技術(shù)領(lǐng)域：
本文涉及鏡子，更具體地，涉及由金屬基材制作的鏡子的結(jié)構(gòu)和制造。技術(shù)背景存在各種使用高精度鏡面的光學(xué)系統(tǒng)。例子包括紫外光刻聚光鏡、反射激光掃描鏡、用于國家安全的遠(yuǎn)程傳感器、大氣外反射光學(xué)件、高能紅外(IR)激光系統(tǒng)、太陽能集中器、需要用于可見輻射的低散射系統(tǒng)以及各種其他應(yīng)用。用于制造精密金屬鏡的一種技術(shù)是采用鋁合金基材(例如，鋁6061-T6)，以及在基材的表面上進(jìn)行單點(diǎn)金剛石車削(DPT)，進(jìn)而將其作為反射表面。這種合金重量輕，易于通過DPT機(jī)械加工，并且具有良好的長期穩(wěn)定性。但是，鋁合金含有諸如鋅、鉻和鐵之類的合金元素，這在DPT之后留下了缺陷或人工制品，對DPT可實(shí)現(xiàn)的表面精整具有明顯限制。該表面精整對于許多應(yīng)用提供充分的低散射，其中，感興趣的反射輻射具有較長波長，例如大于3.0微米的波長。但是，在較短波長處，例如對于可見輻射波長，該表面精整提供的散射水平對于許多應(yīng)用而言太高了。散射是腐蝕以及高于所需表面精整(其暴露出位點(diǎn)，在所述位點(diǎn)合金材料可以被暴露出來)的結(jié)果，這導(dǎo)致系統(tǒng)輸出的降低并且降低了激光誘發(fā)的損壞閾值(LIDT)性能。鎳鍍覆(以及更近來的稱作(美國明尼蘇達(dá)州明尼阿波利斯市鋁鍍有限公司(AlumiPlateIncorporated、Minneapolis、MN))的鋁鍍覆工藝)是用于沉積鋁層的電鍍工藝，其克服了與腐蝕相關(guān)的部分問題，但是并沒有克服所有能夠?qū)崿F(xiàn)可用于寬范圍波長的高性能鏡面的制備問題。已經(jīng)證實(shí)，當(dāng)暴露于苛刻環(huán)境測試時(shí)，例如鹽霧和擴(kuò)展?jié)穸葧r(shí)，鎳鍍精整光學(xué)件具有增強(qiáng)的耐腐蝕性，并且觀察到具有增強(qiáng)的激光損壞閾值性能。但是，在用于鋁合金基材的熱膨脹系數(shù)(CTE)與用于鍍覆鎳層的CTE之間存在固有的失配。因此，由于鎳層的厚度，在基材和鎳層之間會(huì)存在雙金屬效應(yīng)，這引起鏡子的運(yùn)行溫度范圍內(nèi)的鏡面表面彎曲。該彎曲對于高精度鏡面表面是不合乎希望的，因?yàn)檫@改變了鏡面表面的光學(xué)特性。為了在正常溫度變化情況下使得該雙金屬完全保持在可接受范圍，鍍鎳層需要是薄且均勻的層。這樣的話，無法考慮將鎳鍍覆的精整光學(xué)件用于具有大范圍運(yùn)行溫度的應(yīng)用，例如約-70℃至約60℃的情況。一種替代技術(shù)使用電沉積高純度鋁鍍覆代替鎳鍍覆，從而避免熱失配。該工藝在電沉積的鋁層上產(chǎn)生了氧化鋁外層，這種氧化物層在切割過程中對金剛石工具造成損壞。此外，這種高純度鋁是非常柔軟的，并且傾向于在切割過程中積累在金剛石工具上，這造成DPT操作的困難性。此外，鋁的軟表面易于劃痕，并且難以清潔。另一種技術(shù)包括對鋁基材進(jìn)行拋光。雖然部分技術(shù)證實(shí)了RMS的表面精整，但是因?yàn)殇X的軟度，這是具有困難的。但是，雙向反射分布函數(shù)(BRDF)散射測試顯示，在經(jīng)拋光的6061-T6鋁層上所得到的非球面表面性能非常類似RMS表面精整，因?yàn)橛捎陔s質(zhì)的結(jié)果，表面的峰-谷變化仍然非常高。作為結(jié)果，該拋光技術(shù)無法提供相對于未拋光鋁基材的顯著改進(jìn)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：根據(jù)本文的一個(gè)實(shí)施方式，提供了用于涂覆基材的方法。