LAYERTEC鍍膜和生產檢測技術介紹

LAYERTEC成立于1990年,，是由耶拿弗里德里?！な├沾髮W的一個剝離項目而成立的。LAYERTEC生產高品質激光應用的光學元件,，波長范圍從真空紫外線（157 nm）到近紅外線（~6μm）。自從成立以來,，LAYERTEC一直為全球的大學和研究機構提供服務,，并且過去幾年激光技術的許多重要發(fā)展都得到了LAYERTEC產品的支持。

LAYERTEC擁有精密光學設備和各種涂層技術（磁控濺射,、離子束濺射,、熱蒸發(fā)、離子輔助電子束蒸發(fā)）,，這使得LAYERTEC能夠在整個生產過程中控制光學元件的質量,，從基板的研磨、拋光和清洗到最終的涂層過程,。目前,，約有300名員工在LAYERTEC的精密光學設備和涂層實驗室工作，40臺涂層機可覆蓋從真空紫外線到近紅外線的波長范圍,，使用由氟化物和氧化物,、金屬和金屬-介質涂層制成的濺射和蒸發(fā)涂層。

LAYERTEC提供全fang位的設計和制造選項,，以高度的靈活性為特殊應用定制光學元件,，實現(xiàn)涂層性能和成本效益的最you化。涂層設備的大小和技術種類的多樣性,，使得LAYERTEC可以高效生產系列產品,，同時也可以為工業(yè)研發(fā)團隊和研究機構提供靈活的原型制造。

本文概述了LAYERTEC的生產技術,，并展示了一些代表zhuo越品質的創(chuàng)新解決方案,，旨在展示LAYERTEC的能力以推動未來的發(fā)展。

LAYERTEC的精密光學設備生產熔融石英,、N-BK7®等光學玻璃,、以及一些晶體材料如氟化鈣的反射鏡基板、干涉儀,、減速器,、透鏡和棱鏡。近年來，我們已經優(yōu)化了熔融石英和YAG的拋光工藝,。我們能夠提供表面RMS粗糙度為1.5 ?的熔融石英基板,。

LAYERTEC生產各種尺寸的精密光學元件。激光光學的典型直徑在6.35毫米至100毫米之間,，但最小的激光裝置的系列生產可達2毫米,，而高能激光或天文望遠鏡的直徑可達600毫米。

激光鏡的高品質基板需要具備以下特征：

• 幾何形狀（直徑,、厚度,、楔度和曲率半徑）

• 表面粗糙度

• 表面形態(tài)公差

• 表面缺陷

LAYERTEC提供針對所有這些參數進行優(yōu)化的基板。直徑最大可達50毫米的熔融石英基板的高品質規(guī)格如下：

• 表面RMS粗糙度低至1.5 ?

• 表面形態(tài)公差為λ/30（546 nm）

• 缺陷密度低至5/1 x 0.025 (ISO 10110)

這些參數不僅適用于標準幾何形狀,，也可以在尺寸,、形狀或曲率半徑不常見的基板上實現(xiàn)。LAYERTEC的基板符合環(huán)形下降光譜和極紫外鏡的組件生產要求,。

磁控濺射和離子束濺射（IBS）的原理和性質

一般而言,，“濺射”一詞指的是通過離子轟擊從固體中提取粒子（原子、離子或分子）,。離子被加速朝向靶材,，并與靶材原子碰撞。原始離子以及反彈的粒子穿過材料,，與其他原子碰撞等等,。大多數離子和反彈的原子仍然留在材料內部，但是一定比例的反彈原子通過這個多重碰撞過程散射到表面,。這些粒子離開靶材,，然后可能移動到基板上并形成薄膜。

離子由氣體放電輸送,，放電在靶材前面燃燒,。它可以通過直接電壓（直流濺射）或交變電壓（射頻濺射）進行激發(fā)。在直流濺射的情況下,，靶材是一塊高純度金屬盤（例如鈦）,。對于射頻濺射，也可以使用介電化合物（例如二氧化鈦）作為靶材,。向氣體放電中添加反應性氣體（例如氧氣）會導致相應化合物（例如氧化物）的形成,。

