摘要
随着光学技术的发展，大口径的光学元件在现代光学系统中的应用越来越广泛，主要的应用领域有:激光系统装置，大口径天文望远镜装置、太阳能装置等。在这些高性能大型光学系统装置中，每一个光学元件都离不开光学薄膜，尤其是起反射作用的大口径高反射膜。目前，随着光学元件的口径越来越大，大口径反射镜镀膜工艺已经成为薄膜制备领域关注的焦点。而大口径反射镜的自身重力，镀膜过程中产生的反射镜的温度变化，及反射镜与膜层间的薄膜应力都会对镜面面形产生影响，影响反射镜的光学性能。因此要制备出高性能的大口径高反射膜，就需要依据大口径反射镜的结构参数和材料特性参数建立大口径镜面镀膜中面形变化的有限元模型，仿真分析重力、温升、薄膜应力对镜面面形的形变大小，做到提前预判，才能真正实现镀膜过程中的形变控制。 (1)本文首先进行反射镜的面形形变分析。分析了反射镜的工作环境，并提出了反射镜设计依据。建立了Φ650mm的平背型背部开放式的轻量化SiC反射镜三维模型，将模型导入Ansys中进行有限元分析，对镜面添加9.8N/m2的惯性载荷和80℃温度变化的耦合场中分析反射镜组件性能，得到镜面面形RMS值为2.91nm，PV值为9.45nm。在此有限元模型基础上，再对反射镜添加金属Al与基底的薄膜压应力-540Mpa，得到镜面面形RMS值为51nm，PV值为111nm。 (2)其次，对1.1m镀膜机热蒸发制备大口径Al膜进行膜厚均匀性分析。根据真空室几何配置，建立了大口径Al膜的膜厚均匀性模型。通过控制变量，改变真空室几何配置来分析Al膜膜厚均匀性。在Al蒸发源的蒸发特性一定的情况下，影响Al膜膜厚分布的因素为蒸发源到真空室中心的距离L及基片到真空室中心的距离H。当L=400mm时，H/L=1.10时，膜厚均匀性最好，不均匀性为9.614％，不均匀性随H/L的值增大而增大。当H=500mm时，H/L=1.47时，膜厚均匀性最好，不均匀性为4.487％，不均匀性随H/L的值减小而增大。为了进一步改善Al膜膜厚均匀性，根据旋转平面夹具下的Al膜的膜厚分布曲线，引进了一个修正函数，设计了合适的修正挡板解决Al膜膜厚均匀性问题。Al膜膜厚均匀性由不加修正挡板时的17.8％改善到3.9％，从而进一步提高了膜厚均匀性。 (3)最后进行金属高反射膜制备工艺探究。使用真空热蒸发制备了380～780nm波段峰值反射率为90.3％，平均反射率为88.87％，厚度为80nm的Al膜和峰值反射率98.3％，平均反射率97.2％，厚度为110nm的Ag膜。分别探究了SiO2保护膜厚度对Al膜反射率的影响及过渡层材料Cr、Al2O3对Ag膜与基底附着力的影响。结果表明:SiO2保护膜厚度会影响Al膜反射率的大小，当SiO2膜厚在100nm左右时，Al膜反射率达到最小值为83.97％。当SiO2厚度在200nm左右时，Al膜反射率达到最大值为89.45％;增镀Cr、Al2O3过渡层材料加强了Ag膜与基底的附着力，且Cr过渡层的效果要优于Al2O3。
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