該方法包括：用金剛石將基材車削到約為RMS的表面粗糙度，其中，基材是金屬和金屬合金中的一種。方法還包括：將經(jīng)金剛石車削的基材表面拋光至約為RMS的表面粗糙度，以形成經(jīng)拋光基材，加熱經(jīng)拋光基材，以及用惰性氣體對基材進(jìn)行離子轟擊。方法包括：采用低壓磁控管噴濺，在基材的經(jīng)離子轟擊表面上沉積包括至少一層金屬層的涂層，以及采用基于二醇的膠狀溶液對涂層進(jìn)行拋光以形成表面粗糙度小于約RMS的經(jīng)精整表面。根據(jù)本文的另一個(gè)實(shí)施方式，提供了光學(xué)鏡子。光學(xué)鏡子包括基材和沉積在金屬基材上的涂層，涂層包括至少一層金屬層，其具有小于約RMS的經(jīng)精整表面粗糙度。光學(xué)鏡子還包括沉積在金屬層上的反射金屬層，以及沉積在反射金屬層上的薄膜堆疊。在以下的詳細(xì)描述中提出了本文的其他特征和優(yōu)點(diǎn)，其中的部分特征和優(yōu)點(diǎn)對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，根據(jù)所作描述就容易看出，或者通過實(shí)施包括以下詳細(xì)描述、權(quán)利要求書以及附圖在內(nèi)的本文所述的各種實(shí)施方式而被認(rèn)識(shí)。應(yīng)理解，上面的一般性描述和下面的詳細(xì)描述都僅僅是示例性的，用來提供理解權(quán)利要求書的性質(zhì)和特點(diǎn)的總體評述或框架。所附附圖提供了進(jìn)一步理解，附圖被結(jié)合在本說明書中并構(gòu)成說明書的一部分。附圖說明了一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式，并與說明書一起用來解釋各種實(shí)施方式的原理和操作。附圖說明通過以下描述和附圖將會(huì)更清楚地理解本文，附圖僅是非限制性例子的形式，其中：圖1顯示了根據(jù)本文實(shí)施方式的鏡子；圖2顯示了根據(jù)本文實(shí)施方式的鏡子；圖3顯示了根據(jù)本文實(shí)施方式的鏡子；以及圖4顯示了根據(jù)本文實(shí)施方式的鏡子。具體實(shí)施方式根據(jù)本文的實(shí)施方式，提供了鏡子和形成此類鏡子的方法。圖1-4顯示根據(jù)本文示例性實(shí)施方式的各種鏡子100、200、300、400。鏡子100、200、300、400包括基材110、210、310、410，其可以是玻璃、玻璃-陶瓷、陶瓷或金屬基材，但不限于此?；?10、210、310、410可以是二氧化硅基材，例如但不限于熔合二氧化硅。金屬基材可以是鋁、鋁合金、鎂和鎂合金，但不限于此。例如，鋁合金可以是6061-T6Al合金，但不限于此。鏡子100、200、300、400還包括沉積在基材表面上的涂層。涂層包括至少一層金屬層120、220、320、420，其可以沉積在基材110、210、310、410上?？梢詫饘賹?20、220、320、420進(jìn)行選擇，從而使得在金屬層120、220、320、420的CTE與基材110、210、310、410的CTE之間存在最小差異，并且使得在鏡子的運(yùn)行溫度范圍內(nèi)的鏡面表面的熱變形或彎曲最小化。金屬層120、220、320、420可以是例如鋁或鋁合金，但不限于此。金屬層的厚度可以約為2.0-10.0μm。或者，金屬層120、220、320、420的厚度可以約為3.0-8.0μm。根據(jù)本文的一些實(shí)施方式，金屬層120、220、320、420的表面粗糙度小于約RMS。涂層可任選地包含沉積在基材的表面上的粘合層240、340、440?？梢园澈蠈?40、340、440以改善各種涂層與基材110、210、310、410的粘結(jié)。當(dāng)包含粘合層240、340、440時(shí)，粘合層240、340、440可以是Ni、Cr、NiCr、Ti、Al2O3、Bi、Bi2O3，或其組合，但不限于此。