[发明专利]用于生产高折射率光学涂层的蒸镀用材料

说明书

薄的氧化物涂层被广泛地用于工业中，特别是在光学领域中被用作保护涂层或被用于其他光学性能的目的。它们可用来作为光学元件和仪器的表面涂层，特别是例如作为透镜、反光镜、棱镜等的表面涂层，以防止它们受到腐蚀和机械损伤。另外，薄的氧化物涂层还被用来生产高—、中—和低—折射率的光学涂层以用来提高或降低反射率。主要应用领域是生产抗反射涂层，这种涂层常用于护目透镜、照相机镜头、双筒望远镜以及光学测量仪器和激光技术用的光学元件等器件的表面上，另外，它还可用来生产具有特定折射率和/或特定光吸收性质的涂层，例如，干涉反射镜、光束分离器、滤热器和透热镜上的涂层。

用于生产这些氧化物涂层的原料是公知的。常用的原料为SiO₂和广宽范围的金属氧化物，而它们又可以相互结合起来使用。对原料的选择基本上是凭经验，这主要取决于所需的光学性能和加工性能。采用真空蒸镀(vacuum vapour-deposition)法来生产涂层的方法是已知的。例如，德国专利12 28 489公开了一种可供使用的材料及其加工方法以及所存在的与其有关的一些问题。

为了生产高折射率的涂层(即光折射率约等于2的涂层)，必须选择基本上合适的原料。适用的原料主要有钛、锆、铪和钽的氧化物以及它们的混合物。用于高折射率涂层的优选原料是二氧化钛。

然而，这些适用的原料本身具有很多缺点，特别是从实际加工过程来看这些缺点尤为明显。

一方面，这些物质具有高的熔点和沸点，而且，它们的熔点和沸点又彼此接近。然而，从实际生产的观点来看，很重要的一点是在开始明显蒸镀之前必须使蒸镀用原料处于完全熔化的状态。只有这样才能保证达到均匀和合适的沉积速率。并且必须这样才能在待涂覆的物件上形成均质的和厚度均匀的涂层。然而，在锆和铪的氧化物的情况下以及在钛/锆混合氧化物的情况下，在实际生产条件中并不是这种情况。所说的物质在通常的生产条件下熔化不完全或者根本不熔化。它们一般难以蒸发，因此产生厚度不均匀的涂层。

因此希望通过加入适当添加剂的方法来降低基料物质的熔点。所说的添加剂可在特定范围内变化，并借助于一种专门方法改变所获涂层的折射率。

为此目的而选择的合适添加剂必须限定是一种不吸收光的物质。因此，只有那些在从可见光直到近紫外光波长(直至约320nm的光谱范围内不吸收光的金属氧化物才适合作为相应的添加剂。

另一个问题如下所述：

尽管作为原料的所说氧化物在可见光波长范围内对光的吸收率很低或者根本不吸收(这是对相应光学应用的一个先决条件)，但是，当采用真空蒸镀法以这些原料来生产薄涂层时，如果没有特殊的预防措施，最终也可能获得一种在可见光区域内具有高吸收的涂层。当选用二氧化钛作为制备高折射率涂层用的原料时，情况尤其如此，这一情况的发生要归因于在高真空蒸镀过程中氧的损失和因此沉积出一种其氧含量为亚化学计量的氧化钛涂层。

为了克服这一问题，可以使蒸镀在具有一定的氧剩余压力(约10^-4-10^-5mbar)，即具有氧化特征的真空下进行，和/或使所获涂层在氧或空气中经受后续处理。根据上述的德国专利12 28 489，对于将稀土元素中的某些元素或其氧化物添加到待蒸发的原料中的工艺来说，上述的措施特别有利。

虽然上述问题可以通过适当地选择添加剂或选择合适的某些物质的混合物来解决，但是，混合物体系在真空蒸镀法中使用是不理想的。其理由是，混合物体系通常在蒸发时互不相容，也就是说，在蒸发过程中它们的组成要发生变化，因此沉积涂层的组成也发生相应的变化。为了避免发生这种情况，所说的混合体系必须是一种在蒸发时不发生物质变化并且可以重新冷凝的离散化合物。

本发明的目的是寻找一种适合于以真空蒸镀法来制备高折射率光学涂层的蒸镀用材料，这种材料没有已知材料的那些缺点，并且，特别是用这种材料可以制备出一种具有均质组成并且在可见光范围内不吸光的均质涂层。

经过研究，发现一种以钛和镧的氧化物为基的体系，特别是一种以钛酸镧化合物(La₂Ti₂O₇)，在这方面显示出较大的意义。

化学文摘CA112(24)：226980n摘录了一篇关于在真空中蒸发和冷凝钛酸镧的文献。化学文摘CA106(14)：119159y摘录了一篇关于钛酸镧的光学/物理性质的文献。