全介质反射膜是利用光学干涉原理,选择两种分别具有高、低折射率特性的介质材料,通过多组高低折射率材料组成的膜系叠加,达到宽波段、高反射率的目标。依照膜层性能要求,通常的全介质反射膜系设计包含有几十甚至上百层薄膜。与传统的金属反射镜相比,全介质反射镜具有使用寿命长、膜层吸收小、反射波段内反射效率高的优点。从工艺角度,全介质反射膜对设备膜层均匀性监控精度要求高,在镜面口径比较大的情况下,膜层应力控制也十分重要,否则难于实现大口径高精度光学镜面上的应用。
为尽可能提升LAMOST光谱仪的通光效率,南京天光所大口径光学技术研究室科研人员经过技术攻关,在全介质膜系的研制方面取得了重要进展。目前完成了首块LAMOST光谱仪蓝区照相镜全介质反射膜的研制,在350nm到590nm范围内光谱反射率优于97.6%,性能明显高于之前银膜的反射率;结果显示镀膜后能维持很高的面形精度,实测镀膜前后面形测量结果均方根(RMS)值分别为 0.0149λ和0.0135λ(λ=632.8nm)。
镀全介质膜前的面型 镀全介质膜后的面型
现蓝区全介质反射镜膜系层数达50余层,使用寿命有望提升到5年以上,而原来银膜反射镜的寿命只有2年。2015年1月底,该反射镜已安装在LAMOST光谱仪蓝区照相镜上,经实地检测性能发现首块光谱仪蓝区全介质反射镜的平均反射率大于98.7%,较之前的银膜反射率大幅度提高,同时减少了成倍的维护工作量。
首块光谱仪蓝区全介质反射镜的研制成功为进一步提升LAMOST的通光效率奠定基础。下一步将进行光谱仪红区全介质反射镜的研制,并探索全波段(360-900nm)全介质反射镜镀膜的可行性。
与以往采用镀银蓝区反射镜的反射效率比较