专利名称：防爆隔板玻璃表面增透膜的制备方法
技术领域：
本发明涉及高功率激光器，特别是一种高功率激光器的防爆隔板玻璃表面增透膜的制备方法，主要是利用溶胶-凝胶方法制备在450～900nm光谱区具有高透过的强光用增透膜。
背景技术：
由于高功率固体激光器输出能量的80％以上是由片状主放大器提供，所以主放大器的增益对整个装置的效率至关重要。如何提高主放大器的增益一直是从事高功率固体激光器研究人员的研究热点之一，对主放大器与高能氙灯之间的防爆隔板玻璃进行表面增透处理，是提高主放大器增益的有效途径之一。利用溶胶-凝胶技术在隔板玻璃表面涂增透膜是一种既经济、又有效的涂膜方法，参见在先技术Prene P，Priotton JJ，Beaurain L，Belleville P.Preparation of a sol-gel broadbandantireflective and scratch-resistant coating for amplifierblastshields of the French laser LIL.，J.Sol-Gel Sci.Tech.，19(2000)533~537，TaO2/SiO2双层增透膜使主放大器的增益提高了6.3％。但是由于TaO2膜层用原料TaCl5的价格较高，为8000元/kg，所以研究开发性价比更高的TaO2替代膜层是十分必要的。
而用价格相对较低的钛酸丁酯(不超过80元/kg)为原料，通过溶胶-凝胶方法制备得到的TiO2薄膜具有优良的光学性能，在光学领域得到了广泛的应用。基于以上考虑，本发明采用钛酸丁酯和正硅酸乙酯为主要原料，制备得到具有高性价比的高性能耐强光用TiO2/SiO2宽光谱增透膜。
发明内容
为了提高主放大器的增益，根据主放大器的吸收光谱特性，本发明提供一种防爆隔板玻璃表面增透膜的制备方法，该膜层性价比高、耐强光，在450～900nm光谱区具有高的透过率，可有效提高主放大器的增益。
本发明的技术解决方案如下一种防爆隔板玻璃表面增透膜的制备方法，它是采用溶胶-凝胶法制备TiO2/SiO2宽光谱增透膜，其特征在于所述的防爆隔板玻璃表面增透膜是以钛酸丁酯和正硅酸乙酯为主要原料制备的TiO2和SiO2溶胶进行涂制的。
本发明防爆隔板玻璃表面增透膜的制备方法，包括下列具体步骤①所述的TiO2涂膜溶胶的制备TiO2溶胶的原料配比(摩尔百分比，mol％)Ti(OC4H9)4H2O HCl 乙酰丙酮 C2H5OH2.5～4.5 6.5～181.2～3.71.0～4.070～88先将各原料按选定的摩尔比换算为体积比并量取之，将所需C2H5OH分成两等份，向其中一份中加入Ti(OC4H9)4和乙酰丙酮，磁力搅拌1小时，另一份与H2O和HCl混合均匀，将后者分2至5次加入前者中，需要20～50min，磁力搅拌4小时，陈化后即得到TiO2溶胶；②所述的SiO2涂膜溶胶的制备SiO2溶胶的原料配比(摩尔百分比，mol％)Si(OC2H5)4H2O HCl C2H5OH411.70.3 84先将各原料按选定的摩尔比换算为体积比并量取之，将所需C2H5OH分成两等份，其中一份与Si(OC4H9)4混合，另一份与H2O和HCl混合均匀后加入前者中，磁力搅拌4小时陈化后，即得到SiO2溶胶；③利用TiO2和SiO2溶胶进行涂膜。
