大型天文望远镜反射涂层的特性

　　引 言

　　天文望远镜通常镀制铝反射涂层。Al 涂层在红外，可见以及紫外波段均有较高的反射率，铝膜与玻璃基板附着良好，铝镜可连续工作几年，然而，铝涂层也存在明显的不足，主要是在红外波段存在自身辐射，这就限制了红外天文学的应用[1]。Ag是镀制金属反射膜优良的材料，在可见区和红外区都有比铝涂层高的反射率，而且，倾斜使用时引入的偏振效应较小。但银涂层也存在明显的不足：一是紫外波段反射较低;二是与玻璃基板附着较差;三是环境稳定性不如铝膜，易硫化，会使镜面变灰暗。铝膜与银膜的理论反射率如图1。如何克服银膜的缺点利用银涂层的优势，一直是天文光学工作者努力的目标。本文对银涂层进行了深入的研究，利用增加上、下表面粘着层，选用适当的介质膜堆，增加要求波段的反射率，并使它起保护作用，研制出了附着牢固、环境稳定性好铜基银金属增强型红外高反射涂层。欲使紫外波段有高的反射率，可在铝层上镀一薄的Al2O3粘着层，再在粘着层上面镀一层20~25nm 的薄银膜并把介质膜堆的监控波长选在紫外波段，便可达到目的[1]。同时我们还在 ZZS —2200大型镀膜机上镀制样品，并进行了反射率测量和环境强化实验，通过了相关检验。

　　1 膜系及镀制

　　天文望远镜大型主反射镜常用膜系为金属增强型高反射膜系，这也是本文要研究的基本膜系，其基本结构为：基板/粘着层/Ag/粘着层+介质膜堆/入射介质.根据上面所述的银膜的弱点，在对银金属增强反射镜研究，重点放在粘着层和保护介质堆上面。该项实验是在 ZZS —2200 大型真空镀膜上进行，该设备真空室体积：直径 2.2m，高 2.2m;配有三只大功率电子束蒸发器，四只电阻热蒸发器，膜厚用光学监控，并配备 MARK-Ⅲ辅助离子源一只，基础真空优于 8.0×10-4Pa，可镀制直径 1.8m 以内的各种大型反射镜。实验样品包括φ200mm 和φ52mm 的实验反射镜，金属膜用电阻热蒸发，介质膜用电子束蒸发。

　　1.1 粘着层实验

　　银金属增强反射膜系碰到的第一个问题就是银膜与玻璃基板的附着，通常的原则是金属膜与金属膜，介质膜与介质膜，具有较好的附着性能，所以通常在玻璃基板上先镀铬，然后在铬膜上镀银，利用铬膜与玻璃基板的良好的附着性能，来改善银膜的附着，实验证明，在大型反射镜中，银膜与铬膜附着并不理想;为改善银膜与玻璃基板的附着，我们选择了几种粘着层材料，进行Ag膜附着实验(如表1)。由实验检验结果可以看出，其中膜系 G|Cr/Cu/Ag+介质|Air 膜层附着和保护性能最好。其它粘着层效果较差，膜系：G|Cr/Al/Ag/介质|Air，镀制完成后 4-5 小时膜层出现鼓泡，这两种材料应力不相匹配。在大镀膜机中 Cr/Ag 之间附着不理想，我们认为是由于镀膜机内部体积过于庞大，导致淀积速率降低，吸附原子在其平均停留时间内能充分进行表面迁移，凝结只能在大的凝结体上进行，反蒸发严重，使膜层结构松散，进而影响到 Cr/Ag 之间的附着力，Cu 层的引入改善了 Cr/Ag 之间的附着力，Cu 比Ag 活泼，与Cr 层的附着力更强，而Cu,Ag之间的扩散作用使Cu 层与Ag 层紧密结合。