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Layertec高品质低色散镜的镀膜技术

作者: 时间:2021-05-14

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VUVNIR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 CoatingsMetallic CoatingsMetal-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(VISNIR)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。



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