JPH06192820A - 光学薄膜成膜方法 - Google Patents
光学薄膜成膜方法Info
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- JPH06192820A JPH06192820A JP4359409A JP35940992A JPH06192820A JP H06192820 A JPH06192820 A JP H06192820A JP 4359409 A JP4359409 A JP 4359409A JP 35940992 A JP35940992 A JP 35940992A JP H06192820 A JPH06192820 A JP H06192820A
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- Japan
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- substrate
- ion beam
- crystal
- optical thin
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 KDP,DKDPあるいはADPの結晶の表
面に密着性のよい薄膜を作製する。 【構成】 真空室1を減圧し、基板ホルダ4を回転させ
ながらイオンビーム発生装置6からKDP,DKDP,
ADPのいずれか一つの結晶からなる基板3の表面にイ
オンビームを照射し、基板3の表面を少くとも5nm以
上エッチングすることで清浄化したのち、クラスターイ
オンビーム発生装置2からクラスターイオンビームを発
生させて基板3の表面に薄膜を蒸着させる。これらの工
程は基板3を加熱することなく行われる。
面に密着性のよい薄膜を作製する。 【構成】 真空室1を減圧し、基板ホルダ4を回転させ
ながらイオンビーム発生装置6からKDP,DKDP,
ADPのいずれか一つの結晶からなる基板3の表面にイ
オンビームを照射し、基板3の表面を少くとも5nm以
上エッチングすることで清浄化したのち、クラスターイ
オンビーム発生装置2からクラスターイオンビームを発
生させて基板3の表面に薄膜を蒸着させる。これらの工
程は基板3を加熱することなく行われる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高出力レーザー用素子
等に用いられる光学単結晶の表面を反射防止膜等の光学
薄膜で被覆する光学薄膜成膜方法に関するものである。
等に用いられる光学単結晶の表面を反射防止膜等の光学
薄膜で被覆する光学薄膜成膜方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】レーザー光用の波長変換素子、光スイッ
チ、光変調器等に用いられる各種の光学単結晶のうち
で、りん酸2水素カリウム[KH2 PO4 ](以下、
「KDP」という。)の単結晶、りん酸2重水素カリウ
ム[KD2 PO4 ](以下、「DKDP」という。)の
単結晶またはりん酸2水素アンモニウム[NH4 H2 P
O4](以下、「ADP」という。)の単結晶は、結晶
の大きさおよび結晶育成コストの点で他の材料の単結晶
よりすぐれているが、反面、柔かくて潮解性が大きく、
また、加熱すると加水分解する性質をもっているため、
反射防止膜等の薄膜を直接結晶の表面へ蒸着することが
できない。すなわち、他の材料の単結晶、例えば、CS
H2 AS O4 ,KTi OPO4 ,β−Ba B2 O4 ,K
Nb O3 等の単結晶の場合、真空室内で、結晶を加熱し
ながら結晶の表面に蒸発物質を蒸着することによって反
射防止膜等の薄膜を成膜するが、この方法は、加熱する
と加水分解を起こすKDP、DKDPまたはADPの結
晶には適用できない。また、真空室内で結晶を加熱する
ことなく、常温でKDP、DKDPあるいはADPの結
晶の表面に蒸発物質を蒸着すると、成膜された薄膜と前
記結晶の表面との密着性が極めて悪いため、薄膜がはが
れやすく、高出力レーザー用素子に用いることはできな
い。従って、従来は、レーザー透過窓を有する密閉容器
内に乾燥窒素、乾燥空気等とともにKDP、DKDPま
