Layertec高品质低色散镜的镀膜技术

Layertec如何生产出高品质的飞秒激光反射镜和高质量的低色散镜？除了基片材料的选择，和基片材料的加工之外，尤为重要的是镀膜工艺这一环节。本文主要概述LAYERTEC经常使用的三种主要涂层技术，分别介绍了电介质镀膜和金属镀膜背后的物理特性，以及金属电介质镀膜的可能性。

激光介质膜镜片是指在一定基片上镀上介质膜。如今，德国Layertec超快激光镜片的精密光学设备和镀膜实验室共拥有300多名员工。可使用40台镀膜机来覆盖从VUV到NIR的波长范围，镀膜技术主要使用的是溅射（包括磁控溅射和离子束溅射）和蒸发镀膜（包括热蒸发、离子辅助电子束蒸发），生产出三种涂层：氟化物和氧化物介电涂层，金属涂层和金属介电涂层（Dielectric Coatings，Metallic Coatings，Metal-Dielectric Coatings）

光学镀膜被广泛用于改变玻璃表面的反射率（比如眼镜），从眼镜到高功率激光镜片等应用。

一、热蒸发和电子束蒸发（Thermal and Electron Beam Evaporation）

热蒸发和电子束蒸发是制备光学镀膜比较常用的技术。LAYERTEC主要将这些技术用于UV涂料。蒸发源安装在蒸发室的底部。们包含涂层材料，该涂层材料通过电子枪（电子束蒸发）或电阻加热（热蒸发）加热。加热方法取决于材料特性（例如熔点）和光学参数。

将基板安装在蒸发室顶部的旋转基板支架，为了确保涂层的均匀性，必须旋转基板。同时，根据基底和涂层材料的不同，基板需要加热到150–400°C的温度，这种工艺的特点是具有，低吸收损失和涂层对基材的良好粘附性。经过离子枪的辅助蒸发可获得更紧凑的膜层。

蒸发涂层的特点和性能（Properties of Evaporated Coatings）

热蒸发和电子束蒸发的成膜粒子的迁移率很低（能量非常低（〜1eV）。 因此，必须通过加热基材来提高粒子的迁移率。然而，蒸发涂层的堆积密度相对较低，并且加工后的涂层常包含微晶。因此也导致了相对较高的杂散光损耗（大约百分之一到百分之一，取决于波长）。

此外，还受到温度和湿度等环境的影响，大气中的水可以扩散到涂层中，也会从涂层中扩散出去。这导致反射带的偏移量约为波长的1.5％。但是，蒸发的涂层具有高的激光损伤阈值，并且被广泛用于激光器和其他光学设备中。

二、磁控溅射

溅射（Sputtering）通常，术语“溅射”代表通过离子轰击从固体中提取粒子（原子，离子或分子）。离子被朝目标加速并与目标原子碰撞。原始离子以及反冲粒子在材料中移动，并与其他原子a.s.o碰撞。大部分离子和反冲原子保留在材料中，但由于多次碰撞过程，一定比例的反冲原子会被散射到表面。这些粒子离开目标，然后可以移动到基底上并形成薄膜。

磁控溅射（Agnetron Sputtering）

上述离子在靶材前面燃烧后，产生气体放电，从而传递。它可以通过直流电压（直流溅射）或通过交流电压（射频溅射）来激励。在直流溅射的情况下，靶材是高纯度金属（例如钛）的圆盘。对于射频溅射，还可以将介电化合物（例如二氧化钛）用作靶。将反应性气体（例如氧气）添加到气体排放物中，形成相应的化合物（例如氧化物）。

LAYERTEC已开发出用于光学镀膜的磁控溅射技术，从实验室技术发展为一种非常有效的工业工艺，该工艺可获得具有优异性能的涂层，尤其是在可见光和近红外光（VIS和NIR）光谱范围内。我们的磁控溅射设备可以涂覆直径最大为500mm的基材。

三、离子束溅射（Ion Beam Sputtering,简称IBS）

IBS技术是使用一个单独的离子源来产生离子。现代IBS工厂使用射频源，从而达到避免污染。多数情况下，活性气体（氧）也是由离子源提供的。这样的粒子的反应性更好，层更紧密。

磁控溅射与离子束溅射的主要区别是离子的发生、靶材和基材，在IBS工艺中（离子束溅射过程中）是完全分离的，而在磁控溅射过程中它们彼此是紧密靠近的（可看原理图）。

总结：Layertec镜片溅射涂层的优点和性能：

-由于成膜粒子的高迁移率（动能高（〜10 eV）），因此溅射层表现出：

 -非晶态的微观结构

 -高堆积密度（接近散装材料）

由于以上特点，使生产的镜片具有优良的光学特性，特点是：

 -低杂散光损耗

 -光学参数的热稳定性好，气候环境稳定性高

 -激光诱导的高损伤阈值

 -机械稳定性高

 -无需外部加热即可生产出具有最小吸收率的氧化物层。