這種技術使用單獨的離子源產生離子。為了避免污染,，現(xiàn)代IBS機器使用射頻源,。反應性氣體（氧氣）在大多數情況下也由離子源提供。這導致粒子的反應性更好,，并且形成的層更加緊密,。磁控濺射和離子束濺射的主要區(qū)別在于，在IBS過程中，離子生成,、靶材和基板wan全分離,，而在磁控濺射過程中它們非常靠近,。

在LAYERTEC的發(fā)展中,，磁控濺射從實驗室技術發(fā)展成為一個非常高效的工業(yè)過程，可以產生具有zhuo越光學性質的涂層,，特別是在可見光和近紅外光譜范圍內,。最大的磁控濺射機器可以涂覆直徑達600毫米的基板。

由于粒子形成薄膜的動能高（約10電子伏特）,，因此濺射層表現(xiàn)出以下特征：無定形的微觀結構高堆積密度（接近于大塊材料的密度）這些結構特征導致非常有利的光學性質,，例如：由于散射光的低損耗在各種環(huán)境條件下光學參數的高穩(wěn)定性，由于阻止水分子擴散高激光損傷閾值高機械穩(wěn)定性

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蒸發(fā)涂層的工作原理和性質

熱蒸發(fā)和電子束蒸發(fā)是生產光學涂層最常見的技術,。LAYERTEC主要用這些技術生產紫外涂層。蒸發(fā)源安裝在蒸發(fā)室底部,。它們包含涂層材料,，該材料通過電子槍（電子束蒸發(fā)）或電阻加熱（熱蒸發(fā)）加熱。加熱方法取決于材料特性（例如熔點）和光學規(guī)格,?；灏惭b在蒸發(fā)室頂部的旋轉基板架上。旋轉基板以確保涂層均勻性,?；灞仨毤訜岬?50-400°C的溫度，具體取決于基板和涂層材料,。這提供了低吸收損失和涂層與基板的良好粘附性,。離子槍用于獲得更緊密的層。

LAYERTEC配備了幾臺蒸鍍機,，覆蓋了上述技術從簡單的熱蒸發(fā)到使用APS pro®和LION®離子源進行離子輔助沉積（IAD）的整個帶寬,。

薄膜形成粒子的能量非常低（約1電子伏特）。這就是為什么必須通過加熱基板來增強粒子的流動性,。

標準蒸發(fā)涂層的堆積密度相對較低,，并且層中通常含有微晶粒。這導致相對較高的散射損失（取決于波長,，約為一些百分之幾到一些百分之一）,。此外，大氣水蒸氣可以根據溫度和濕度在涂層內部擴散,，導致反射波段偏移約波長的1.5％,。

使用APS pro®和LION®離子源進行IAD可以生產無偏移，即密集的蒸發(fā)涂層，這些源提供非常高的離子電流密度,。盡管如此,，蒸發(fā)涂層也具有高激光損傷閾值和低吸收。它們廣泛用于激光和其他光學設備中,。

精密光學測量工具

LAYERTEC的精密光學設施配備了激光干涉儀和專門用于平面,、球面和拋物面的干涉儀設置。對于非球面表面,，LAYERTEC使用觸摸和非接觸式計量系統(tǒng),。一般來說，直徑不超過100毫米的球面和平面光學元件的形狀公差可以以λ/10（633nm）的精度測量,。然而,，在許多情況下，高達λ/30的更高精度是可能的,?？梢愿鶕筇峁y量報告。

特別是對于具有大尺寸的激光光學器件,，LAYERTEC使用高性能的Fizeau干涉儀和Twyman-Green干涉儀,，測量范圍如下：

• 平面表面：?≤300毫米，精度高達λ/50（633nm）,，?≤600毫米優(yōu)于λ/10

• 球面表面：?≤600毫米,，精度優(yōu)于λ/10（633nm）

• 拋物面：?≤300毫米全孔徑測量，精度高達λ/10（633nm）

由Luphos GmbH開發(fā)的測量系統(tǒng)LuphoScan允許超高精度的距離和表面形狀測量,。這個du特的系統(tǒng)結合了其他距離測量系統(tǒng)的許多優(yōu)點,，沒有必要接觸，工作距離小或工作范圍微小的缺點,。這種技術允許確定不同對象的拓撲結構,，達到納米級別。