所述的利用TiO2和SiO2溶胶进行涂膜，包括下列步骤①按照严格的程序清洗基片，清洗好后烘干或自然凉干备用；②将干净的基片浸入陈化好的TiO2溶胶中，以一定的速度提拉涂膜，涂膜次数和提拉速度由溶胶浓度和膜层厚度确定，膜层在150℃～250℃范围内烘烤0.5小时，得到λ/2的TiO2膜层；③将涂有TiO2膜层的基片浸入陈化好的SiO2溶胶中，以一定的速度提拉涂膜，经200℃烘烤处理，即得到λ/2-λ/4型的TiO2/SiO2双层增透膜。
实验结果表明利用本发明方法涂有该增透膜的隔板玻璃在450～900nm光谱区的平均透过率超过98％，经高能氙灯数百次放电实验测试，膜层表面没有发现破坏迹象，并明显提高了主放大器的能量利用率，其增益提高了6.5％左右。
图1为隔板玻璃表面增透膜的透过率曲线图，其中虚、实线分别表示隔板玻璃涂膜前和涂膜后的透过率。
图2为涂膜隔板玻璃的透过率曲线和主放大器的吸收光谱图。
具体实施例方式
针对防爆隔板玻璃用TiO2/SiO2双层宽光谱增透膜的特点，在本发明的具体实施方式
中，配置了多种浓度的TiO2溶胶和单一浓度的SiO2溶胶，其中TiO2溶胶的配方见表1，SiO2溶胶的配制原料为Si(OC2H5)4、H2O、HCl以及C2H5OH。
表1
实施例一TiO2溶胶的配制组成如表1中1#所示，具体过程如下①各组分按其摩尔比换算为体积比，将其中C2H5OH分成两等份，一份加入Ti(OC4H9)4，混合均匀后加入乙酰丙酮，磁力搅拌1小时；②另一份C2H5OH与H2O和HCl混合，磁力搅拌15～30分钟；③将②中溶液分2次加入溶液①中，每次大约10分钟，两次中间间隔30分钟，混合结束后继续搅拌4小时，陈化1天后备用。
SiO2溶胶按Si(OC2H5)4、H2O、HCl以及C2H5OH摩尔百分比4∶11.7∶0.3∶84进行配制，具体过程包括①各组分按其摩尔比换算为体积比，将所需C2H5OH分成两等份，其中一份中加入Si(OC2H5)4，磁力搅拌混合0.5小时；②另一份C2H5OH与H2O和HCl混合磁力搅拌15～30分钟；③将C2H5OH、H2O和HCl的混合液②缓慢加入溶液①中，大约需要10分钟，混合结束后继续搅拌4小时，陈化3天以上备用。
双层膜制备过程包括下列步骤①将直径φ50mm的B33玻璃基片和600*400*8mm3的B33玻璃基片依次经弱碱洗液、酒精、去离子水冲洗干净，在干净环境下烘干或自然凉干，最后经专用擦纸擦干净后涂膜；②将净化处理的基片浸入TiO2溶胶中，以15cm/min的速度提拉涂膜，在100℃烘烤约15min，再在同一溶液中以12cm/min的速度提拉涂膜，经200℃烘烤30min即可得到中心波长在650nm的λ/2TiO2膜层；③将涂有Ti02膜层的基片浸入SiO2溶胶中，以12cm/min的速度提拉涂膜，在200℃烘烤30min，即得到中心波长为650nm的λ/2-λ/4型TiO2/SiO2双层宽光谱增透膜。
膜层的测试结果如下用直径φ50mm的涂膜B33玻璃片测试透过率，根据TiO2和SiO2各自膜层的透过光谱求得到各自的折射率(依据薄膜光学原理)分别为1.863和1.432，TiO2/SiO2双层膜的透过率满足要求。同时用表面涂有TiO2/SiO2双层增透膜的B33玻璃基片(600*400*8mm3)进行实地测试，结果主放大器的增益提高了6.8％，且经过氙灯的上百次辐照膜层表面没有发生破坏。
实施例二TiO2溶胶的配制组成如表1中2#所示，具体过程如下①各组分按其摩尔比换算为体积比，将其中C2H5OH分成两等份，一份加入Ti(OC4H9)4，混合均匀后加入乙酰丙酮，磁力搅拌1h；②另一份C2H5OH与H2O和HCl混合，磁力搅拌15～30min；③将②中溶液分2次缓慢加入溶液①中，每次大约需要10min，中间间隔30min，混合结束后继续搅拌4h，陈化1天后备用。
