JPH0561601B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0561601B2 JPH0561601B2 JP58222420A JP22242083A JPH0561601B2 JP H0561601 B2 JPH0561601 B2 JP H0561601B2 JP 58222420 A JP58222420 A JP 58222420A JP 22242083 A JP22242083 A JP 22242083A JP H0561601 B2 JPH0561601 B2 JP H0561601B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- refractive index
- layer
- chalcogenide glass
- pbf
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
- G02B1/10—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
- G02B1/11—Anti-reflection coatings
- G02B1/113—Anti-reflection coatings using inorganic layer materials only
- G02B1/115—Multilayers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Surface Treatment Of Optical Elements (AREA)
Description
産業上の利用分野
本発明は沃化タリウム（TlI）と臭化タリウム
（TlBr）との混晶、たとえばKRS−５と呼ばれ
る材料で作られた赤外用光学部品（ウインドウ、
レンズ、オプテイカルフアイバーなど）用の反射
防止膜に関するものである。 従来例の構成とその問題点 KRS−５は、屈折率が2.37（波長10.6μｍにおい
て）と大きいために反射損失が入出力端を合せて
約28％もある。これを減らすには端面に反射防止
膜をコーテイングすることが望ましい。しかし
KRS−５に無反射コートする技術は未だ確立さ
れておらず、文献もほとんど無い。 この様な状況において最近KRS−５が炭酸ガ
スレーザメス用の導光路（オプテイカルフアイバ
ー）として実用化されるに至り、その透過率向上
を目的とした反射防止膜の要望が高まつて来た。 この導光路端面に使用される反射防止膜は炭酸
ガスレーザ光が照射されるという点でまず通常の
赤外用の窓、レンズ等のそれに比べ高い耐光力が
要求される。さらに導光路の場合には一般にレー
ザ光を集光して端面に入射させるため表面でのパ
ワー密度は通常のレーザ用光学部品の場合より２
桁位大きなものとなる。例えば50W出力時には、
導光路入力端でのパワー密度は50KW／cm2にも達
する。従つて導光路端面上の反射防止膜は耐環境
性、耐はく離性のみならず、極度に大きな耐光力
が要求される。 耐光力を向上させるには、まずいかに吸収の少
ない反射防止膜を実現するかにかかつている。 従来、炭酸ガスレーザ用透明光学部品の素材で
あるセレン化亜鉛（ZnSe）、ヒ素化ガリウム
（GaAs）や塩化カリウム（KCl）等の反射防止膜
は、単層膜構造、二層膜構造、三層膜構造等が試
みられている。それ以上の多層でも反射防止膜は
構成出来るが蒸着膜形成時の作業容易性に難点が
生じたり、レーザ光に対する膜厚増加に伴う吸収
増大を招いたりするという問題が生ずるので特殊
な場合を除き反射防止膜の層数は三層が限度とさ
れている。 単層膜構造が最も製作上容易である。光学の理
論によれば、屈折率ｎが光学部品素材の屈折率ns
の平方根√sに等しいという条件を満足すれば、
光学的厚みnd＝λ／４（λ＝10.6μｍの場合、nd
＝2.65μｍ）で基板上に蒸着した場合の反射率は
零になり単層反射防止膜となる。 自然界には、この様な条件を満足してくれるも
