広帯域反射防止膜の基礎研究

大型光学赤外線望遠鏡で必要となる極限的性能をもつ光学素子を、国立天文台で稼働中のイオンビームスパッタ装置を活用して開発することが本研究の目的である。光学薄膜の特性は、その光学膜厚(屈折率n×物理膜厚d)で決まる。イオンビームスパッタ装置は成膜速度が遅いため、物理膜厚dはかなり精密にコントロールできる。あとは屈折率が波長に対してどのように変化するか(屈折率分散)がわかれば、光学薄膜を設計することが可能となる。イオンビームスパッタ法では膜物質がほぼ酸化物に限られるので、屈折率が近い2つの物質で成膜することになる。そのため、広帯域反射防止膜の設計においては、屈折率を詳細に把握しておくことが大事である。多くの成膜サンプルの分光光度計測定データを分析すれば、屈折率分散を3桁の精度で決められるはずである。そうやって得られた屈折率の値を、エリプソメータによる測定などと比較して、正確なデータベースを構築することが重要である。光学薄膜の最適設計には薄膜計算ソフトを使うが、正確な設計を行うためにこのデータベースを活用することになる。今年度は、できるかぎり詳しく把握した屈折率分散を用いて広帯域反射防止膜を設計した。特に、これからの光学天文学に貢献するために、大型光学素子への応用を重視した。この目的のために、成膜対象の手前にマスクを設置して、成膜の一様性を大きな面積において実現できるようにした。これは充分な効果があり、大口径レンズへの成膜が可能となった。また、新しい試みとして、赤外域で使われることが多いシリコン基盤への成膜についても考察し、本研究は完了した。

大型光学赤外線望遠鏡で必要となる極限的性能をもつ光学素子を、国立天文台で稼働中のイオンビームスパッタ装置を活用して開発することが本研究の目的である。光学薄膜の特性は、その光学膜厚(屈折率n×物理膜厚d)で決まる。イオンビームスパッタ装置は成膜速度が遅いため、物理膜厚dはかなり精密にコントロールできる。あとは屈折率が波長に対してどのように変化するか(屈折率分散)がわかれば、光学薄膜を設計することが可能となる。イオンビームスパッタ法では膜物質がほぼ酸化物に限られるので、屈折率が近い2つの物質で成膜することになる。そのため、広帯域反射防止膜の設計においては、屈折率を詳細に把握しておくことが大事である。多くの成膜サンプルの分光光度計測定データを分析すれば、屈折率分散を3桁の精度で決められるはずである。そうやって得られた屈折率の値を、エリプソメータによる測定などと比較して、正確なデータベースを構築することが重要である。光学薄膜の最適設計には薄膜計算ソフトを使うが、正確な設計を行うためにこのデータベースを活用することになる。今年度は、できるかぎり詳しく把握した屈折率分散を用いて広帯域反射防止膜を設計した。特に、これからの光学天文学に貢献するために、大型光学素子への応用を重視した。この目的のために、成膜対象の手前にマスクを設置して、成膜の一様性を大きな面積において実現できるようにした。これは充分な効果があり、大口径レンズへの成膜が可能となった。また、新しい試みとして、赤外域で使われることが多いシリコン基盤への成膜についても考察し、本研究は完了した。