たはADPの結晶を封入し、レーザー透過窓の表面に反
射防止膜を設けるのが一般的であった。
チ、光変調器等に用いられる各種の光学単結晶のうち
で、りん酸2水素カリウム[KH2 PO4 ](以下、
「KDP」という。)の単結晶、りん酸2重水素カリウ
ム[KD2 PO4 ](以下、「DKDP」という。)の
単結晶またはりん酸2水素アンモニウム[NH4 H2 P
O4](以下、「ADP」という。)の単結晶は、結晶
の大きさおよび結晶育成コストの点で他の材料の単結晶
よりすぐれているが、反面、柔かくて潮解性が大きく、
また、加熱すると加水分解する性質をもっているため、
反射防止膜等の薄膜を直接結晶の表面へ蒸着することが
できない。すなわち、他の材料の単結晶、例えば、CS
H2 AS O4 ,KTi OPO4 ,β−Ba B2 O4 ,K
Nb O3 等の単結晶の場合、真空室内で、結晶を加熱し
ながら結晶の表面に蒸発物質を蒸着することによって反
射防止膜等の薄膜を成膜するが、この方法は、加熱する
と加水分解を起こすKDP、DKDPまたはADPの結
晶には適用できない。また、真空室内で結晶を加熱する
ことなく、常温でKDP、DKDPあるいはADPの結
晶の表面に蒸発物質を蒸着すると、成膜された薄膜と前
記結晶の表面との密着性が極めて悪いため、薄膜がはが
れやすく、高出力レーザー用素子に用いることはできな
い。従って、従来は、レーザー透過窓を有する密閉容器
内に乾燥窒素、乾燥空気等とともにKDP、DKDPま
たはADPの結晶を封入し、レーザー透過窓の表面に反
射防止膜を設けるのが一般的であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術によれば、前述のように、密閉容器内に封入さ
れたレーザー用素子は、材料コストの上昇および製造工
程の複雑化を招き、製造コストの上昇を避けることがで
きない。また、真空室を加熱することなく、常温で直接
KDP、DKDPまたはADPの結晶の表面に密着性の
よい薄膜を成膜する方法は、いまだに開発されていな
い。
来の技術によれば、前述のように、密閉容器内に封入さ
れたレーザー用素子は、材料コストの上昇および製造工
程の複雑化を招き、製造コストの上昇を避けることがで
きない。また、真空室を加熱することなく、常温で直接
KDP、DKDPまたはADPの結晶の表面に密着性の
よい薄膜を成膜する方法は、いまだに開発されていな
い。
【0004】本発明は、上記従来の技術の有する未解決
の課題に鑑みてなされたものであり、KDP、DKDP
またはADPの結晶の表面に密着性のすぐれた薄膜を作
製することのできる光学薄膜成膜方法を提供することを
目的とするものである。
の課題に鑑みてなされたものであり、KDP、DKDP
またはADPの結晶の表面に密着性のすぐれた薄膜を作
製することのできる光学薄膜成膜方法を提供することを
目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の光学薄膜成膜方法は、りん酸2水素カリウ
ム、りん酸2重水素カリウム、りん酸2水素アンモニウ
ムのいずれか一つの結晶からなる基板の表面に薄膜を蒸
着する光学薄膜成膜方法であって、基板の表面を少くと
も厚さ5nm以上エッチングする工程と、エッチングさ
れた基板の表面に薄膜を蒸着する工程からなり、前記工
程のすべてが、減圧された真空室内で前記基板を加熱す
ることなく行われることを特徴とする。
めに本発明の光学薄膜成膜方法は、りん酸2水素カリウ
ム、りん酸2重水素カリウム、りん酸2水素アンモニウ
ムのいずれか一つの結晶からなる基板の表面に薄膜を蒸
着する光学薄膜成膜方法であって、基板の表面を少くと
も厚さ5nm以上エッチングする工程と、エッチングさ
れた基板の表面に薄膜を蒸着する工程からなり、前記工
程のすべてが、減圧された真空室内で前記基板を加熱す
ることなく行われることを特徴とする。
【0006】また、薄膜が、クラスターイオンビーム蒸
着法またはイオンビームアシスト蒸着法によって蒸着さ
れるとよい。
着法またはイオンビームアシスト蒸着法によって蒸着さ
れるとよい。
【0007】
【作用】上記方法によれば、KDP,DKDPあるいは
