Brevet FR2351423A1 — publié le 19771209

La présente invention concerne un système multicouche antiréfléchissant destine à être déposé sur des substrats en verre couramment utilisés en optique, ledit système étant efficace d'une manière continue dans une large bande de longueurs d'ondes allant du visible au proche infrarouge. Divers systèmes antiréfléchissants ont été proposés à ce jour. Tout d'abord, il existe des systèmes antiréfléchissants efficaces, soit dans le visible, soit dans l'infrarouge; l'inconvénient majeur de ces systèmes est qu'ils ne peuvent être valablement utilisés que dans une bande précise et relativement étroite de longueurs d'ondes (domaine du visible ou de 1 'in- infrarouge) C'est pourquoi il a été recherché un système efficace à la fois dans le domaine du visible et dans celui de l'infrarouge; un tel système connu et utilisé actuellement est à base de fluorures de néodyme et de lanthane, et est tout à fait efficace dans la bande du domaine du visible, et dans une bande du proche infrarouge, cette dernière bande étant disjointe de la bande du visible On est donc en présence d'une bande comprise entre les deux bandes précédentes à l'intérieur de laquelle le système est inefficace, ce qui est gênant notamment pour les dispositifs de vision de nuit, et ce qui rend nécessaire la réalisation de systèmes différents, sur la me pièce optique, dans le cas où les faisceaux peuvent être séparés, c'est-à-dire en déposant sur la pièce optique, à gauche par exemple un système efficace dans la bande visible et dans la bande infrarouge la plus proche, et sur la partie droite un autre système efficace dans la bande comprise entre les deux bandes précédentes. Il en résulte bien évidemment au niveau de la fabrication un certain nombre de contraintes, puisqu'il faut deux systèmes pour chaque pièce optique. De plus, il est des cas où les faisceaux ne peuvent etre séparés, ce qui rend inefficace le système précité. La présente invention a pour but de réaliser un système antiréfléchissant multicouche efficace d'une manière continue depuis 0,45 micron dans le visible jusqu'à 1,1 micron dans le proche infrarouge. L'un des intérêts de la présente invention est de constituer un système multicouche unique efficace dans le visible (0,45 à 0,75 micron), à la longueur d'onde d'émission du laser eAG (1,06 micron), et dans la bande d'utilisation des systèmes de vision nocturne (0,85 à 1,1 micron). De façon plus précise, le système antiréfléchissant multicouche unique et efficace d'une manière continue depuis 0,45 micron jusqu'à 1,1 micron à substrat de verre, est notamment remarquable en ce qu' il comprend entre le substrat et l'air, du côté de l'air, un composé diélectrique, dur et transparent, dont l'indice de réfraction est intermédiaire entre celui de l'air et celui du substrat, et entre ledit composé et ledit substrat une succession de couches de corps diélectriques, durs et transparents, appartenant à deux familles dont la première correspond à des corps ayant un indice de réfraction proche de 1,70 et dont la seconde présente pour ses corps un indice de réfraction voisin de 1,80, ladite succession étant telle qu'on a alternativement un corps de ladite première famille, et un corps de ladite seconde famille. Selon un mode préférentiel de réalisation, le système selon l'invention comprend outre le substrat, et en allant du substrat vers l'air : une cou che de fluorure de néodyme, une couche d'alumine, une couche de fluorure de néodyme, une couche d'alumine, et une couche de fluorure de magnésium. La présente invention permet donc de simplifier la technologie de fabrication, et par suite de faire baisser le prix de revient des pièces optiques devant être traitées antiréfléchissantes dans toute la bande 0,45 micron à 1,1 micron, car on procède ainsi au dépôt d'un seul système, alors qu'antérieurement, il était nécessaire, dans la mesure où cela était possible, de séparer la surface de la pièce optique en deux parties, et déposer sur chacune de ces deux parties un système antiréfléchissant particulier, D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux à la lecture de la description qui va suivre faite en regard des figures données à titre indicatif et nullement