粘合層240、340、440的厚度可以約為5.0-50nm。如圖2-4所示，當(dāng)包含粘合層240、340、440時(shí)，所述至少一層金屬層220、320、420沉積在粘合層240、340、440上。如圖3所示，涂層可任選地包括沉積在粘合層340上的中間層350?？梢园ㄖ虚g層350以增強(qiáng)鏡子的化學(xué)耐用性和機(jī)械耐用性。當(dāng)包括中間層350時(shí)，中間層350可以是氧化鋁、氮化鋁和氧氮化鋁，但不限于此。中間層350的厚度可以約為1.0-2.0μm。如圖3所示，當(dāng)包括中間層350時(shí)，所述至少一層金屬層320沉積在中間層350上并且厚度至少約為2.0μm。如圖4所示，涂層可任選地包括沉積在所述至少一層金屬層420上的至少一層光滑層450。光滑層450可以是氧化鋁或氧化硅并且厚度可以大于約100nm，但不限于此。當(dāng)包括至少一層光滑層450時(shí)，所述至少一層金屬層420沉積在所述至少一層光滑層450上并且厚度至少約為2.0μm。作為非限制性例子，圖4顯示了根據(jù)本文實(shí)施方式的鏡子400。如所示，圖4中的鏡子400包括：基材410和涂層，所述涂層具有沉積在基材410上的粘合層440、沉積在粘合層440上的第一金屬層420、沉積在第一金屬層420上的第一光滑層450、沉積在第一光滑層450上的第二金屬層420、沉積在第二金屬層420上的第二光滑層450、沉積在第二光滑層450上的第三金屬層420以及沉積在第三金屬層420上的薄膜堆疊430。圖4僅僅顯示了具有至少一層光滑層450的涂層的一個(gè)例子。根據(jù)本文的涂層可以包括任意數(shù)量的金屬層和光滑層?？梢园ü饣瑢?50以提供所述至少一層金屬層420下方的光滑表面，這有助于沉積到光滑層450上的所述至少一層金屬層420的光滑表面。涂層還包括薄膜堆疊130、230、330、430。薄膜堆疊130、230、330、430包括至少一層薄膜層和反射金屬層。反射金屬層可以是例如零價(jià)的Ag、Au、Rh、Cu、Pt或Ni，但不限于此。反射金屬層的厚度可以約為75-350nm。反射金屬層可以沉積到所述至少一層金屬層120、220、320、420的最外層上?；蛘?，薄膜堆疊130、230、330、430可以包括薄膜，所述薄膜改善了反射金屬層與涂層的粘附。改善了粘附的薄膜可以是例如Al2O3。薄膜堆疊130、230、330、430可以包括保護(hù)層，其可以是AlON、SiON、YbF3、YbFxOy、YF3、Si3N4，及其組合，但不限于此。保護(hù)層的厚度可以約為60-200nm。當(dāng)薄膜堆疊130、230、330、430包括至少兩層薄膜層時(shí)，保護(hù)層是薄膜堆疊130、230、330、430的最外薄膜層。此外，當(dāng)薄膜堆疊130、230、330、430包括至少兩層薄膜層時(shí)，可以在薄膜堆疊130、230、330、430的保護(hù)層與反射金屬層之間沉積調(diào)節(jié)層。調(diào)節(jié)層可以是YbF3、YbFxOy、YF3、GdF3、Ta2O5、Bi2O3，或其組合，但不限于此。調(diào)節(jié)層的厚度可以約為75-300nm。此外，可以在薄膜堆疊130、230、330、430的調(diào)節(jié)層與反射金屬層之間沉積界面層。界面層可以是Nb2O5、TiO2、Ta2O5、Bi2O3、ZnS、Al2O3，或其組合，但不限于此。界面層的厚度可以約為5.0-20nm。本文所揭示的鏡子在約為400-1700nm的波長范圍可具有至少約94％的反射率。鏡子還可在約為800-1700nm的波長范圍具有至少約96％的反射率。根據(jù)本文實(shí)施方式的方法包括：將基材金剛石車削至約為RMS的表面粗糙度。