のは非常に限られる。KRS−５素材の屈折率ns
の平方根√s＝√2.37≒1.54に近い屈折率の材料
としては第１表の様なものがある。
（TlBr）との混晶、たとえばKRS−５と呼ばれ
る材料で作られた赤外用光学部品（ウインドウ、
レンズ、オプテイカルフアイバーなど）用の反射
防止膜に関するものである。 従来例の構成とその問題点 KRS−５は、屈折率が2.37（波長10.6μｍにおい
て）と大きいために反射損失が入出力端を合せて
約28％もある。これを減らすには端面に反射防止
膜をコーテイングすることが望ましい。しかし
KRS−５に無反射コートする技術は未だ確立さ
れておらず、文献もほとんど無い。 この様な状況において最近KRS−５が炭酸ガ
スレーザメス用の導光路（オプテイカルフアイバ
ー）として実用化されるに至り、その透過率向上
を目的とした反射防止膜の要望が高まつて来た。 この導光路端面に使用される反射防止膜は炭酸
ガスレーザ光が照射されるという点でまず通常の
赤外用の窓、レンズ等のそれに比べ高い耐光力が
要求される。さらに導光路の場合には一般にレー
ザ光を集光して端面に入射させるため表面でのパ
ワー密度は通常のレーザ用光学部品の場合より２
桁位大きなものとなる。例えば50W出力時には、
導光路入力端でのパワー密度は50KW／cm2にも達
する。従つて導光路端面上の反射防止膜は耐環境
性、耐はく離性のみならず、極度に大きな耐光力
が要求される。 耐光力を向上させるには、まずいかに吸収の少
ない反射防止膜を実現するかにかかつている。 従来、炭酸ガスレーザ用透明光学部品の素材で
あるセレン化亜鉛（ZnSe）、ヒ素化ガリウム
（GaAs）や塩化カリウム（KCl）等の反射防止膜
は、単層膜構造、二層膜構造、三層膜構造等が試
みられている。それ以上の多層でも反射防止膜は
構成出来るが蒸着膜形成時の作業容易性に難点が
生じたり、レーザ光に対する膜厚増加に伴う吸収
増大を招いたりするという問題が生ずるので特殊
な場合を除き反射防止膜の層数は三層が限度とさ
れている。 単層膜構造が最も製作上容易である。光学の理
論によれば、屈折率ｎが光学部品素材の屈折率ns
の平方根√sに等しいという条件を満足すれば、
光学的厚みnd＝λ／４（λ＝10.6μｍの場合、nd
＝2.65μｍ）で基板上に蒸着した場合の反射率は
零になり単層反射防止膜となる。 自然界には、この様な条件を満足してくれるも
のは非常に限られる。KRS−５素材の屈折率ns
の平方根√s＝√2.37≒1.54に近い屈折率の材料
としては第１表の様なものがある。
【表】
第１表より判る様に単層反射防止膜では反射率
を零にすることは出来ず１％程度の反射が残る。
ThF4の場合には耐環境性には優れているが、吸
収が大きい欠点が有る。PbF2の場合吸収は少な
いが耐環境性に欠点がある。すなわち、PbF2蒸
着膜は水に対して弱く、あやまつて表面に水をか
けたりすると膜にひび割れが生じたり、散乱が増
加する。 一方、Schusterの二層膜構造の条件式を満足す
る２種類の誘電体物質の組合せを考えると理論的
に反射率を零にすることが出来る。その様な組合
せをさがすと第２表の様になる。
を零にすることは出来ず１％程度の反射が残る。
ThF4の場合には耐環境性には優れているが、吸
収が大きい欠点が有る。PbF2の場合吸収は少な
いが耐環境性に欠点がある。すなわち、PbF2蒸
着膜は水に対して弱く、あやまつて表面に水をか
けたりすると膜にひび割れが生じたり、散乱が増
加する。 一方、Schusterの二層膜構造の条件式を満足す
る２種類の誘電体物質の組合せを考えると理論的
に反射率を零にすることが出来る。その様な組合
せをさがすと第２表の様になる。
【表】
第２表から判る様に二層構造の場合、理論的に
反射率を零にすることは出来るが吸収が大きいと
いう欠点を有す。 Mouchratの三層膜構造の条件式を満足する組
合せとして試作されたAs2Se3／PbF2／AS2Se3な
