Was ist eine mehrschichtige AR-Beschichtung?
Bei der mehrschichtigen Antireflexbeschichtung (AR-Beschichtung) handelt es sich um eine Dünnschicht-Optiktechnologie, bei der abwechselnde Schichten aus dielektrischen Materialien mit hohem und niedrigem Brechungsindex – typischerweise TiO₂/SiO₂, Ta₂O₅/SiO₂, HfO₂/SiO₂ oder ZrO₂/SiO₂ – auf ein optisches Substrat aufgebracht werden, um das reflektierte Licht über einen bestimmten Wellenlängenbereich hinweg destruktiv zu interferieren. Eine einlagige MgF₂-Beschichtung kann das Oberflächenreflexionsvermögen bei einer einzelnen Wellenlänge von ~4% (unbeschichtetes Glas) auf ~1,3% reduzieren. Eine zweilagige V-Coat-Beschichtung senkt diesen Wert bei der Auslegungswellenlänge auf < 0,2%. Ein breitbandiger Mehrschichtstapel (4–7 Schichten) erreicht gleichzeitig einen Ravg-Wert von < 0,5% über das gesamte sichtbare Spektrum. Das Beschichtungsdesign wird mithilfe von Dünnschicht-Transfermatrix-Methoden berechnet, wobei die Dicke jeder Schicht auf die optische Viertelwellenlänge (QWOT) oder deren rationale Vielfache für die Zielwellenlänge optimiert wird. Die Abscheidung erfolgt durch Ionenstrahl-Sputtern (IBS), Magnetron-Sputtern oder Elektronenstrahl-Verdampfung, wobei eine optische In-situ-Überwachung die Schichtdicke mit einer Genauigkeit von ±0,5 nm kontrolliert.
Spezifikationen zur Beschichtungsleistung
| Beschichtungsart | Wellenlängenbereich | Reflexionsgrad | Anzahl der Schichten |
|---|---|---|---|
| Einschichtige AR | Auslegung: λ ± 50 nm | R < 1,31 TP3T | 1 |
| V-Coat | Auslegung: λ ± 20 nm | R < 0,2% | 2 |
| Dualband (W-Coat) | Zwei angegebene λ | R < 0,5% bei jedem λ | 3 – 4 |
| VIS Breitband-AR | 400 – 700 nm | Ravg < 0,5% · Rmax < 1,0% | 4 |
| NIR-Breitband-AR | 700 – 1100 nm | Ravg < 0,5% · Rmax < 1,0% | 4 |
| VIS-NIR-Breitband-AR | 400 – 1100 nm | Ravg < 1,0% · Rmax < 1,5% | 5 – 7 |
| DUV AR | 193 nm / 248 nm | R < 0,51 TP3T bei Auslegungs-λ | 2 – 4 |
Genauigkeit der Schichtdicke: ±0,5 nm (IBS) · Gleichmäßigkeit: ±0,51 TP3T R über 150 mm · LDT: > 5 J/cm² bei 1064 nm / 10 ns
Kompatible Substrate
| Substrat | Typische Note | |
|---|---|---|
| 1 | Quarzglas | Corning 7980 / Tosoh ES-2000 |
| 2 | Quarzglas | SCHOTT Lithosil Q / Heraeus Suprasil 1 |
| 3 | Borosilikatglas | PYREX 7740 / BOROFLOAT 33 |
| 4 | Optisches Glas | Serien BK7 / N-BK7 / N-SF11 / N-LAK |
| 5 | Saphir | C-Ebene / A-Ebene |
| 6 | CaF₂ | UV-beständig / IR-beständig |
| 7 | MgF₂ | UV-beständig |
| 8 | ZnSe | CVD-Qualität |
| 9 | Germanium | Einkristall / Polykristall |
| 10 | Silizium | Float-Zone / Czochralski |
| 11 | Glaskeramik | ZERODUR / PYROCERAM 9606 |
Schichtstruktur und -auslegung
| Design | Schichtmaterialien | Abscheidungsverfahren | Am besten geeignet für |
|---|---|---|---|
| Einlagig | MgF₂ | Elektronenstrahlverdampfung | Niedrige Kosten · moderate AR |
| V-Coat (2 l) | HfO₂ / MgF₂ | IBS / Elektronenstrahl | Optik für Einfach-λ-Laser |
| W-Coat (3–4 l) | TiO₂ / SiO₂ / MgF₂ | IBS / Magnetron | Zweikomponenten-Systeme |
| 4-lagiges BBAR | TiO₂ / SiO₂ abwechselnd | IBS / Magnetron | VIS Breitband · Produktion |
| 7-lagiges BBAR | Ta₂O₅ / SiO₂-optimiert | IBS | Premium-Breitband · Bildverarbeitung |
| DUV AR | Al₂O₃ / MgF₂ | IBS (ionenunterstützt) | 193 nm / 248 nm-Lithografie |
Alle Designs wurden mittels der Transfermatrix-Methode berechnet · Optische In-situ-Überwachung · Individuell angepasste λ-Werte und Substrate verfügbar
Typische Anwendungsbereiche
- Laseroptik: V-Beschichtung bei 1064 nm, 532 nm und 355 nm für Nd:YAG- und Harmonische-Generation-Optiken
- Bildgebungssysteme: Breitband-VIS-AR auf Kameraobjektiven, Mikroskopobjektiven und Teleskopoptiken
- Glasfasertechnik: 1310 nm / 1550 nm Dualband-Antireflexbeschichtung auf Faserendflächen und Kollimatoren
- Medizinprodukte: Breitband-AR bei Endoskopobjektiven und chirurgischer Bildgebungsoptik
- Display & AR/VR: Weitwinkel-Breitband-AR auf Wellenleiter-Substraten und Kombinatoroptik
- Halbleiterlithografie: DUV-AR-Beschichtungen auf Quarzglaslinsen bei 193 nm und 248 nm
Umwelt- und Haltbarkeitsstandards
| Test | Zustand | Standard | Ergebnis |
|---|---|---|---|
| Haftung | Klebeband-Abzugstest | MIL-C-48497A | Keine Delaminierung |
| Abrieb | Radiergummi mit 50 Radiervorgängen | MIL-C-48497A | Keine Entfernung der Beschichtung |
| Luftfeuchtigkeit | 95% RH · 49 °C · 24 h | MIL-STD-810 | Keine Blasenbildung |
| Temperaturwechselprüfung | –65 °C bis +125 °C · 10 Zyklen | MIL-STD-810 | Kein Abblättern / Abplatzen |
| Salznebel | 5% NaCl · 35 °C · 24 h | MIL-STD-810G | Keine Korrosion |
| Laserschäden | 1064 nm · 10 ns Impuls | ISO 11254 | LDT > 5 J/cm² |
| Löslichkeit | Destilliertes Wasser · 24 Stunden Einweichen | ISO 9211-3 | Keine Auflösung |
Reflexionsgrad im Vergleich zur Wellenlänge: Vergleich von AR-Beschichtungen