limitatif, parmi lesquelles - la figure 1 représente un mode de réalisation préférentiel du système selon l'invention, et - la figure 2 illustre la courbe du pourcentage de réflexion en fonction de la longueur d'onde pour le système représenté à la figure 1 Comme cela apparaît dans la figure 1 où le système est globalement référencé 1, on remarque que le substrat 2 est séparé de l'air 3 par une pluralité de couches. C'est ainsi qu'une couche 4 est disposée du coté de l'air, et qu'une succession 5 de couches est située entre la couche 4 et le substrat 2. Ce dernier peut être réalisé en tout type de verre connu tel que le crown, le flint, le verre de silice. La couche 4, qui est la dernière couche du système et est donc en contact avec l'air, est réalisée en un composé diélectrique, dur, transparent, tel que la cryolithe (indice de réfraction 1,25), ou préférentiellement le fluorure de magnésium (indice de réfraction 1,38). La succession 5 se caractérise par une alternance de couches de corps appartenant à deux familles distinctes; selon la figure 1, il y a quatre couches; les couches 6 et 6' eorrespondent à la première famille et contiennent éventuellement le même corps, et les couches 7 et 7' correspondent à la deuxième famille et peuvent être ou non de nature différente, c'est-à-dire renfermant ou non le même corps. Outil s'agisse de la première ou de la deuxième famille, tous les corps utilisés doivent présenter un certain nombre de caractéristiques comaRlnes et notamment doivent être, dans le domaine 0545 micron - 1,1 micron, transparents, durs, diélectriques En outre, ces corps doivent pouvoir adhérer les uns aux autres, ainsi qu'au substrat 2 et à la couche 4, de façon à éviter une destruction du système par clivage. La première famille comprend essentiellement des halogénures de terre rare tels que le fluorure de néodyme ou de lanthane, ou autres halogénures ayant un indice de réfraction voisin de 1,70. La seconde famille est à base d'oxydes tels que l'alumine, ou la magnésie, ou autres oxydes ayant un indice de réfraction voisin de 1,80. De façon plus générale, les corps des première et seconde familles seront choisis avec des indices proches de ceux indiqués, la différence des in dices desdits corps étant de 0,1. Préférentiellement, le système choisi est celui de la figure 1 où la succession 5 comprend quatre couches, les couches 6 et 6' étant identiques (fluorure de néodyme), les couches 7 et 7' étant également identiques (alumine)0 On obtient ainsi le système suivant substrat / Nd F3 / A12 0 3 / Nd F3 / A12 0 3 / Mg F2 / air Diverses études ont été menées pour le calcul de l'épaisseur de- cha cune des couches, de façon à avoir un coefficient de réflexion du système aussi bas que possible dans tout le domaine 0,45 micron - 1,1 micron.Il a été trouvé que les épaisseurs e qui apparaissent dans le tableau suivant étaient valables SUBSTRAT VERRE (indice de réfraction 1,52) ~ 1ère couche (référencée 6) Nd F3 e = 650 A 2ème couche (référencée 7) A12 0 3 e = 1 250 A 3ème couche (référencée 6') Nd F3 e = 1 500 A 4ème couche (référencée 7') A12 0 3 e = 1 400 A 5sème couche (référencée 4) Mg F2 e = 900 A La figure 2 illustre la courbe 8 obtenue grgce au système précité de la figure 1, avec les valeurs du tableau ci-dessus, où la réflexion R (%) est portée en ordonnée, alors que la longueur d'onde > (micron) figure en abscis se. On notera que grâce au système multicouche unique faisant l'objet de la présente invention, on obtient un coefficient de réflexion inférieur à 2 % aux environs de 0,75 micron, et à 1 % entre 0,45 et 0,70 micron d'une part, et entre 0,8 micron et 1,1 micron d'autre part.En référencée est portée la droite 9 correspondant au substrat nu (ici du verre avec un indice de réfraction de 1,52) et qui donne un coefficient de réflexion de l'ordre de 4 Ok, Avec les substances mentionnées pour les différentes couches, on peut naturellement optimiser le système en faisant varier les épaisseurs des différentes couches. On peut également, tout en gardant les mêmes rapports entre les épaisseurs des couches successives, mais en changeant l'épaisseur de l'une des couches, obtenir un système antiréfléchissant efficace dans une large bande spectrale