る反射防止膜は面当りの吸収率は0.02％のオーダ
ーと低く、単層、二層の反射防止膜より耐光力も
向上する。 しかしながら一般にカルコゲナイドガラスは、
高温に長時間さらされると酸化され吸収が増加す
るという欠点と、機械的にやわらかいために、ク
リーニング時に表面に傷がつきやすいという欠点
を有していた。 このように、反射率が零で、耐環境性にすぐ
れ、長寿命でかつ吸収の少ない耐光力の高い反射
防止膜は従来得られなかつた。 発明の目的 本発明はKRS−５の様な沃化タリウム（TlI）
と具化タリウム（TlBr）からなる混合よりなる
赤外透過材料に対して耐環境性にすぐれ、長寿命
で、かつ吸収の少ない従つて耐光力の高い炭酸ガ
スレーザ用にも使用出来る反射防止膜を提供する
ものである。 発明の構成 本発明はKRS−５面にまず吸収の少なくかつ
密着性の良いアモルフアス状態を示す屈折率
（n3）が2.6以上のカルコゲナイドガラスである高
屈折率物質を蒸着し次に吸収の少ない屈折率
（n2）が約1.6なる低屈折率物質であるPbF2を蒸着
し、さらにこれらのカルコゲナイドガラスや
PbF2の耐環境性の悪さを保護する目的で屈折率
（n1）が2.2なる高屈折率物質であるZnSあるいは
屈折率（n1）が2.4なるZnSeを蒸着してなる三層
膜構造の吸収の少ない従つて耐光力のある、かつ
また耐環境性のすぐれた反射防止膜を提供する。 実施例の説明 以下本発明の実施例について詳細に説明する。 第１図はKRS−５面上における本発明による
波長10.6μｍ用三層反射防止膜の構造図である。
図中１は表面が超精密に光学研磨された屈折率ns
が2.37のKRS−５基板である。２は屈折率n3が
2.6以上のカルコゲナイドガラス膜であり、３は
屈折率n2が約1.6なるPbF2膜である。４は屈折率
n1が2.2なるZnSか、n1が2.4なるZnSe膜である。
第２図は代表的な本発明による反射防止膜の反射
率波長依存性を示す図である。 以上の条件で６組の三層反射防止膜のそれぞれ
の膜厚をMouchratの関係式（Applied Optics
vol、16、No.10、P2722）を満足する様に求めた
結果を第３表に示す。
反射率を零にすることは出来るが吸収が大きいと
いう欠点を有す。 Mouchratの三層膜構造の条件式を満足する組
合せとして試作されたAs2Se3／PbF2／AS2Se3な
る反射防止膜は面当りの吸収率は0.02％のオーダ
ーと低く、単層、二層の反射防止膜より耐光力も
向上する。 しかしながら一般にカルコゲナイドガラスは、
高温に長時間さらされると酸化され吸収が増加す
るという欠点と、機械的にやわらかいために、ク
リーニング時に表面に傷がつきやすいという欠点
を有していた。 このように、反射率が零で、耐環境性にすぐ
れ、長寿命でかつ吸収の少ない耐光力の高い反射
防止膜は従来得られなかつた。 発明の目的 本発明はKRS−５の様な沃化タリウム（TlI）
と具化タリウム（TlBr）からなる混合よりなる
赤外透過材料に対して耐環境性にすぐれ、長寿命
で、かつ吸収の少ない従つて耐光力の高い炭酸ガ
スレーザ用にも使用出来る反射防止膜を提供する
ものである。 発明の構成 本発明はKRS−５面にまず吸収の少なくかつ
密着性の良いアモルフアス状態を示す屈折率
（n3）が2.6以上のカルコゲナイドガラスである高
屈折率物質を蒸着し次に吸収の少ない屈折率
（n2）が約1.6なる低屈折率物質であるPbF2を蒸着
し、さらにこれらのカルコゲナイドガラスや
PbF2の耐環境性の悪さを保護する目的で屈折率
（n1）が2.2なる高屈折率物質であるZnSあるいは
屈折率（n1）が2.4なるZnSeを蒸着してなる三層
膜構造の吸収の少ない従つて耐光力のある、かつ
また耐環境性のすぐれた反射防止膜を提供する。 実施例の説明 以下本発明の実施例について詳細に説明する。 第１図はKRS−５面上における本発明による
波長10.6μｍ用三層反射防止膜の構造図である。
図中１は表面が超精密に光学研磨された屈折率ns
が2.37のKRS−５基板である。２は屈折率n3が
