирования штрихов дифракционных 3 922091 4решеток, Затем слой металла бомбардируют ионами того же металла алюминия), аргоном или фосфором с энергией, при которой средний пробегионов равен не менее 0,8 толщиныслоя металла.Нижний предел дозы бомбардировки6 10"4 обусловлен тем, что при меньших дозах наблюдаемый эффект упрочнения сцепления слоя металла со стеклянной подложкой оцень мал, что непозволяет использовать также слоипри изготовлении дифракционных реше 15Дозы облуцения выше 6 10 ион/смне приемлемы для упрочнения пленокметалла, так как ионная бомбардировка дозами выше 610 ион/см, ведетк неравномерному распылению слояметалла и тем самым к увеличениюсветорассеяния слоя металла более,цем в 10 раз,Кроме того, бомбардировка большими дозами6 .10 "ион/см ) вызываетЯухудшение пластичности слоя металла,цто также вызывает повышенное светорассеяние дифракционных решеток, изготовленных на таких слоях.В предлагаемом изобретении используется физический процесс, которыйполучил название "имплантации атома-ми отдачи", Эффективность этого процесса, которая определяется как количество "вбитых" в подложку атомовметалла на один падающий ион, зависит от энергии бомбардирующих ионов,, Эффективность процесса имеет максимальное значение при условиид - 0,8 КР. Она достаточно высока винтервале 2 д , %р 7, 0,8 д. Этот интервал и определяет область используемых энергий,Расчеты показывают, что средниепробеги ионов А 1 и Аг в алюминиис энергией 50 кэВ соответственно равны 590 А и ИОА, Для упрочнения толстых слоев металла (00,1 мкм), например алюминия, необходимо использовать ионы с энергией более 50 кэВ,цто касается значения максимальнойэнергии, то она определяется в каждом конкретном случае.В ходе бомбардировки,бомбардирующие ионы в процессе упругих столкновений передают большую часть своейэнергии атомам слоя металла, в результате чего последние в большомколичестве "вбиваются" в стекляннуюподложку, При бомбардировке слоя алю" 40 кэВ, каждый ион фосфора выбивает из .узлов,кристаллической решетки1000 и более атомов алюминия, причематомы алюминия, которые были выбитыв области границы раздела пленкастеклянная подложка, будут внедряться в стеклянную подложку. Благодаряэтому слой алюминия прочно "пришивается" к стеклянной подложке, Наибольшая прочность сцепления слоя металласо стеклянной подложкой достигаетсяпри выполнении определенного соотношения между величиной среднего пробега бомбардирующего иона - Рр и толщиной слоя металла -д, а именноРр), 0,8 д и дозе облучения 6.10146.101 ион/см.После операции бомбардировки производят формирование штрихов в слое 20металла,П р и м е р , Проводят изготовление дифракционных решеток на слояхалюминия, Слои алюминия толщиной порядка 0,1-0,15 мкм наносят на полиро ванную подложку из стекла термическим испарением в вакууме,Затем слой алюминия бомбардируютна ионном ускорителе ИЛУбомбардирующими ионами, Плотность тока ЗО1-5 мкА/см. Режимы ионной бомбардировки слоев алюминия приведены в 9220 Толщина слоя,мкмТип бомбардирующего иона Материалслоя Е(кэВ) (ион/см ) 610 6 10 6, 1014 120 0,12 А 1 200 0,2 А 1 160 Аг Аг 300 0,25 А 1 1000 От 9. А 1 1000 6,1 015 А 1 А 1 ионной бомбардировки последнего,о т л и ц а ю щ и й с я тем цто, сцелью повышения адгезии слоев металла толщиной более 0,1 мкм и уменьшения светорассеяния, бомбардировкуосуществляют ионами того же металла,формула изобретения Способ упрочнения оптических эле 55 ментов, преимущественно дифракционных решеток, путем нанесения на полированнчю подложку из стекла слоя металла.и91 4таблице (в т.ч, характеристика полученных слоев),В таблице приведены примеры режимов ионной бомбардировки слоев.алюминия, нанесенных на стеклянные подложки и характеристика полученныхслоев,После этого проводят формированиештрихов в слое металла на делительноймашине,Использование этих режимов обеспечивает повышение в 7-8 раз прочностисцепления толстых слоев (0,1-10 и более мкм) к подложке и уменьшает примерно на порядок величину светорассеяния оптических покрытий,Таким образом, использование предложенного способа обеспечивает посравнению с существующими способамиувеличение механической прочностисцепления слоя металла с полированной подложкой из стекла, увеличениеадгезии в толстых (до 1 О мкм и более)слоях металла между отдельными составляющими его частями ( 0,1 мкм), наносимыми последовательно при наращивании слоев одного металла или в многослойных покрытиях из различных металлов и диэлектриков и уменьшениетрудоемкости операции ионной бомбардировки,7 922091 8аргона или фосфора с дозой 610"4 -1, Авторское свидетельство СССР610"ион/см и энергией выше 50 кэВ, Ю 561922, кл. 6 02 В 5/13, 1975.2. Авторское свидетельство СССРИсточники информации, по заявке й 2743751/29-33,принятые во внимание при экспеотизе 5 кл, С 03 С 17/06, 30,03,79.Составитель Г, БуровцеваРедактор Г, Волкова Техред Е, Харитончик Корректор Н. СтецЗаказ 2 ч 91/31 Тираж 507Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д, М/5 Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул, Проектная, 4