Revêtement antireflet multicouche pour l'optique de précision

Le revêtement antireflet multicouche est utilisé pour réduire la réflexion de surface sur les substrats en verre optique, en silice fondue, en quartz, en saphir, en CaF₂, en MgF₂, en ZnSe, en germanium, en silicium et en vitrocéramique. Les formulations de revêtements peuvent inclure des revêtements AR monocouches, des revêtements V-coat, des revêtements W-coat double bande, des revêtements AR à large bande VIS, des revêtements AR à large bande NIR, des revêtements AR à large bande VIS-NIR et des revêtements AR DUV.

Les gammes de revêtements disponibles comprennent le DUV 193 nm / 248 nm, la bande large visible 400–700 nm, la bande large NIR 700–1 100 nm et la bande large VIS-NIR 400–1 100 nm. La réflectance peut être contrôlée pour être inférieure à 0,21 TP3T à la longueur d’onde de conception pour les revêtements V-coat, ou inférieure à 0,51 TP3T de réflectance moyenne pour certains revêtements antireflets à large bande.

Parmi les applications typiques, on peut citer l'optique laser, les objectifs d'appareils photo, les objectifs de microscopes, l'optique des télescopes, les collimateurs à fibre, l'optique des endoscopes, les substrats de guides d'ondes pour la réalité augmentée (RA) et la réalité virtuelle (RV), ainsi que les lentilles en silice fondue destinées à la lithographie des semi-conducteurs. Les options de revêtement peuvent être personnalisées en fonction de la longueur d'onde, du substrat, de l'angle d'incidence, du taux de réflectance souhaité et de l'environnement d'utilisation.

Qu'est-ce qu'un revêtement AR multicouche ?

Le revêtement antireflet multicouche (AR) est une technologie optique à couche mince dans laquelle des couches alternées de matériaux diélectriques à indice de réfraction élevé et faible — généralement TiO₂/SiO₂, Ta₂O₅/SiO₂, HfO₂/SiO₂ ou ZrO₂/SiO₂ — sont déposées sur un substrat optique afin de provoquer une interférence destructive avec la lumière réfléchie sur une plage de longueurs d'onde cible. Un revêtement monocouche de MgF₂ peut réduire la réflectance de surface d’environ 4% (verre nu) à environ 1,3% pour une seule longueur d’onde. Un revêtement V-coat à deux couches ramène cette valeur à moins de 0,2% à la longueur d’onde de conception. Un empilement multicouche à large bande (4 à 7 couches) permet d’atteindre simultanément une valeur Ravg inférieure à 0,51 TP3T sur l’ensemble du spectre visible. La conception du revêtement est calculée à l’aide de méthodes de matrice de transfert pour couches minces, l’épaisseur de chaque couche étant optimisée pour correspondre à l’épaisseur optique d’un quart d’onde (QWOT) ou à ses multiples rationnels pour la longueur d’onde cible. Le dépôt est réalisé par pulvérisation par faisceau d’ions (IBS), pulvérisation magnétron ou évaporation par faisceau d’électrons, avec un contrôle optique in situ permettant de réguler l’épaisseur des couches avec une précision de ± 0,5 nm.

Spécifications relatives aux performances des revêtements

Type de revêtement	Plage de longueurs d'onde	Réflectance	Nombre de couches
AR monocouche	Conception : λ ± 50 nm	R < 1,31 TP3T	1
V-Coat	Précision de conception : ± 20 nm	R < 0,2%	2
Double bande (W-Coat)	Deux λ spécifiés	R < 0,5% pour chaque λ	3 – 4
VIS Broadband AR	400 à 700 nm	Ravg < 0,51 TP3T · Rmax < 1,01 TP3T	4
Réalité augmentée à large bande dans le domaine du proche infrarouge (NIR)	700 – 1 100 nm	Ravg < 0,51 TP3T · Rmax < 1,01 TP3T	4
AR à large bande VIS-NIR	400 – 1 100 nm	Ravg < 1,0% · Rmax < 1,5%	5 – 7
DUV AR	193 nm / 248 nm	R < 0,51 TP3T à la valeur de λ de conception	2 – 4