ADPの結晶の基板の表面をエッチングによって清浄化
したのち、常温で薄膜を蒸着する。これによって、前記
材料の結晶を加水分解させることなく、その表面に密着
性のよい薄膜を作製できる。薄膜をクラスターイオンビ
ーム蒸着法あるいはイオンビームアシスト蒸着法によっ
て蒸着すれば、さらに密着性のよい薄膜を作製できる。
ADPの結晶の基板の表面をエッチングによって清浄化
したのち、常温で薄膜を蒸着する。これによって、前記
材料の結晶を加水分解させることなく、その表面に密着
性のよい薄膜を作製できる。薄膜をクラスターイオンビ
ーム蒸着法あるいはイオンビームアシスト蒸着法によっ
て蒸着すれば、さらに密着性のよい薄膜を作製できる。
【0008】
【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【0009】図1は、一実施例に用いる蒸着装置の一例
を示す模式断面図であって、真空室1は、図示しない排
気ポンプに連通する排気口1aを有し、真空室1の下部
にはクラスターイオンビームを発生するクラスターイオ
ンビーム発生装置2が配置され、真空室1の上部には、
周方向に等間隔で複数の基板3を保持する基板ホルダ4
が配置されている。基板ホルダ4は、直径80cmの円
板状の本体4aを有し、図示しない駆動装置によってそ
の中心軸のまわりに回転される。基板ホルダ4の近傍に
は水晶振動子式の膜厚モニタ5が設けられ、また、基板
ホルダ4の図示下面から下方に約15cm程離れた位置
にイオンビーム発生装置6が配置されている。
を示す模式断面図であって、真空室1は、図示しない排
気ポンプに連通する排気口1aを有し、真空室1の下部
にはクラスターイオンビームを発生するクラスターイオ
ンビーム発生装置2が配置され、真空室1の上部には、
周方向に等間隔で複数の基板3を保持する基板ホルダ4
が配置されている。基板ホルダ4は、直径80cmの円
板状の本体4aを有し、図示しない駆動装置によってそ
の中心軸のまわりに回転される。基板ホルダ4の近傍に
は水晶振動子式の膜厚モニタ5が設けられ、また、基板
ホルダ4の図示下面から下方に約15cm程離れた位置
にイオンビーム発生装置6が配置されている。
【0010】イオンビーム発生装置6は、グリッドサイ
ズ2.5×40cmのリニア型イオンガンを2台並設し
たもので、これらは、基板ホルダ4に保持された基板3
の表面に平行に、スキャン幅90cmで往復移動され、
基板ホルダ4に保持されたすべての基板3の表面を均一
にエッチングすることができる。
ズ2.5×40cmのリニア型イオンガンを2台並設し
たもので、これらは、基板ホルダ4に保持された基板3
の表面に平行に、スキャン幅90cmで往復移動され、
基板ホルダ4に保持されたすべての基板3の表面を均一
にエッチングすることができる。
【0011】各基板3は、KDP、DKDPまたはAD
Pの単結晶からなり、これらを基板ホルダ4に装着した
うえで、前述の排気ポンプによって真空室1を所定の真
空度に排気したのち、基板ホルダ4を回転させながら各
基板3にイオンビーム発生装置6からArガスのイオン
ビームを加速電圧700eVで照射して、各基板3の表
面を5nm以上、例えば、100nmの深さだけエッチ
ングする。次いで、前述の真空度を維持しながら、常温
でクラスターイオンビーム発生装置2からクラスターイ
オンビームを発生させ、各基板3の表面に薄膜を成膜す
る。なお、クラスターイオンビーム発生装置2は、図示
しない複数のクラスターイオンビーム発生源を有し、こ
れらを順次加熱、蒸発させることによって、各基板3の
表面に異なる材料からなる複数の薄膜層を順次積層する
ものである。
Pの単結晶からなり、これらを基板ホルダ4に装着した
うえで、前述の排気ポンプによって真空室1を所定の真
空度に排気したのち、基板ホルダ4を回転させながら各
基板3にイオンビーム発生装置6からArガスのイオン
ビームを加速電圧700eVで照射して、各基板3の表
面を5nm以上、例えば、100nmの深さだけエッチ
ングする。次いで、前述の真空度を維持しながら、常温
でクラスターイオンビーム発生装置2からクラスターイ
オンビームを発生させ、各基板3の表面に薄膜を成膜す