SiO2溶胶按Si(OC2H5)4、H2O、HCl以及C2H5OH摩尔百分比4∶11.7∶0.3∶84进行配制，具体过程包括①各组分按其摩尔比换算为体积比，将所需C2H5OH分成两等份，其中一份中加入Si(OC2H5)4，磁力搅拌混合0.5h；②另一份C2H5OH与H2O和HCl混合磁力搅拌15～30min；③将C2H5OH、H2O和HCl的混合液②缓慢加入溶液①中，大约需要10min，混合结束后继续搅拌4h，陈化3天以上备用。
双层膜制备过程包括下列步骤
①将直径φ50mm的B33玻璃基片和600*400*8mm3的B33玻璃基片依次经弱碱洗液、酒精、去离子水冲洗干净，在干净环境下烘干或自然凉干，最后经专用擦纸擦干净后涂膜；②将净化处理的基片浸入TiO2溶胶中，以14cm/min的速度提拉涂膜，在100℃烘烤约15min，再在同一溶液中以11cm/min的速度提拉涂膜，经200℃烘烤30min即可得到中心波长在650nm的λ/2TiO2膜层；③将涂有TiO2膜层的基片浸入SiO2溶胶中，以12cm/min的速度提拉涂膜，在200℃烘烤30min，即得到中心波长为650nm的λ/2-λ/4型TiO2/SiO2双层宽光谱增透膜。
膜层的测试结果如下用直径φ50mm的涂膜B33玻璃片测试透过率，根据TiO2和SiO2各自膜层的透过光谱求得到各自的折射率(依据薄膜光学原理)分别为1.859和1.432，TiO2/SiO2双层膜的透过率满足要求。同时用表面涂有TiO2/SiO2双层增透膜的B33玻璃基片(600*400*8mm3)进行实地测试，结果主放大器的增益提高了约6.6％，且经过氙灯的上百次辐照膜层表面没有发生破坏。
实施例三TiO2溶胶的配制组成如表1中3#所示，具体过程如下①各组分按其摩尔比换算为体积比，将其中C2H5OH分成两等份，一份加入Ti(OC4H9)4，混合均匀后加入乙酰丙酮，磁力搅拌1h；②另一份C2H5OH与H2O和HCl混合，磁力搅拌15～30min；③将②中溶液分4次缓慢加入溶液①中，每次需要7分钟左右，总共需要50min，混合结束后继续搅拌4h，陈化1天后备用。
SiO2溶胶按Si(OC2H5)4、H2O、HCl以及C2H5OH摩尔百分比4∶11.7∶0.3∶84进行配制，具体过程包括①各组分按其摩尔比换算为体积比，将所需C2H5OH分成两等份，其中一份中加入Si(OC2H5)4，磁力搅拌混合0.5h；②另一份C2H5OH与H2O和HCl混合磁力搅拌15～30min；③将C2H5OH、H2O和HCl的混合液②缓慢加入溶液①中，大约需要10min，混合结束后继续搅拌4h，陈化3天以上备用。
双层膜制备过程包括下列步骤①将直径φ50mm的B33玻璃基片和600*400*8mm3的B33玻璃基片依次经弱碱洗液、酒精、去离子水冲洗干净，在干净环境下烘干或自然凉干，最后经专用擦纸擦干净后涂膜；②将净化处理的基片浸入TiO2溶胶中，以12cm/min的速度提拉涂膜，在100℃烘烤约15min，再在同一溶液中以9cm/min的速度提拉涂膜，经200℃烘烤30min即可得到中心波长在650nm的λ/2TiO2膜层；③将涂有TiO2膜层的基片浸入SiO2溶胶中，以12cm/min的速度提拉涂膜，在200℃烘烤30min，即得到中心波长为650nm的λ/2-λ/4型TiO2/SiO2双层宽光谱增透膜。