autre que celle considérée ici, qui est limitée seulement par les frontières du domaine de transparence sans absorption du substrat et de chacun des matériaux. Deux procédés d'obtention du système sont possibles, à savoir le dé pôt des différents corps par pulvérisation cathodique haute fréquence, et le dépôt par évaporation sous vide; c'est ce dernier procédé qui sera préférentiellement utilisé. Dans ce dernier cas, les divers produits constituant les couches sont placés dans des creusets, successivement portés à haute température permettant la sublimation du corps considéré qui ira se déposer sur le substrat, déjà éventuellement muni d'une ou plusieurs couches; le chauffage se fait par exemple grâce à un courant de 600 - 700 A sous 4 V traversant les creusets, la pression de gaz, tel que l'oxygène, régnant dans l'enceinte étant pour 1 'exem- ple précité, comprise entre 10 et 10 atm., de façon à être en amont du Point Critique du corps considéré, permettant ainsi ladite sublimation. Un soin particulièrement attentif devra être porté aux contr8les de température et de pression. Les épaisseurs des couches successives sont mesurées soit à l'aide d'un système utilisant les propriétés d'un quartz oscillant, soit à l'aide d'une chaîne photométrique comprenant un photomultiplicateur comme détecteur, REVENDICATIONS 1) Système antiréfléchissant multicouche, unique et efficace d'une manière continue depuis 0,45 micron jusqu'à 1,1 micron, à substrat de verre, caractérisé en ce qu'il comprend entre le substrat et l'air, du côté de l'air, un composé diélectrique, dur et transparent, dont l'indice de réfraction est intermédiaire entre celui de l'air et celui du substrat, et entre ledit composé et ledit substrat, une succession de couches de corps diélectriques, durs et transparents, appartenant à deux familles dont la première correspond à des corps ayant un indice de réfraction proche de 1,70, et dont la seconde présente pour ses corps un indice de réfraction voisin de 1,80, ladite succession étant telle qu'on a alternativement un corps de ladite première famille et un corps de ladite seconde famille 2) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche en contact avec le substrat contient un corps appartenant à ladite première famille, 3) Système selon la revendication I, caractérisé en ce que ledit composé est du fluorure de magnésium ou de la cryolithe 4) Système selon l'une des revendications I ou 2, caractérisé en ce que ladite première famille consiste en des halogénures de terre rare tels que le fluorure de néodyme, ou le fluorure de lanthane, ou autres halogénures présentant un indice de réfraction voisin de 1,70. 5) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite seconde famille consiste en des oxydes tels que l'alumine, ou la magnésie, ou autres oxydes présentant un indice de réfraction voisin de 1,80. 6) Système selon les revendications 3, 4 et 5, caractérisé en ce qu' il comprend successivement en allant du substrat vers l'air : une couche de fluorure de néodyme, une couche d'alumine, une couche de fluorure de néodyme, une couche d'alumine, une couche de fluorure de magnésium, 7) Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que les épaisseurs des diverses couches sont respectivement, en allant du substrat vers o O 650 o O o O l'air : 650 A, 12su A, 1500 A, 1400 A, gOO A, 8) Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le substrat est à base de crown, de flint, ou de verre dw silice, 9) Procédé d'obtention du système selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les diverses couches sont déposées par pulvérisation cathodique haute fréquence. 10) Procédé d'obtention du système selon l'une quelconque des reven dications 1 à 8, caractérisé en ce que les diverses couches sont déposées par vaporisation sous atmosphère gazeuse telle que l'oxygène, raréfiée, 11) Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la pres sion de ladite atmosphère gazeuse est comprise entre 10 eut et 6 atm, 12) Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que l'épaisseur de chaque couche est déterminée à l'aide soit d'une chaîne photométrique comprenant un photomultiplicateur comme détecteur, soit d'un système comprenant un quartz oscillant.