中国科学院南京天文光学技术研究所机构知识库

随着天文观测技术的持续发展，大口径望远镜在科研领域的重要性日益凸显。当前，国内外均在积极建造具有更高性能的大口径望远镜，以满足研究者对深入探索宇宙的需求。现代望远镜对于反射镜性能的要求越来越高：需要望远镜反射镜具备更大的口径以提升分辨率和集光能力，反射膜需要在更宽的光谱范围内达到更高的反射率以提高光学效率，同时还需要反射膜展现出优异的环境稳定性，以保障望远镜在长时间工作过程中的光学性能并降低维护频率。

然而，现阶段大口径望远镜所使用的反射膜在性能上有待提升。得益于热蒸发技术和磁控溅射技术的革新，我们迎来了为更大口径镜面研发高性能反射膜的可能性。

鉴于此，本论文以3.2米离子束辅助蒸发镀膜设备为基础研究平台，对大口径望远镜反射镜中的高反射率反射膜进行了系统的研究。研究内容涵盖四个方面：大口径镜面中的薄膜沉积工艺、大口径镜面中的膜厚均匀性、针对不同镜面类型和光谱需求的反射膜研发，以及反射膜的环境稳定性研究。

首先，本文从薄膜生长的理论出发，深入探讨了工艺条件与光学性能之间的内在联系，并成功获取了不同材料在大口径镜面中的最优工艺参数。针对大口径镜面中薄膜沉积的光学常数不均匀性问题，本文提出了一种新型的离子源辅助方法，显著提高了沉积过程中光学常数的一致性。在膜厚均匀性研究方面，本文通过对薄膜膜厚的理论计算，模拟了一级公转中2.5米平面和二级行星公自转中1.5米平面的膜厚分布情况。针对大口径天文望远镜中副镜及改正镜的特殊需求，创新性地提出了一种二级偏心旋转的镀膜方法，有效提升了大口径、大曲率镜面中薄膜的膜厚均匀性。此外，通过公式推导，成功将三种不同的镀膜方式（一级公转、二级行星公自转、二级偏心公自转）整合至一个程序中，并对它们的优缺点进行了对比分析。在反射膜的研发方面，本文通过精确计算薄膜反射率理论，利用介质膜增强了金属膜的反射率，或在特定光谱区域内实现了高反射。针对不同形状镜面的不同光谱需求，成功沉积了三种具有代表性的高反射率反射膜。最后，在反射膜的环境稳定性分析方面，本文通过加速老化试验和外场试验等方法，从光谱稳定性、机械稳定性和化学稳定性三个维度对反射膜的稳定性进行了深入研究和分析。

研究结果表明，利用离子束辅助沉积技术，可以成功在2.5米级以下镜面制备出高性能的高反射率反射膜。这类反射膜不仅具有更加灵活的反射区域和高反射率，还展现出优异的环境稳定性，完全符合现代大口径天文望远镜对反射膜的严苛要求。