る。なお、クラスターイオンビーム発生装置2は、図示
しない複数のクラスターイオンビーム発生源を有し、こ
れらを順次加熱、蒸発させることによって、各基板3の
表面に異なる材料からなる複数の薄膜層を順次積層する
ものである。
【0012】本実施例は、真空室を排気したうえで、K
DP、DKDPまたはADPの単結晶からなる基板の表
面をイオンビームによってエッチングすることによっ
て、該基板の表面のオイル、研磨剤、あるいは表面層の
変質部分を除去することで母材の表面を露出させ、次い
で、基板を加熱することなく、その表面に薄膜を蒸着す
るものである。イオンビームエッチングによって、母材
の表面から不純物を除去することにより、光学薄膜と結
晶の表面との結合力を大きく向上させることができる。
従って、常温で薄膜を蒸着しても、結晶の表面に対する
密着性が不足するおそれはない。また、蒸発源にクラス
ターイオンビーム発生装置を用いることによって、前述
の密着性をより一層向上させることができる。クラスタ
ーイオンビーム発生装置の替わりに、イオン化せずに蒸
気を発生する蒸発源と、基板の表面近傍の蒸気に向って
イオンビームを照射し、これによって基板表面の蒸気を
活性化するイオンビームアシスト蒸着装置を用いてもよ
い。なお、イオンビームによるエッチングは、イオンビ
ームの加速電圧が2000eV以下であるのが望まし
い。
DP、DKDPまたはADPの単結晶からなる基板の表
面をイオンビームによってエッチングすることによっ
て、該基板の表面のオイル、研磨剤、あるいは表面層の
変質部分を除去することで母材の表面を露出させ、次い
で、基板を加熱することなく、その表面に薄膜を蒸着す
るものである。イオンビームエッチングによって、母材
の表面から不純物を除去することにより、光学薄膜と結
晶の表面との結合力を大きく向上させることができる。
従って、常温で薄膜を蒸着しても、結晶の表面に対する
密着性が不足するおそれはない。また、蒸発源にクラス
ターイオンビーム発生装置を用いることによって、前述
の密着性をより一層向上させることができる。クラスタ
ーイオンビーム発生装置の替わりに、イオン化せずに蒸
気を発生する蒸発源と、基板の表面近傍の蒸気に向って
イオンビームを照射し、これによって基板表面の蒸気を
活性化するイオンビームアシスト蒸着装置を用いてもよ
い。なお、イオンビームによるエッチングは、イオンビ
ームの加速電圧が2000eV以下であるのが望まし
い。
【0013】次に実験例を説明する。
【0014】厚さ2cm、表面寸法3×3cmの光学研
磨したDKDPの単結晶の基板に、Nd:YAGレーザ
ー(波長1064nm)用反射防止膜を、図1の蒸着装
置を用いて成膜した場合のレーザー耐力と母材表面に対
する密着力を測定し、クラスターイオンビーム発生装置
の替わりにイオンビームアシスト蒸着装置を用いた場合
および蒸気をイオン化することなく蒸着する蒸着装置を
用いた場合と比較するとともに、基板の表面にイオンビ
ームによるエッチングを施すことなく同様の実験を行っ
た。
磨したDKDPの単結晶の基板に、Nd:YAGレーザ
ー(波長1064nm)用反射防止膜を、図1の蒸着装
置を用いて成膜した場合のレーザー耐力と母材表面に対
する密着力を測定し、クラスターイオンビーム発生装置
の替わりにイオンビームアシスト蒸着装置を用いた場合
および蒸気をイオン化することなく蒸着する蒸着装置を
用いた場合と比較するとともに、基板の表面にイオンビ
ームによるエッチングを施すことなく同様の実験を行っ
た。
【0015】成膜される光学薄膜の構成は、レーザー波
長の1/2の厚さのSiO2 をアンダーコートとし、同
1/4の厚さのAl2 O3 とMgF2 を積層したもので
あり、その成膜条件は表1に示す通りである。
長の1/2の厚さのSiO2 をアンダーコートとし、同
1/4の厚さのAl2 O3 とMgF2 を積層したもので
あり、その成膜条件は表1に示す通りである。
【0016】
【表1】 ここで、成膜方法(1)は、蒸気をイオン化することな
く蒸着する蒸着装置を用いて成膜した場合 成膜方法(2)は、イオンビームアシスト蒸着装置を用
いるイオンビームアシスト蒸着法によって薄膜を成膜し