根據(jù)本文的實(shí)施方式，方法還可包括：將經(jīng)過金剛石車削的基材表面拋光至小于(例如，約)的表面粗糙度，以形成經(jīng)拋光基材?；蛘?，可以不對經(jīng)過金剛石車削的基材表面進(jìn)行拋光。方法還包括：將經(jīng)拋光基材加熱至約為50-150℃(例如約為80-110℃)的溫度，持續(xù)約為1.0-2.0小時(shí)的時(shí)間段。方法還包括：用惰性氣體(例如，氬氣)對經(jīng)拋光基材進(jìn)行離子轟擊，持續(xù)約為15-30分鐘的時(shí)間段。方法還包括：使用低壓磁控管噴濺，在經(jīng)離子轟擊的基材表面上沉積包括至少一層金屬層的涂層。可根據(jù)美國專利第5,525,199號(hào)所揭示的方法進(jìn)行低壓磁控管噴濺，其說明書通過引用結(jié)合入本文。方法還可任選地包括：在沉積所述至少一層金屬層之前，在經(jīng)拋光基材的表面上沉積粘合層。方法還可任選地包括在粘合層上沉積至少一層中間層。此外，方法可任選地包括在至少兩層金屬層之間沉積至少一層光滑層。當(dāng)沉積至少一層光滑層時(shí)，至少一層金屬層沉積在光滑層的頂部上，從而在本文所揭示方法的拋光步驟期間，沒有去除光滑層。方法還包括采用基于二醇的膠態(tài)溶液對所述至少一層金屬層進(jìn)行拋光以形成小于約RMS的表面粗糙度，所述基于二醇的膠態(tài)溶液具有略堿性pH。相信略堿性pH可至少部分溶解在鏡面基材上存在的鋁表面氧化?；诙嫉哪z態(tài)溶液的pH可以約為8.5-9.5?；蛘?，基于二醇的膠態(tài)溶液的pH可以約為8.9-9.2?？梢圆捎脪伖鈮|完成拋光，所述拋光墊是保形工具，其可以由瀝青、蠟、樹脂、氈、聚氨酯、PoliTexTM(市售可得自密歇根州米德蘭市陶氏化學(xué)品公司(DowChemicalCompany、Midland、MI))和/或其他已知拋光墊材料制造。該拋光還可產(chǎn)生峰-谷(PV)粗糙度小于約30nm(例如，約為10-30nm)的表面。如本文所用，PV粗糙度是鏡子表面的相圖上的最高峰和最低谷之間的差異。不同于本文所述方法，使用水基溶液可能導(dǎo)致微凹陷(micro-pitting)和大于約30nm的PV粗糙度。此類微凹陷引起光在較低可見光-近UV波長處的散射。任選地，方法還可包括對涂層中的至少一層進(jìn)行光滑化。光滑化技術(shù)可包括例如，偏離正入射角離子轟擊，例如高角離子轟擊，并采用源掩模使得高角沉積最小化。可以采用光滑化技術(shù)對涂層中任意數(shù)量的層進(jìn)行光滑化。方法還可包括在涂層上沉積反射金屬層。根據(jù)本文的實(shí)施方式，方法包括在涂層的所述至少一層金屬層的最外層上沉積反射金屬層。方法還可包括在反射金屬層上沉積薄膜堆疊。薄膜堆疊包括至少一層薄膜層。本文所揭示的實(shí)施方式有助于制造平均表面粗糙度小于約RMS的鏡子。相比于具有金剛石車削的基材表面的鏡子，觀察到根據(jù)本文實(shí)施方式形成的鏡子在寬波長范圍上具有反射輻射的散射降低。此外，具有根據(jù)本文實(shí)施方式的涂層的鏡子具有金屬層CTE與基材CTE之間的最小差異，這使得鏡面表面在鏡子的運(yùn)行溫度范圍的熱變形和彎曲最小化。這可適用于具有大的運(yùn)行溫度范圍(例如，約為-70℃至約60℃)的鏡子應(yīng)用。本文所揭示的鏡子還具有改善的耐腐蝕性和增強(qiáng)的激光損壞閾值性能。如下文實(shí)施例所述，證實(shí)當(dāng)暴露于苛刻環(huán)境測試(例如鹽霧和擴(kuò)展?jié)穸?時(shí)，根據(jù)本文實(shí)施方式的鏡子具有增強(qiáng)的耐腐蝕性。實(shí)施例下文參照某些示例性和具體實(shí)施方式來進(jìn)一步描述本文的實(shí)施方式，其僅僅是示意性的，并不旨在進(jìn)行限制。