Précision de l'épaisseur de la couche : ±0,5 nm (IBS) · Uniformité : ±0,51 TP3T R sur 150 mm · LDT : > 5 J/cm² à 1 064 nm / 10 ns

Substrats compatibles

	Substrat	Note type
1	Silice fondue	Corning 7980 / Tosoh ES-2000
2	Verre de quartz	SCHOTT Lithosil Q / Heraeus Suprasil 1
3	Verre borosilicaté	PYREX 7740 / BOROFLOAT 33
4	Verre optique	Séries BK7 / N-BK7 / N-SF11 / N-LAK
5	Saphir	Plan C / Plan A
6	CaF₂	Résistant aux UV / Résistant aux infrarouges
7	MgF₂	résistant aux UV
8	ZnSe	de qualité CVD
9	germanium	Monocristallin / Polycristallin
10	Silicium	Zone de flottation / Czochralski
11	Vitrocéramique	ZERODUR / PYROCERAM 9606

Structure et conception des couches

Conception	Matériaux des couches	Méthode de dépôt	Idéal pour
Monocouche	MgF₂	Évaporation par faisceau d'électrons	Faible coût · AR modérée
V-Coat (2 L)	HfO₂ / MgF₂	IBS / Faisceau d'électrons	Optique pour laser à λ unique
W-Coat (3–4 L)	TiO₂ / SiO₂ / MgF₂	IBS / Magnétron	Systèmes à double longueur d'onde
BBAR à 4 couches	Alternance TiO₂ / SiO₂	IBS / Magnétron	VIS haut débit · production
BBAR à 7 couches	Ta₂O₅ / SiO₂ optimisé	SII	Haut débit haut de gamme · imagerie
DUV AR	Al₂O₃ / MgF₂	IBS (assisté par ions)	Lithographie à 193 nm / 248 nm

Toutes les conceptions sont calculées à l'aide de la méthode des matrices de transfert · Surveillance optique in situ · Longueur d'onde (λ) et substrat personnalisables disponibles

Applications typiques

Optique laser : Revêtement V-coat à 1 064 nm, 532 nm et 355 nm pour les optiques Nd:YAG et de génération d'harmoniques
Systèmes d'imagerie : AR VIS à large bande sur les objectifs d'appareils photo, les objectifs de microscopes et les optiques de télescopes
Fibre optique : Revêtement antiréfléchissant double bande 1 310 nm / 1 550 nm sur les extrémités des fibres et les collimateurs
Dispositifs médicaux : Réalité augmentée à large bande sur les objectifs d’endoscopes et les optiques d’imagerie chirurgicale
Affichage et RA/RV : Rétro-réflexion à large bande et grand angle sur des substrats à guide d'ondes et des optiques de combinaison
Lithographie des semi-conducteurs : Revêtements AR DUV sur des lentilles en silice fondue à 193 nm et 248 nm

Normes environnementales et de durabilité

Test	État	Standard	Résultat
Adhérence	Test de décollement à l'aide d'un ruban adhésif	MIL-C-48497A	Pas de délamination
Abrasion	Gomme à 50 coups	MIL-C-48497A	Pas de décapage du revêtement
Humidité	95% RH · 49 °C · 24 h	MIL-STD-810	Pas de cloques
Cycles thermiques	de –65 °C à +125 °C · 10 cycles	MIL-STD-810	Pas de fissures ni d'écaillage
Brouillard salin	5% NaCl · 35 °C · 24 h	MIL-STD-810G	Pas de corrosion
Dommages causés par le laser	1 064 nm · impulsion de 10 ns	ISO 11254	LDT > 5 J/cm²
Solubilité	Eau distillée · Immersion pendant 24 heures	ISO 9211-3	Pas de dissolution