た場合 成膜方法(3)は、図1の装置によるクラスターイオン
ビーム蒸着法によって成膜した場合 なお、成膜方法(2)におけるアシスト用のイオンは酸
素イオンを使用した。また、成膜方法(1)、(2)、
(3)いずれの場合も基板温度は常温であった。
く蒸着する蒸着装置を用いて成膜した場合 成膜方法(2)は、イオンビームアシスト蒸着装置を用
いるイオンビームアシスト蒸着法によって薄膜を成膜し
た場合 成膜方法(3)は、図1の装置によるクラスターイオン
ビーム蒸着法によって成膜した場合 なお、成膜方法(2)におけるアシスト用のイオンは酸
素イオンを使用した。また、成膜方法(1)、(2)、
(3)いずれの場合も基板温度は常温であった。
【0017】各成膜方法(1)、(2)、(3)によっ
て薄膜を成膜するに際して、蒸着前に基板の表面をイオ
ンビームを用いてエッチングすることなく、成膜した場
合のサンプルA〜Cと、前記条件によるイオンビームを
用いて基板の表面をエッチングしたのちに成膜した場合
のサンプルD〜Fについてレーザー耐力および密着力を
測定した結果を表2に示す。
て薄膜を成膜するに際して、蒸着前に基板の表面をイオ
ンビームを用いてエッチングすることなく、成膜した場
合のサンプルA〜Cと、前記条件によるイオンビームを
用いて基板の表面をエッチングしたのちに成膜した場合
のサンプルD〜Fについてレーザー耐力および密着力を
測定した結果を表2に示す。
【0018】
【表2】 ○:合格 ×:不合格 レーザー耐力の測定は、パルス幅1nsのNd:YAG
レーザーを用いて行い、 各サンプル面上にスポット径
360μmで照射し、損傷の生じたしきい値エネルギー
を測定した。密着力の評価は成膜直後の各サンプルおよ
び恒温恒湿槽(50℃−70%)に100時間放置した
後の各サンプルに対して、スコッチテープを貼った後ス
ナップをきかせ垂直に剥し、10回繰り返した後の薄膜
の変化を目視で評価し、少しでも変化が生じた場合は不
合格(×)とした。
レーザーを用いて行い、 各サンプル面上にスポット径
360μmで照射し、損傷の生じたしきい値エネルギー
を測定した。密着力の評価は成膜直後の各サンプルおよ
び恒温恒湿槽(50℃−70%)に100時間放置した
後の各サンプルに対して、スコッチテープを貼った後ス
ナップをきかせ垂直に剥し、10回繰り返した後の薄膜
の変化を目視で評価し、少しでも変化が生じた場合は不
合格(×)とした。
【0019】表2の結果から成膜条件(1)のエッチン
グ無しのサンプルAのみ耐久試験後の密着力が不合格と
なった。レーザー耐力は、エッチング無し基板に成膜し
た薄膜はすべて2.5J/cm2 程度であったのに対し
て、エッチングした基板を用いると成膜方法によらず、
約10J/cm2 と大幅に向上した。
グ無しのサンプルAのみ耐久試験後の密着力が不合格と
なった。レーザー耐力は、エッチング無し基板に成膜し
た薄膜はすべて2.5J/cm2 程度であったのに対し
て、エッチングした基板を用いると成膜方法によらず、
約10J/cm2 と大幅に向上した。
【0020】また、基板表面をエッチングした後一度大
気圧に戻して湿度25%のデシケーターに3日間放置し
たDKDP結晶の基板にサンプルD〜Fと同様の薄膜を
製作し、評価したところ、密着力に関してはエッチング
後同一真空中で成膜した薄膜と変わらなかったが、レー
ザー耐力は約10〜20%低下していた。
気圧に戻して湿度25%のデシケーターに3日間放置し
たDKDP結晶の基板にサンプルD〜Fと同様の薄膜を
製作し、評価したところ、密着力に関してはエッチング
後同一真空中で成膜した薄膜と変わらなかったが、レー
ザー耐力は約10〜20%低下していた。
【0021】KDPおよびADPの結晶に対しても反射
防止膜を製作し、DKDP同様の評価を行った。反射防
止膜の構成は、DKDPと屈折率がほぼ同じであるため
同一膜構成であり、成膜条件も表1の条件で室温成膜し
た。結果は、表2に示したDKDPの結晶とほぼ同様で
あった。
防止膜を製作し、DKDP同様の評価を行った。反射防
止膜の構成は、DKDPと屈折率がほぼ同じであるため
同一膜構成であり、成膜条件も表1の条件で室温成膜し
た。結果は、表2に示したDKDPの結晶とほぼ同様で