實(shí)施例1制備4個(gè)樣品鏡子基材，對4個(gè)樣品進(jìn)行激光誘發(fā)的損壞閾值(LIDT)測試。4個(gè)樣品包括6061-T6Al基材。樣品S1和S2的基材表面經(jīng)金剛石車削和拋光。在樣品S2上沉積反射金屬層，以及在反射金屬層上沉積薄膜堆疊。樣品S3和S3的基材經(jīng)金剛石車削然后進(jìn)行拋光。經(jīng)拋光的基材經(jīng)過加熱，用惰性氣體進(jìn)行離子轟擊，以及采用低壓磁控管噴濺將包括金屬層的涂層沉積到經(jīng)拋光基材上。采用基于二醇的膠態(tài)溶液來拋光涂層，以形成表面粗糙度小于約RMS的經(jīng)精整表面。在樣品S4的涂層上沉積反射金屬層，以及在反射金屬層上沉積薄膜堆疊。樣品S2和S4上沉積相同的反射金屬層和薄膜堆疊。采用Nd-YAG層，以1064nm波長、45°入射角和20Hz的脈沖重復(fù)頻率(PRF)，進(jìn)行LIDT測試。表I顯示LIDT測試的結(jié)果。如所示，觀察到根據(jù)本文實(shí)施方式形成的鏡子基材展現(xiàn)出增強(qiáng)的激光損壞閾值性能。例如，根據(jù)本文所揭示的方法加工的樣品S3展現(xiàn)出的LIDT比經(jīng)過金剛石車削和拋光的樣品S1的LIDT大10倍。類似地，根據(jù)本文所揭示的方法加工的樣品S4展現(xiàn)出的LIDT比經(jīng)過金剛石車削和拋光的樣品S2的LIDT大2倍。表I樣品LIDT結(jié)果(J/cm2)S10.25S21.50S32.50S43.25實(shí)施例2根據(jù)本文的實(shí)施方式涂覆鏡子?；慕?jīng)過金剛石車削至約為RMS的表面粗糙度，然后拋光至小于約的表面粗糙度。然后，經(jīng)拋光基材加熱至約為80-110℃的溫度，持續(xù)約為1.0-2.0小時(shí)的時(shí)間段。然后用氬氣對經(jīng)拋光基材進(jìn)行離子轟擊，持續(xù)約為15-30分鐘的時(shí)間段。在經(jīng)離子轟擊表面上沉積厚度約為5.0-50nm的粘合層。然后在粘合層上沉積厚度約為6.0μm的金屬涂層。以小于約/秒的速率進(jìn)行各層的沉積。加工壓力約為2.0x10-4托至約為6.0x10-4托，并且在沉積過程中，用約為0.5-1.0mA/cm2的平均氬氣離子束密度對基材進(jìn)行離子轟擊。在完成涂覆方法之后，觀察到涂層維持與基材的粘附，以及與涂層的其他層的粘附。在經(jīng)涂覆的鏡子進(jìn)一步經(jīng)受持續(xù)約為24-48小時(shí)的精整溶液之后，也維持了粘附。測量精整后的鏡子表面的表面粗糙度和PV粗糙度。確定表面的表面粗糙度約為以及確定PV約為10-30nm。實(shí)施例3根據(jù)實(shí)施例2所述的鏡子制備兩個(gè)鏡子，并且在涂層上沉積反射金屬層。在兩個(gè)鏡子的每個(gè)反射金屬層上沉積不同薄膜堆疊。第一薄膜堆疊依次包括Al2O3-Ag-Al2O3-YbFxOy-Ta2O5-YbFxOy。第二薄膜堆疊依次包括Al2O3-Ag-Al2O3-SiO2。測量每個(gè)鏡子的反射率，并且觀察到在約為400-1700nm的波長范圍至少約94％，在約為800-1700nm的波長范圍大于至少約96％，以及在約為900-1700nm的波長范圍大于約98％。雖然為說明的目的提供了上述實(shí)施方式，但是前面的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本文范圍的限制。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可進(jìn)行各種修改、改動(dòng)和選擇，而不背離本發(fā)明的精神和范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3