膜层的测试结果如下用直径φ50mm的涂膜B33玻璃片测试透过率，根据TiO2和SiO2各自膜层的透过光谱求得到各自的折射率(依据薄膜光学原理)分别为1.848和1.432，TiO2/SiO2双层膜的透过率满足要求。同时用表面涂有TiO2/SiO2双层增透膜的B33玻璃基片(600*400*8mm3)进行实地测试，结果主放大器的增益提高了约6.47％，且经过氙灯的上百次辐照膜层表面没有发生破坏。
实施例四TiO2溶胶的配制组成如表1中4#所示，具体过程如下①各组分按其摩尔比换算为体积比，将其中C2H5OH分成两等份，一份加入Ti(OC4H9)4，混合均匀后加入乙酰丙酮，磁力搅拌1h；②另一份C2H5OH与H2O和HCl混合，磁力搅拌15～30min；
③将②中溶液分3次缓慢加入溶液①中，每次大约需要8分钟，总共需要50min，混合结束后继续搅拌4h，陈化1天后备用。
SiO2溶胶按Si(OC2H5)4、H2O、HCl以及C2H5OH摩尔百分比4∶11.7∶0.3∶84进行配制，具体过程包括①各组分按其摩尔比换算为体积比，将所需C2H5OH分成两等份，其中一份中加入Si(OC2H5)4，磁力搅拌混合0.5h；②另一份C2H5OH与H2O和HCl混合磁力搅拌15～30min；③将C2H5OH、H2O和HCl的混合液②缓慢加入溶液①中，大约需要10min，混合结束后继续搅拌4h，陈化3天以上备用。
双层膜制备过程包括下列步骤①将直径φ50mm的B33玻璃基片和600*400*8mm3的B33玻璃基片依次经弱碱洗液、酒精、去离子水冲洗干净，在干净环境下烘干或自然凉干，最后经专用擦纸擦干净后涂膜；②将净化处理的基片浸入TiO2溶胶中，以12cm/min的速度提拉涂膜，在100℃烘烤约15min，再在同一溶液中以10cm/min的速度提拉涂膜，经200℃烘烤30min即可得到中心波长在650nm的λ/2TiO2膜层；③将涂有TiO2膜层的基片浸入SiO2溶胶中，以12cm/min的速度提拉涂膜，在200℃烘烤30min，即得到中心波长为650nm的λ/2-λ/4型TiO2/SiO2双层宽光谱增透膜。
膜层的测试结果如下用直径φ50mm的涂膜B33玻璃片测试透过率，根据TiO2和SiO2各自膜层的透过光谱求得到各自的折射率(依据薄膜光学原理)分别为1.852和1.432，TiO2/SiO2双层膜的透过率满足要求。同时用表面涂有TiO2/SiO2双层增透膜的B33玻璃基片(600*400*8mm3)进行实地测试，结果主放大器的增益提高了约6.7％，且经过氙灯的上百次辐照膜层表面没有发生破坏。
实施例五TiO2溶胶的配制组成如表1中1#所示，具体过程如下①各组分按其摩尔比换算为体积比，将其中C2H5OH分成两等份，一份加入Ti(OC4H9)4，混合均匀后加入乙酰丙酮，磁力搅拌1h；②另一份C2H5OH与H2O和HCl混合，磁力搅拌15～30min；③将②中溶液分5次加入溶液①中，每次需要6min，总共需要50min，混合结束后继续搅拌4h，陈化1天后备用。
SiO2溶胶按Si(OC2H5)4、H2O、HCl以及C2H5OH摩尔百分比4∶11.7∶0.3∶84进行配制，具体过程包括①各组分按其摩尔比换算为体积比，将所需C2H5OH分成两等份，其中一份中加入Si(OC2H5)4，磁力搅拌混合0.5h；②另一份C2H5OH与H2O和HCl混合磁力搅拌15～30min；③将C2H5OH、H2O和HCl的混合液②缓慢加入溶液①中，大约需要10min，混合结束后继续搅拌4h，陈化3天以上备用。
