改動光與光學器件相互作用的光學薄膜隨處可見,而且廣泛運用于各種范疇。例如用于眼鏡和照相機鏡頭外表的寬帶增透膜,用于軍民兩用激光和光纖設備中更為雜亂的增透膜。修建照明、夜視鏡運用的是光學帶通濾光片技能,而挑選性地反射不一樣波長光的鏡子用于家庭裝潢和影劇院增加燈光效果。

Evatec公司的市場部司理Allan Jaunzens在歐洲光學網(Optics.org)發(fā)文對光學薄膜的真空熱蒸騰和濺射制備技能進行了總結,并對下一代制備光學薄膜的新技能進行了展望?,F(xiàn)摘譯如下:

傳統(tǒng)真空熱蒸騰

真空熱蒸騰是最早確立且最為廣泛運用的光學薄膜制備技能,這種制備辦法經過加熱薄膜原資料使得原子或許分子從薄膜原資料中逸出,隨后這些原子或分子在真空室內經過分散抵達基片,然后淀積在基片上構成接連膜。依據(jù)蒸騰薄膜原資料組份的不一樣,真空熱蒸騰能夠分為熱舟蒸騰、電子束熱蒸騰。運用這種薄膜制備技能,在不一樣的蒸騰源中放入不一樣的資料經過操控蒸騰功率和鍍膜時間交替蒸騰原資料,能夠取得滿意規(guī)劃請求的多層膜堆。為取得最好的基底與薄膜的聯(lián)系功能和光學特性,在鍍膜進程中基底一般進行烘烤以及要沖入反響氣體以取得滿意化學計量比的薄膜?,F(xiàn)在運用真空熱蒸騰技能已能鍍制100層以上的薄膜。

離子輔佐熱蒸騰

因為淀積粒子能量低(一般0.1-1eV)以及低的外表遷移性,使得傳統(tǒng)熱蒸騰辦法所制備薄膜堆積密度較低,存在光學和力學方面的不安穩(wěn)性。離子輔佐淀積是在真空熱蒸騰基礎上為改進光學薄膜質量而發(fā)展起來的。它經過運用離子源發(fā)生荷能離子炮擊基片,經過動量搬運,使淀積粒子取得較大動能,提高淀積粒子的遷移功能,改進傳統(tǒng)熱蒸騰辦法帶來的空地和陰影效應。取得更高能量淀積粒子的輔佐辦法是等離子體輔佐和離子鍍辦法,在這種制備辦法中,蒸騰資料自身也被部別離化,粒子抵達基片外表時具有很高的動能,到達10eV。運用此辦法制備的薄膜,堆積密度高,十分挨近理論上的資料值,當放置在空氣中時,幾乎沒有水吸收。此類薄膜還具有高的折射率,杰出的附著功能,力學功能和安穩(wěn)性,當被加熱或放在較濕環(huán)境中時,幾乎沒有光譜漂移。但此辦法比較傳統(tǒng)熱蒸騰辦法花費更高的本錢。

磁控濺射

最常用的磁控濺射體系是反響磁控濺射,運用所需薄膜資料的源作為靶材,放置在真空室內。在靶材外表,運用強磁場和強電場束縛電子運動,使得靶外表的作業(yè)氣體的發(fā)生正電荷等離子體。 因為這種電子的磁束縛,增加了帶能電子與作業(yè)氣體分子磕碰的概率,構成了更高的離化率。帶電離子在電場中加快沖擊靶才外表,在這種炮擊進程中,荷能粒子將動量傳遞靶材中的粒子,使得靶材粒子彈射出固體外表。這個進程與加熱致使的蒸騰進程截然不一樣。濺射出來的粒子一般為中性,因而,不受到靶外表電磁場的束縛,而經過在真空室的運動到基底外表,并在適宜的方位上凝結成薄膜。真空中的運動長度一般是40~100毫米。這個堆積進程一般也是反響進程,需要向真空室中充入摻雜氣體,如氧氣。

在曩昔十年,因為電源技能和進程操控技能的發(fā)展,磁控濺射技能在光學薄膜范疇取得了十分廣泛的運用。今日,大規(guī)模出產中運用反響磁控濺射技能取得的光譜操控精度優(yōu)于正負1%,一起,該技能能夠取得極高的產率和重復性。

因為堆積粒子具有很高的動能和移動性,運用磁控濺射技能制備薄膜具有構造細密、安穩(wěn)的薄膜,能夠取得優(yōu)良的機械功能和光學安穩(wěn)性,這使得磁控濺射技能變成許多薄膜制備需要的首選技能。靶與基底方位聯(lián)系有立式和水平式兩種挑選,這也為磁控濺射體系的規(guī)劃帶來了便當。磁控濺射技能一般不需要額定的加熱體系。 其缺點是,只能在平的基底上堆積均勻的薄膜,且前期投資很高。

離子束濺射

離子束濺射淀積是一種高能薄膜制備技能,它運用獨立的離子源發(fā)生離子束炮擊靶材實施濺射淀積。激光陀螺儀用鏡片嚴苛的背散射請求需要十分優(yōu)質的薄膜外表質量,離子束濺射淀積技能初始即是為了制備高質量的激光陀螺儀用鏡片而發(fā)展起來的。

離子束濺射淀積技能雖然淀積速率相對較低,但其挨近20eV的高能淀積粒子有助于膜的構成,比較于其它薄膜制備技能,膜層能夠取得最好的機械、光學功能,從而使其傾向于運用在一些對薄膜請求十分嚴苛的范疇。

下一代技能

高功率脈沖磁控濺射(HIPIMS或HPPMS)是一種新式磁控濺射技能,它能在50~200微秒的時間內發(fā)生kW/cm2量級的超高能脈沖,其重復頻率能夠到達100Hz以上。靶電流密度能到達A/cm2量級,這將大大提高濺射原子的離化率。已經有許多報道聲稱他們運用這種技能取得了附著力和耐磨才能極好的無缺點薄膜。這些薄膜能夠運用高溫腐蝕環(huán)境,包括航空航天技能中。

更深化的了解薄膜的構造與性質之間的聯(lián)系是開發(fā)和運用這些薄膜技能的要害的地方。