2.6以上のカルコゲナイドガラス膜であり、３は
屈折率n2が約1.6なるPbF2膜である。４は屈折率
n1が2.2なるZnSか、n1が2.4なるZnSe膜である。
第２図は代表的な本発明による反射防止膜の反射
率波長依存性を示す図である。 以上の条件で６組の三層反射防止膜のそれぞれ
の膜厚をMouchratの関係式（Applied Optics
vol、16、No.10、P2722）を満足する様に求めた
結果を第３表に示す。
【表】
【表】
いずれの実施例においても、反射防止膜の一面
あたりの吸収は約0.02％であり、単層、二層構造
のうちで一番吸収率の少ないPbF2単層反射防止
膜の0.05％より少ない。 さらに以上の実施例では空気にふれる最外層が
酸化しにくいZnS、あるいはZnSeよりなつてお
り内部のカルコゲナイドガラスやPbF2膜を保護
する役目をはたしているため従来の三層反射防止
膜（As2Se3／PbF2／AS2Se3）より耐環境性にす
ぐれている。 次に本発明における、カルコゲナイドガラスの
屈折率n3を2.6以上と特定した理由について第３
図をもとに説明する。 第３図は本発明による反射防止膜の最外層であ
るZnS又はZnSeの膜厚と最内層であるカルコゲ
ナイドガラスの屈折率の関係を示す図である。図
中、５はGe28Sb12Se60（n10.6〜2.6）、６はAs2Se3
（n10.6〜2.8）、７はGe30As17Te30Se23（n10.6〜3.1）
である。 空気等に直接ふれる最外層のZnS、ZnSe膜は
上で説明したように内部のPbF2、やカルコゲナ
イドガラスを保護する役目をしているので少なく
とも約0.2μｍ以上（最外層がZnSeの場合は0.172μ
ｍ以上、ZnSの場合は0.199μｍ以上）の膜厚が必
要となる。第３図の意味するところは三層反射防
止膜の条件を満足してかつ最外層の膜厚が約0.2μ
ｍ以上であるためには一番下のカルコゲナイドガ
ラスの屈折率が2.6以上ないとこれらを満足しな
いことを意味している。 発明の効果 以上のように本発明は屈折率が2.6以上のカル
コゲナイドガラス／PbF2／ZnSあるいはZnSeな
る構成のKRS−５用三層反射防止膜で、次のよ
うな効果を有する。 １ 反射防止膜の波長10.6μｍ炭酸ガスレーザ光
による吸収率は0.02％のオーダーと低く、単層
PbF2反射防止膜の0.05％よりすぐれているた
め耐光力も向上する。 ２ 最外層がカルコゲナイドガラスで構成される
三層反射防止膜にくらべ、熱的、化学的に安定
でかつ機械的にも強いZnSやZnSeを使用して
いるため内部のカルコゲナイドガラス膜や
PbF2膜を化学的にかつ物理的に保護している
ため、耐環境性にすぐれ、長寿命である。
あたりの吸収は約0.02％であり、単層、二層構造
のうちで一番吸収率の少ないPbF2単層反射防止
膜の0.05％より少ない。 さらに以上の実施例では空気にふれる最外層が
酸化しにくいZnS、あるいはZnSeよりなつてお
り内部のカルコゲナイドガラスやPbF2膜を保護
する役目をはたしているため従来の三層反射防止
膜（As2Se3／PbF2／AS2Se3）より耐環境性にす
ぐれている。 次に本発明における、カルコゲナイドガラスの
屈折率n3を2.6以上と特定した理由について第３
図をもとに説明する。 第３図は本発明による反射防止膜の最外層であ
るZnS又はZnSeの膜厚と最内層であるカルコゲ
ナイドガラスの屈折率の関係を示す図である。図
中、５はGe28Sb12Se60（n10.6〜2.6）、６はAs2Se3
（n10.6〜2.8）、７はGe30As17Te30Se23（n10.6〜3.1）
である。 空気等に直接ふれる最外層のZnS、ZnSe膜は
上で説明したように内部のPbF2、やカルコゲナ
イドガラスを保護する役目をしているので少なく
とも約0.2μｍ以上（最外層がZnSeの場合は0.172μ
ｍ以上、ZnSの場合は0.199μｍ以上）の膜厚が必
要となる。第３図の意味するところは三層反射防