双层膜制备过程包括下列步骤①将直径φ50mm的B33玻璃基片和600*400*8mm3的B33玻璃基片依次经弱碱洗液、酒精、去离子水冲洗干净，在干净环境下烘干或自然凉干，最后经专用擦纸擦干净后涂膜；②将净化处理的基片浸入TiO2溶胶中，以18cm/min的速度提拉涂膜，经250℃烘烤30min即可得到中心波长在650nm的λ/2TiO2膜层；③将涂有TiO2膜层的基片浸入SiO2溶胶中，以12cm/min的速度提拉涂膜，在200℃烘烤30min，即得到中心波长为650nm的λ/2-λ/4型TiO2/SiO2双层宽光谱增透膜。
膜层的测试结果如下用直径φ50mm的涂膜B33玻璃片测试透过率，根据TiO2和SiO2各自膜层的透过光谱求得到各自的折射率(依据薄膜光学原理)分别为1.848和1.432，TiO2/SiO2双层膜的透过率满足要求。同时用表面涂有TiO2/SiO2双层增透膜的B33玻璃基片(600*400*8mm3)进行实地测试，结果主放大器的增益提高了6.4％，且经过氙灯的上百次辐照膜层表面没有发生破坏。
权利要求
1.一种防爆隔板玻璃表面增透膜的制备方法，它是采用溶胶—凝胶法制备TiO2/SiO2宽光谱增透膜，其特征在于所述的防爆隔板玻璃表面增透膜是以钛酸丁酯和正硅酸乙酯为主要原料制备的TiO2和SiO2溶胶进行涂制的。
2.根据权利要求1所述的防爆隔板玻璃表面增透膜的制备方法，其特征在于该方法包括下列具体步骤①所述的TiO2涂膜溶胶的制备TiO2溶胶的原料配比(摩尔百分比，mol％)Ti(OC4H9)4H2O HCl 乙酰丙酮 C2H5OH2.5～4.5 6.5～181.2～3.7 1.0～4.0 70～88先将各原料按选定的摩尔比换算为体积比并量取之，将所需C2H5OH分成两等份，向其中一份中加入Ti(OC4H9)4和乙酰丙酮，磁力搅拌1小时，另一份与H2O和HCl混合均匀，将后者分2至5次加入前者中，需要20～50min，磁力搅拌4小时，陈化后即得到TiO2溶胶；②所述的SiO2涂膜溶胶的制备SiO2溶胶的原料配比(摩尔百分比，mol％)Si(OC2H5)4H2O HCl C2H5OH411.7 0.384先将各原料按选定的摩尔比换算为体积比并量取之，将所需C2H5OH分成两等份，其中一份与Si(OC4H9)4混合，另一份与H2O和HCl混合均匀后加入前者中，磁力搅拌4小时陈化后，即得到SiO2溶胶；③利用TiO2和SiO2溶胶进行涂膜。
3.根据权利要求2所述的防爆隔板玻璃表面增透膜的制备方法，其特征在于所述的利用TiO2和SiO2溶胶进行涂膜，包括下列步骤①按照严格的程序清洗基片，清洗好后烘干或自然凉干备用；②将干净的基片浸入陈化好的TiO2溶胶中，以一定的速度提拉涂膜，涂膜次数和提拉速度由溶胶浓度和膜层厚度确定，膜层在150℃～250℃范围内烘烤0.5小时，得到λ/2的TiO2膜层；③将涂有TiO2膜层的基片浸入陈化好的SiO2溶胶中，以一定的速度提拉涂膜，经200℃烘烤处理，即得到λ/2-λ/4型的TiO2/SiO2双层增透膜。
全文摘要
一种防爆隔板玻璃表面增透膜的制备方法，它是采用溶胶—凝胶法制备TiO
文档编号C03C17/27GK1587150SQ20041006674
公开日2005年3月2日 申请日期2004年9月28日 优先权日2004年9月28日
发明者贾巧英, 唐永兴, 乐月琴 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所