Layertec的光学镀膜方法

时间：2020-07-23

光学涂层广泛用于改变镜片表面的反射率，从眼镜到高功率激光应用。本文经常使用的三种主要涂层技术的概述。这几种技术介绍了介电和金属涂层背后的物理原理，以及结合金属和介电层的可能性。Layertec掌握了飞秒激光镀膜的核心科技，其镀膜具有低色散、高损伤阈值的特点。对于脉冲100多飞秒，其损伤阈值可以达到接近1J/cm2。

一、热蒸镀和电子束蒸发（Thermal and Electron Beam Evaporation）：
热气流和电子束蒸发是生产光学涂层较常用的技术，也称为蒸镀或热蒸镀。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。它们包含由电子枪(电子束蒸发)或电阻加热(热蒸发)加热的涂层材料。加热的方法取决于材料的性能(例如熔点)和光学规格。
所述衬底安装在蒸发室**部的旋转衬底架上。必须旋转基板，以确保涂层的均匀性。基底必须加热到150-400℃，这取决于基底和涂层材料。这提供了低吸收损失和良好的附着力的涂层对基材。离子枪被用来获得更紧凑的层。

图一高温融化的镀膜涂层材料

蒸镀材料的性能：
成膜粒子的能量很低(约1eV)。这就是为什么必须通过加热基质来增强粒子的流动性的原因。然而，蒸发涂层的堆积密度相对较低，层间经常含有微晶。这导致了相对较高的斜光损耗(根据波长的不同，大约是10%到1%)。
此外，根据温度和湿度的不同，大气中的水分可以扩散到涂层中或从涂层中扩散出来。这将导致反射波段的偏移，约为波长的1.5%。蒸发涂层具有较高的激光损伤阈值，广泛应用于激光和其他光学器件中。

图二蒸发示意图(蒸发器左和右)和支撑离子枪(中间)
二、溅射喷镀法(Sputtering)：
一般来说，“溅射”一词代表离子轰击从固体中激发粒子(原子、离子或分子)。离子被加速朝向目标，并与目标原子相撞。原始离子和反冲粒子通过材料运动，同时与其他原子发生碰撞。大部分离子和反冲原子留在材料内部，但有一部分反冲原子通过这种多次碰撞过程向表面散射。这些粒子离开目标，然后可以移动到基底并形成薄膜。

磁控溅射(Magnetron Sputtering)：
上述离子通过在靶前燃烧的气体放电传递。它可以由直流电压(DC -溅射)或交变电压(RF-溅射)激发。在DC -溅射的情况下，目标是一个高纯度金属(如钛)的圆盘。对于射频溅射，介电化合物(例如二氧化钛)也可以用作靶材。在气体排放中加入活性气体(如氧)会形成相应的化合物(如氧化物)。
Layertec的已经将磁控溅射技术应用于**快激光镀膜，从一种实验室技术发展成为一种非常的工业工艺，使涂层具有优异的性能，特别是在可见光和近红外光谱范围内。他们的磁控溅射工厂可以涂覆直径500mm的衬底。

图三磁控溅射过程示意图:离子从气体放电加速到目标(**部)，在那里产生涂层粒子。
离子束溅射(Ion Beam Sputtering)：
这种技术使用一个单独的离子源来产生离子。为了避免污染，射频源在现代IBS工厂被使用。活性气体(如氧气)在大多数情况下也由离子源提供。这是制造出更好的反应性粒子和更紧密的层的原因。
磁控溅射与离子束溅射的主要区别在于IBS过程中离子生成、靶材和基片是完全分离的，而磁控溅射过程中离子生成、靶材和基片是非常接近的。

图四离子束溅射:来自沉积源(中间)的离子被加速到目标(右边)。溅射的粒子凝聚在基片上(上)。*二个离子源(左)协助这个过程。

溅射涂层的性能：
由于溅射镀膜的成膜粒子具有高动能(约10 eV)，即高迁移率，因此溅射层（飞秒光学薄膜）表现为:
-非晶态微观结构
-高密度(接近散装物料)
性能:
-低straylight损失
-光学参数具有较高的热稳定性和气候稳定性
-高激光诱导损伤阈值
-机械稳定性高
-不需要外部加热，以产生具有较小吸光度的氧化层。

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