止膜の条件を満足してかつ最外層の膜厚が約0.2μ
ｍ以上であるためには一番下のカルコゲナイドガ
ラスの屈折率が2.6以上ないとこれらを満足しな
いことを意味している。 発明の効果 以上のように本発明は屈折率が2.6以上のカル
コゲナイドガラス／PbF2／ZnSあるいはZnSeな
る構成のKRS−５用三層反射防止膜で、次のよ
うな効果を有する。 １ 反射防止膜の波長10.6μｍ炭酸ガスレーザ光
による吸収率は0.02％のオーダーと低く、単層
PbF2反射防止膜の0.05％よりすぐれているた
め耐光力も向上する。 ２ 最外層がカルコゲナイドガラスで構成される
三層反射防止膜にくらべ、熱的、化学的に安定
でかつ機械的にも強いZnSやZnSeを使用して
いるため内部のカルコゲナイドガラス膜や
PbF2膜を化学的にかつ物理的に保護している
ため、耐環境性にすぐれ、長寿命である。
第１図は、本発明による反射防止膜の実施例を
示す断面図、第２図は本発明による反射防止膜の
代表的な反射率波長依存性を示す図、第３図は本
発明による反射防止膜の最外層の膜厚と最内層の
屈折率の関係を示す特性図である。 １……被蒸着基板、２……カルコゲナイドガラ
ス膜、３……PbF2膜、４……ZnSあるいはZnSe
膜。
示す断面図、第２図は本発明による反射防止膜の
代表的な反射率波長依存性を示す図、第３図は本
発明による反射防止膜の最外層の膜厚と最内層の
屈折率の関係を示す特性図である。 １……被蒸着基板、２……カルコゲナイドガラ
ス膜、３……PbF2膜、４……ZnSあるいはZnSe
膜。
Claims (1)
- １ KRS−５基板上に屈折率が2.6以上のカルコ
ゲナイドガラス膜を形成し、前記カルコゲナイド
ガラス膜上に弗化鉛（PbF2）膜を形成し、前記
弗化鉛膜上に最外層膜として硫化亜鉛（ZnS）膜
またはセレン化亜鉛（ZnSe）膜を、各々の膜厚
が0.172μｍまたは0.199μｍ以上として形成したこ
とを特徴とする反射防止膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58222420A JPS60114801A (ja) | 1983-11-25 | 1983-11-25 | 反射防止膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58222420A JPS60114801A (ja) | 1983-11-25 | 1983-11-25 | 反射防止膜 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60114801A JPS60114801A (ja) | 1985-06-21 |
| JPH0561601B2 true JPH0561601B2 (ja) | 1993-09-06 |
Family
ID=16782104
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58222420A Granted JPS60114801A (ja) | 1983-11-25 | 1983-11-25 | 反射防止膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60114801A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7172024B2 (ja) | 2017-09-12 | 2022-11-16 | 日本電気硝子株式会社 | カルコゲナイドガラス材 |
-
1983
- 1983-11-25 JP JP58222420A patent/JPS60114801A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60114801A (ja) | 1985-06-21 |
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