一种超长焦距薄膜凹面镜阵列的制备方法技术

本发明专利技术属于薄膜材料技术领域，具体为一种超长焦距薄膜凹面镜阵列的制备方法，步骤(一)对基材进行溶剂擦拭、氮气干燥，并放入真空室内；步骤(二)在基材非镀膜面上施加二维永磁阵列，调整二维永磁阵列、基材、靶材的相对位置；步骤(三)对真空室进行抽真空至优于1

【技术实现步骤摘要】
一种超长焦距薄膜凹面镜阵列的制备方法


[0001]本专利技术属于薄膜材料
，具体为一种超长焦距薄膜凹面镜阵列的制备方法。

技术介绍

[0002]超长焦距凹面镜阵列在空间光探测、光通信等方面具有举足轻重的地位。凹面镜焦距越长，意味着曲率半径越大、曲率(曲率半径的倒数)越小，当超过几十到几百米后，曲率即趋于零，很难利用传统的机械打磨方法实现，且精度控制困难。
[0003]经检索，论文《飞秒激光和酸刻蚀方法制作凹面微透镜阵列》(李明，《光子学报》2009年39卷第3期，547
‑
560页)中采用飞秒激光光刻玻璃基材、氢氟酸(HF)刻蚀的方法制作凹面透镜阵列，该技术具有精度高、单元尺寸小的优点；但对设备要求高(价格高的飞秒激光器、高精度CCD、三位移动设备等)、制作过程复杂(需要激光光束匀化、光束质量控制)，且需使用具有腐蚀性的HF酸。
[0004]专利CN201710449031.9“凹面结构上贴反射镜阵列的方法、凹面反射镜阵列和灯具”、CN201120476751.2“一种阵列式单元聚焦反射镜”中虽然提到了“阵列”，但上述专利中的“阵列”所指的是拼装成单个大尺寸平面反射镜或凹面反射镜的小尺寸面镜“碎片”集合，并且反射特性精度低，仅适用于工程和生活照明，无法用于科研和通信。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种超长焦距薄膜凹面镜阵列的制备方法，使得制备的薄膜凹面镜阵列具有超长焦距的特性，且可通过改变薄膜的膜厚差调节焦距大小，方向性、纠错性均强于同尺寸的单个反射面镜，为空间光探测、光通信提供了更好的反射器件。
[0006]本专利技术所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
[0007]一种超长焦距薄膜凹面镜阵列的制备方法，具体步骤如下：
[0008]步骤(一)对基材进行溶剂擦拭、氮气干燥，并放入真空室内；
[0009]步骤(二)在基材非镀膜面上施加二维永磁阵列，调整二维永磁阵列、基材、靶材的相对位置；
[0010]步骤(三)对真空室进行抽真空至优于1
×
10
‑3Pa的真空度，氩离子清洗基材，时间5～20min；
[0011]步骤(四)采用脉冲激光沉积技术实施镀膜，激光对靶材进行二维均匀扫描，镀膜时间为20～30min。
[0012]优选的，步骤(一)中基材为硅、锗或石英玻璃中的任意一种。
[0013]优选的，步骤(一)中基材的长、宽各不大于120mm，厚度不大于15mm，基材的镀膜面的表面光洁度优于60
‑
40，光圈数小于1。
[0014]优选的，步骤(二)中二维永磁阵列由9～100个相同的长方体单永磁体排列组成，
且任意相邻两个单永磁体的N、S极相反。
[0015]优选的，单永磁体的剩磁为0.5～5T、长、宽各为5～30mm，厚度为5～50mm，组成的二维永磁阵列长和宽分别不小于基材长和宽的120％。
[0016]优选的，步骤(二)中二维永磁阵列固定于基材的非镀膜面上，两者间距不大于10mm，保持同步旋转或静置。
[0017]优选的，步骤(二)中靶材为金、银、铝中的任意一种。
[0018]优选的，步骤(二)中靶材的长和宽不小于基材的长和宽，靶材与基材的镀膜面正对且平行，间距50～200mm。
[0019]优选的，步骤(四)中激光在靶材表面上的脉冲能量密度为0.1～40J/cm2或峰值功率密度为0.1～10
×
10
12
W/cm2。
[0020]优选的，步骤(四)中激光对靶材进行二维均匀扫描的扫描范围覆盖基材，二维均匀扫描为采用激光二维平移或二维振镜。
[0021]本专利技术的有益效果是：
[0022]本专利技术通过采用在基材的非镀膜面上施加二维永磁阵列，并采用脉冲激光沉积技术进行实施镀膜，与现有技术相比，使得制备得到的薄膜凹面镜阵列具有超长焦距的特性，且可通过改变薄膜的膜厚差调节焦距大小，方向性、纠错性均强于同尺寸的单个反射面镜，为空间光探测、光通信提供了更好的反射器件，具有精度高、制作成本较低、可用于科研和通信。