あった。
【0022】
【発明の効果】本発明は上述のとおり構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。
で、以下に記載するような効果を奏する。
【0023】KDP,DKDPあるいはADPの結晶を
加水分解させることなく、その表面に密着性のよい薄膜
を蒸着することができる。その結果、前記材料の結晶を
用いた高出力レーザー用素子の製造コストを低減でき
る。
加水分解させることなく、その表面に密着性のよい薄膜
を蒸着することができる。その結果、前記材料の結晶を
用いた高出力レーザー用素子の製造コストを低減でき
る。
【図1】一実施例に用いる蒸着装置の一例を示す模式断
面図である。
面図である。
1 真空室 2 クラスターイオンビーム発生装置 3 基板 4 基板ホルダ 5 膜厚モニタ 6 イオンビーム発生装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 沢村 光治 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内
Claims (3)
- 【請求項1】 りん酸2水素カリウム、りん酸2重水素
カリウム、りん酸2水素アンモニウムのいずれか一つの
結晶からなる基板の表面に薄膜を蒸着する光学薄膜成膜
方法であって、基板の表面を少くとも厚さ5nm以上エ
ッチングする工程と、エッチングされた基板の表面に薄
膜を蒸着する工程からなり、前記工程のすべてが、減圧
された真空室内で前記基板を加熱することなく行われる
ことを特徴とする光学薄膜成膜方法。 - 【請求項2】 薄膜が、クラスターイオンビーム蒸着法
またはイオンビームアシスト蒸着法によって蒸着される
ことを特徴とする請求項1記載の光学薄膜成膜方法。 - 【請求項3】 基板の表面を、2000eV以下の加速
電圧で照射されるイオンビームによってエッチングする
ことを特徴とする請求項1または2記載の光学薄膜成膜
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4359409A JPH06192820A (ja) | 1992-12-25 | 1992-12-25 | 光学薄膜成膜方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4359409A JPH06192820A (ja) | 1992-12-25 | 1992-12-25 | 光学薄膜成膜方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06192820A true JPH06192820A (ja) | 1994-07-12 |
Family
ID=18464361
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4359409A Pending JPH06192820A (ja) | 1992-12-25 | 1992-12-25 | 光学薄膜成膜方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06192820A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007154274A (ja) * | 2005-12-06 | 2007-06-21 | Canon Inc | クラスタビームを用いた弗化物膜形成方法およびこれによって得られた弗化物膜を用いた光学素子 |
-
1992
- 1992-12-25 JP JP4359409A patent/JPH06192820A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007154274A (ja) * | 2005-12-06 | 2007-06-21 | Canon Inc | クラスタビームを用いた弗化物膜形成方法およびこれによって得られた弗化物膜を用いた光学素子 |
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