高反射物體如鏡子或金屬涂層基板以及提供弱反射率（玻璃透鏡,、基板）的透明物體均可測量,。由于其絕對測量范圍，可以以±5納米的精度解析高達1毫米高度的結構,。特別是非球面表面的拓撲誤差可以被準確確定并用于拋光過程中的形狀參數校正,。

Talysurf PGI 1240是一種用于表征強曲率表面的觸摸式表面輪廓測量工具。小jian端接觸表面并沿著一條線移動,，同時測量其位移,。測量原理不依賴于表面拓撲或光學性質，如涂層或薄污染物,，這些通常會防止直接干涉測量,。垂直精度取決于表面的梯度,，可以達到200納米，相當于≈λ/2（633nm）,。LAYERTEC使用這種工具測量直徑不超過200毫米的中小型非球面表面,。

基于白光干涉儀的3D光學表面輪廓儀被用于可視化我們基板的表面形態(tài)和粗糙度。該輪廓儀還被用于表征尺寸從0.5微米到100微米范圍內的表面缺陷和其他結構,。

LAYERTEC利用掃描探針顯微鏡（原子力顯微鏡,，AFM），其測量范圍在10納米到1微米之間,，用于控制表面粗糙度值低于Sq≤5?的特殊拋光過程,，并可根據要求提供檢驗報告。

LAYERTEC已開發(fā)出一種自動化測量系統(tǒng),，用于檢測和分析光學表面上的缺陷和劃痕,。該系統(tǒng)使LAYERTEC能夠根據ISO 10110-7對缺陷大小進行分類。因此,，質量控制程序（如最終檢驗）得以簡化,，特別是對于規(guī)定缺陷尺寸低于25微米的高質量光學元件。

鍍膜測量工具

簡介

精密光學,，光學涂層,，常見激光器類型的光學元件選擇

對于生產和研發(fā)而言，質量控制非常重要,。LAYERTEC的標準檢驗流程包括基板的干涉測量和涂層光學元件在波長范圍為120納米到20微米的分光光度計測量,。

在波長范圍λ=120納米至20微米的標準分光光度計測量,，使用紫外-可見-近紅外分光光度計,，真空紫外和傅里葉變換紅外分光光度計。

通過腔環(huán)衰減時間測量法,，可以確定R,、T=99.5%至99.9999%的高反射率和透射率。這種方法是一種高精度的絕對測量方法,。LAYERTEC采用各種CRD設置,，可覆蓋從220到1800納米的整個光譜范圍，沒有任何間隙,。正在建造一個用于波長范圍2500至4700納米的CRD設置,。

除了透射率和反射率之外，LAYERTEC還能夠使用幾個白光干涉儀在250到1700納米的波長范圍內測量鏡子的相位性質,。這些設置可用于表征具有正或負GDD的寬帶飛秒激光鏡子,，并用于在窄光譜范圍內測量GDD為-10000 fs2的GTI鏡子的GDD。

激光損傷閾值測試

在LAYERTEC可以使用符合ISO標準和我們自己的程序進行LIDT測試（詳見第37頁和第38頁）,?？捎玫牟ㄩL包括266納米,、355納米、532納米和1064納米,，脈沖持續(xù)時間為4-10納秒,。其他LIDT測試條件的測量是與漢諾威激光中心(LZH)合作進行的。此外,，我們還可以在內部測量光學薄膜和塊材料的吸收率,。測量可用于355納米、532納米或1030納米及10°至70°的s-和p-偏振光,。由于測量設置,，需要635納米以上的透過率高于1%。除此之外,，可以測量大多數常用基材上的任何HR,、PR或AR涂層（包括單層）?；谋仨毷呛穸葹?-12毫米的平面,。可以按要求提供校準報告,。

光學涂層中的吸收損失會導致涂層和基底加熱,。對于平均激光功率在幾千瓦及以上（連續(xù)波）的高功率激光器，即使在每百萬分之幾的吸收損失范圍內,，也會導致光學元件的顯著加熱,。LAYERTEC已經建立了一個加熱測量設置，用于1030納米波長的高功率光學元件的質量保證和技術開發(fā),。