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深圳海納光學(xué)有限公司
主營產(chǎn)品： 激光護目鏡，可飽和吸收鏡，衍射光學(xué)元件，光束整形器，太赫茲透鏡，太陽能模擬器，太赫茲相機，激光測量儀，離軸拋物面鏡，微透鏡陣列 |
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飛秒激光鏡片的光學(xué)涂層
2020-7-23 閱讀(2516)
光學(xué)涂層廣泛用于改變鏡片表面的反射率，從眼鏡到高功率激光應(yīng)用。本文經(jīng)常使用的三種主要涂層技術(shù)的概述。這幾種技術(shù)介紹了介電和金屬涂層背后的物理原理，以及結(jié)合金屬和介電層的可能性。Layertec掌握了飛秒激光鍍膜的核心科技，其鍍膜具有低色散、高損傷閾值的特點。對于脈沖100多飛秒，其損傷閾值可以達到接近1J/cm2。
一、熱蒸鍍和電子束蒸發(fā)（Thermal and Electron Beam Evaporation）：
熱氣流和電子束蒸發(fā)是生產(chǎn)光學(xué)涂層較常用的技術(shù)，也稱為蒸鍍或熱蒸鍍。Layertec主要將這些技術(shù)用于UV涂料。蒸發(fā)源安裝在蒸發(fā)室的底部。它們包含由電子槍(電子束蒸發(fā))或電阻加熱(熱蒸發(fā))加熱的涂層材料。加熱的方法取決于材料的性能(例如熔點)和光學(xué)規(guī)格。
所述襯底安裝在蒸發(fā)室頂部的旋轉(zhuǎn)襯底架上。必須旋轉(zhuǎn)基板，以確保涂層的均勻性?；妆仨毤訜岬?50-400℃，這取決于基底和涂層材料。這提供了低吸收損失和良好的附著力的涂層對基材。離子槍被用來獲得更緊湊的層。
圖一 高溫融化的鍍膜涂層材料
蒸鍍材料的性能：
成膜粒子的能量很低(約1eV)。這就是為什么必須通過加熱基質(zhì)來增強粒子的流動性的原因。然而，蒸發(fā)涂層的堆積密度相對較低，層間經(jīng)常含有微晶。這導(dǎo)致了相對較高的斜光損耗(根據(jù)波長的不同，大約是10%到1%)。
此外，根據(jù)溫度和濕度的不同，大氣中的水分可以擴散到涂層中或從涂層中擴散出來。這將導(dǎo)致反射波段的偏移，約為波長的1.5%。蒸發(fā)涂層具有較高的激光損傷閾值，廣泛應(yīng)用于激光和其他光學(xué)器件中。
圖二 蒸發(fā)示意圖(蒸發(fā)器左和右)和支撐離子槍(中間)
二、濺射噴鍍法(Sputtering)：
一般來說，“濺射”一詞代表離子轟擊從固體中激發(fā)粒子(原子、離子或分子)。離子被加速朝向目標(biāo)，并與目標(biāo)原子相撞。原始離子和反沖粒子通過材料運動，同時與其他原子發(fā)生碰撞。大部分離子和反沖原子留在材料內(nèi)部，但有一部分反沖原子通過這種多次碰撞過程向表面散射。這些粒子離開目標(biāo)，然后可以移動到基底并形成薄膜。
磁控濺射(Magnetron Sputtering)：
上述離子通過在靶前燃燒的氣體放電傳遞。它可以由直流電壓(DC -濺射)或交變電壓(RF-濺射)激發(fā)。在DC -濺射的情況下，目標(biāo)是一個高純度金屬(如鈦)的圓盤。對于射頻濺射，介電化合物(例如二氧化鈦)也可以用作靶材。在氣體排放中加入活性氣體(如氧)會形成相應(yīng)的化合物(如氧化物)。
Layertec的已經(jīng)將磁控濺射技術(shù)應(yīng)用于超快激光鍍膜，從一種實驗室技術(shù)發(fā)展成為一種非常高效的工業(yè)工藝，使涂層具有優(yōu)異的性能，特別是在可見光和近紅外光譜范圍內(nèi)。他們的磁控濺射工廠可以涂覆直徑500mm的襯底。
圖三 磁控濺射過程示意圖:離子從氣體放電加速到目標(biāo)(頂部)，在那里產(chǎn)生涂層粒子。
離子束濺射(Ion Beam Sputtering)：
這種技術(shù)使用一個單獨的離子源來產(chǎn)生離子。為了避免污染，射頻源在現(xiàn)代IBS工廠被使用?；钚詺怏w(如氧氣)在大多數(shù)情況下也由離子源提供。這是制造出更好的反應(yīng)性粒子和更緊密的層的原因。
磁控濺射與離子束濺射的主要區(qū)別在于IBS過程中離子生成、靶材和基片是*分離的，而磁控濺射過程中離子生成、靶材和基片是非常接近的。
圖四 離子束濺射:來自沉積源(中間)的離子被加速到目標(biāo)(右邊)。濺射的粒子凝聚在基片上(上)。第二個離子源(左)協(xié)助這個過程。
濺射涂層的性能：
由于濺射鍍膜的成膜粒子具有高動能(約10 eV)，即高遷移率，因此濺射層（飛秒光學(xué)薄膜）表現(xiàn)為:
-非晶態(tài)微觀結(jié)構(gòu)
-高密度(接近散裝物料)
性能:
-低straylight損失
-光學(xué)參數(shù)具有較高的熱穩(wěn)定性和氣候穩(wěn)定性
-高激光誘導(dǎo)損傷閾值
-機械穩(wěn)定性高
-不需要外部加熱，以產(chǎn)生具有min吸光度的氧化層。