附图说明
[0023]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明：
[0024]图1为单个凹面反射薄膜剖面图；
[0025]图2为本专利技术中制备设备的结构示意图；
[0026]图3为7
×
7二维永磁阵列的磁感应强度分布图。
[0027]图中：1、二维永磁阵列；2、基材；3、靶材；4、激光；5、等离子体。
具体实施方式
[0028]为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图以及实施例对本专利技术进一步阐述。
[0029]本专利技术通过采用外置磁场调控脉冲激光沉积技术的镀膜方法，并利用膜厚的不均匀性及其旋转对称性，可以将反射薄膜等效为一个凹面镜。例如，如图1所述，图1中依附于基材2的圆形反射薄膜的厚度呈中间薄、边缘厚的形式，薄膜直径(等于或接近基材2的直径)为D、边缘与中心的厚度分别为h1和h2。一般的，D的尺寸为毫米到厘米，而(h2‑
h1)为几十个纳米到几个微米的厚度尺寸级别，则其曲率半径r≈D2/8(h2‑
h1)，那么其曲率半径可以达到百米甚至千米以上的级别。进一步，将该这种光学薄膜制备为二维阵列形式，则可以形成一种超长焦距薄膜凹面镜阵列。
[0030]一种超长焦距薄膜凹面镜阵列的制备方法，具体步骤如下：
[0031]步骤(一)对基材2进行溶剂擦拭、氮气干燥，并放入真空室内。
[0032]具体的，所述基材2为硅、锗或石英玻璃中的任意一种，长、宽各不大于120mm，厚度
不大于15mm，基材2的镀膜面的表面光洁度优于60
‑
40，光圈数小于1。
[0033]主要基于成本和抛光难度考虑，上述几种材料成本低，更重要的是硬度、脆性适中，易于高精度抛光，在较低条件和成本下容易达到表面光洁度和光圈数要求；所述基材2的长、宽是指镀膜面上的两个正交长度，厚度是指垂直于镀膜面的长度。
[0034]在本实施例中，所述基材2选择石英玻璃，长、宽各均为100mm、厚度10mm，表面光洁度60
‑
40、光圈数小于1。
[0035]对基材2进行溶剂擦拭、氮气干燥的目的在于去除基材2表面污染。
[0036]步骤(二)在基材2非镀膜面上施加二维永磁阵列1，调整二维永磁阵列1、基材2、靶材3的相对位置。
[0037]具体的，所述二维永磁阵列1由9～100个相同的长方体单永磁体排列组成，且任意相邻两个单永磁体的N、S极相反，该M
×
K二维磁阵列的磁感应强度分布呈现出(M
‑
1)
×
(K
‑
1)二维“磁漩涡”，单个“磁漩涡”中心对应为四个单永磁体交界点，其磁感应强度最低。以图2为例的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超长焦距薄膜凹面镜阵列的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：步骤(一)对基材(2)进行溶剂擦拭、氮气干燥，并放入真空室内；步骤(二)在基材(2)非镀膜面上施加二维永磁阵列(1)，调整二维永磁阵列(1)、基材(2)、靶材(3)的相对位置；步骤(三)对真空室进行抽真空至优于1
×
10
‑
3Pa的真空度，氩离子清洗基材(2)，时间5～20min；步骤(四)采用脉冲激光沉积技术实施镀膜，激光(4)对靶材(3)进行二维均匀扫描，镀膜时间为20～30min。2.根据权利要求1所述的一种超长焦距薄膜凹面镜阵列的制备方法，其特征在于：步骤(一)中基材(2)为硅、锗或石英玻璃中的任意一种。3.根据权利要求1所述的一种超长焦距薄膜凹面镜阵列的制备方法，其特征在于：步骤(一)中基材(2)的长、宽各不大于120mm，厚度不大于15mm，基材(2)的镀膜面的表面光洁度优于60
‑
40，光圈数小于1。4.根据权利要求1所述的一种超长焦距薄膜凹面镜阵列的制备方法，其特征在于：步骤(二)中二维永磁阵列(1)由9～100个相同的长方体单永磁体排列组成，且任意相邻两个单永磁体的N、S极相反。5.根据权利要求4所述的一种超长焦距薄膜凹面镜阵列的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆益敏，杨春来，王海，徐曼曼，奚琳，
申请(专利权)人：安徽工程大学，
类型：发明
国别省市：