OPTICS应用案例系列
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21Www.edmundoptics.cn产品视频资源计算器镀膜室本身刀具和壁面上的污染物也会为要镀膜的基底带来污染。例如,扩散泵效率低下时会发生回流,导致发生有机污染。同时,若镀膜室壁面上在沉积之前有过多材料没有清除,这些材料可能会开始剥落,松散的颗粒可能会转移到光学元件上。防止这种情况很简单,只需对壁面衬以箔片,并定期在材料开始堆积过多时进行更换即可.材料选择在诸如紫外 (UV) 或可见光/近红外 (VIS-NIR) 区域等特定电磁波谱波长范围内工作时,需要使用不同的材料。视应用是需要高功率连续照射还是需要高功率脉冲照射而定,也会使用不同的材料。例如,连续波(CW) 激光 会导致光学镀膜升温和熔化,而短脉冲激光可以产生高强度的电磁场遗憾的是,镀膜设计师受限于高功率应用所适用的材料数量。例如,高反射性反射镜镀膜的制作方式是交替采用厚度为四分之一波长的高折射率或低折射率材料层。这种材料堆叠设计可以大幅改变镀膜的激光损伤阈值 (LIDT)。例如,只需添加厚度为一半波长的低折射率材料层就可以大幅提高 LIDT。选择适当的低折射率和高折射率材料时,介电金属氧化物凭借其低吸收能力获得镀膜技术人员的青睐。二氧化硅 (SiO2) 已获得普遍接受,是低折射率层的普遍选择,但是,选择高折射率层的材料并不简单:钛、钽、锆、铪、钪和铌的氧化物都是受欢迎的选择.镀膜设计采用多种方式的其中之一来操控镀膜层可以进一步提高 LIDT 值。可以在多层之间平均分布电场,从而避免在数量相对较少的层内出现电场的高度集中。图 2a 2b 展示了在四分之一波长的反射性介质堆叠内标准化电场强度 (EFI) 的平方。EFI 峰值出现在层的界面,最高的 EFI 出现在最接近空气边界的层。不过,通过修改九层堆叠中最接近空气的四层厚度,可以降低这些 EFI 值。这样可以将高强度共振峰值位置从层的界面转移到薄膜敷层中。最高强度共振峰值可以位于损伤阈值最高的薄膜材料层中.镀膜方法对于标准光学镀膜,镀膜技术人员可以采用三种沉积方法:热蒸镀、离子束技术,以及高级等离子体反应溅射 (APRS)。但是,并非所有方法都适用于高功率光学镀膜.热蒸镀方法是如今行业中最常用的高功率光学镀膜生产方法,爱特蒙特光学(Edmund Optics®)也不例外。采用离子辅助沉积 (IAD) 进行强化后,热蒸镀方法(图3)可生产更紧密且性质更接近疏松材料的镀膜。运用 IAD,还可以对层厚度进行更好的控制,如此能降低 EFI 值.离子束技术现在已得到承认,并广泛用于薄膜镀膜的制造,它可以作为热蒸镀的强化方式 (IAD),也可以作为溅射技术(离子束溅射 (IBS))。IBS 是高级沉积技术,但是不存在决定性证据支持其产生的损伤阈值高于热蒸镀方式.高级等离子体反应溅射 (APRS) 技术是最先进的流程,但是只用于规格非常严格的应用。例如, 非偏振平板分光镜 可使用 APRS,因为对 S 偏振光和 P 偏振光的容忍能力很低。APRS 很少与传统的光学元件搭配使用,因为无法使用此方法对最适用于高功率应用的某些基底执行溅射。此外,蒸镀的工作能力通常大于 APRS,这意味着蒸镀在每次镀膜操作中可以固定更多的基底.。镀膜流程控制许多参数在高功率光学镀膜的沉积中发挥重要作用,其中包括沉积速率、基底温度、氧分压(用于包括介电金属氧化物的设计)、厚度校准,材料熔化预处理和电子枪扫描。控制不佳的蒸镀流程会从光源产生溅射,导致颗粒凝结在基底表面上和沉积的镀膜中。这类凝结会产生潜在的损伤缺陷区域。遗憾的是,有些材料可用于高损伤阈值镀膜,但很难顺利沉积。生产结果是洁净的高损伤阈值镀膜,还是功率容量低得多的高散射镀膜,区别在于应用于电子枪扫描的设置.沉积速率、基底温度与氧分压(用于介电氧化物)可确定生长膜的化学计量性质,这会大幅影响沉积薄膜中金属氧化物的化学性质。必须对这些参数进行优化和控制,以生产具有所需金属氧化物含量和结构的同质层.在镀高功率增透 (AR) 膜时,沉积薄膜的厚度准确性是符合所需反射率的重要因素。高功率高反射性(反射镜)镀膜一般对小的厚度误差不太敏感,因为高折射率层和低折射率层的折射率比值提供了相对宽广的反射率范围。不过,深 UV (DUV) 反射镜镀膜是例外,因为该光谱范围中的材料限制会产生相对较窄的反射范围.(接下页)图 2a: 九层堆叠设计中各层 EFI 的比较图 2b: 九层堆叠设计中各层 EFI 的比较,已优化层厚度以降低 EFI图 3: 采用离子辅助沉积 (IAD) 技术的蒸镀室90.00.20.40.60.81.01.21.48LayerNormalized ElectricField Intensity (Squared)SubstrateHighLowHighLow7654321Normalized ElectricField Intensity (Squared)HighLowHighLowLayerSubstrate0.00.20.40.60.81.01.21.4987654321Optical Monitor GlassQuartz XtalRate MonitorLightSourceION GunDetectorSubstrateHeatersE-GunEvaporationPlanetary DualRotation SubstrateHolder

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