精密光学素子用多層反射防止コーティング

多層ARコーティングは、光学ガラス、溶融石英、石英、サファイア、CaF₂、MgF₂、ZnSe、ゲルマニウム、シリコン、およびガラスセラミック基板における表面反射を低減するために使用されます。コーティングの設計には、単層ARコーティング、Vコート、デュアルバンドWコート、可視光帯域広帯域ARコーティング、近赤外帯域広帯域ARコーティング、可視・近赤外帯域広帯域ARコーティング、およびDUV ARコーティングなどが含まれます。.

利用可能なコーティング範囲には、193 nm / 248 nm DUV、400～700 nm 可視光帯域、700～1100 nm 近赤外帯域、および 400～1100 nm 可視光・近赤外帯域が含まれます。 Vコート設計では、設計波長において反射率を0.2%未満に、また一部の広帯域ARコーティングでは平均反射率を0.5%未満に制御することが可能です。.

代表的な用途としては、レーザー光学系、カメラレンズ、顕微鏡対物レンズ、望遠鏡光学系、ファイバーコリメータ、内視鏡光学系、AR/VR用導波路基板、および半導体リソグラフィ用融着石英レンズなどが挙げられます。コーティングの仕様は、波長、基材、入射角、目標反射率、および使用環境に応じてカスタマイズ可能です。.

多層ARコーティングとは？

多層反射防止（AR）コーティングとは、高屈折率および低屈折率の誘電体材料（通常はTiO₂/SiO₂、 Ta₂O₅/SiO₂、HfO₂/SiO₂、またはZrO₂/SiO₂など）を交互に積層し、対象となる波長範囲における反射光と破壊干渉を起こすように光学基板上に形成する薄膜光学技術である。単層のMgF₂コーティングを施すことで、単一波長における表面反射率を約4%（素ガラス）から約1.3%まで低減できます。2層のV-coatを施すと、設計波長においてこれを0.2%未満に抑えることができます。広帯域多層スタック（4～7層）は、可視光スペクトル全域において同時にRavg < 0.5%を実現します。コーティング設計は薄膜伝達行列法を用いて計算され、各層の厚さは、対象波長における1/4波長光学厚さ（QWOT）またはその有理数倍に最適化されます。成膜は、イオンビームスパッタリング（IBS）、マグネトロンスパッタリング、または電子ビーム蒸着によって行われ、その際、層厚を±0.5 nmの精度で制御するために、その場光学モニタリングが行われる。.

コーティング性能仕様

コーティングの種類	波長範囲	反射率	層数
単層AR	設計値 λ ± 50 nm	R < 1.3%	1
V-Coat	設計公差：±20 nm	R < 0.2%	2
デュアルバンド（W-Coat）	2つの指定されたλ	各λにおけるR < 0.5%	3 – 4
VIS ブロードバンド AR	400～700 nm	Ravg < 0.5% · Rmax < 1.0%	4
NIR広帯域AR	700～1100 nm	Ravg < 0.5% · Rmax < 1.0%	4
VIS-NIR 広帯域 AR	400～1100 nm	Ravg < 1.0% · Rmax < 1.5%	5 – 7
DUV AR	193 nm / 248 nm	R < 0.5%（設計λ時）	2 – 4

膜厚精度：±0.5 nm（IBS） · 均一性：150 mmにわたって±0.5% R · LDT：1064 nm / 10 ns において 5 J/cm² 以上

対応基材

	基板	代表的な等級
1	溶融石英	コーニング 7980 / 東ソー ES-2000
2	石英ガラス	SCHOTT Lithosil Q / Heraeus Suprasil 1
3	ホウケイ酸ガラス	パイレックス 7740 / ボロフロート 33
4	光学ガラス	BK7 / N-BK7 / N-SF11 / N-LAKシリーズ
5	サファイア	C面／A面
6	CaF₂	UV対応グレード／IR対応グレード
7	MgF₂	UV対応グレード
8	ZnSe	CVDグレード
9	ゲルマニウム	単結晶／多結晶
10	シリコン	フロートゾーン／チョクラルスキー法
11	結晶化ガラス	ZERODUR / PYROCERAM 9606

層構造と設計

デザイン	層の材料	堆積法	おすすめ
単層	MgF₂	電子ビーム蒸着	低コスト・適度なAR
V-Coat（2L）	HfO₂ / MgF₂	IBS / 電子ビーム	単一λレーザー用光学系
W-Coat (3～4L)	TiO₂ / SiO₂ / MgF₂	IBS / マグネトロン	2波長システム
4層BBAR	TiO₂ / SiO₂ の交互配列	IBS / マグネトロン	VISブロードバンド・生産
7層BBAR	Ta₂O₅／SiO₂の最適化	IBS	プレミアムブロードバンド・画像処理
DUV AR	Al₂O₃ / MgF₂	IBS（イオンアシスト）	193 nm / 248 nm リソグラフィー

すべての設計は転移行列法を用いて算出 · イン・シチュ光学モニタリング · カスタム波長および基板に対応

代表的な用途

レーザー光学： Nd:YAGおよび高調波発生用光学系向けの1064 nm、532 nm、355 nm波長用V-coat
画像システム： カメラレンズ、顕微鏡対物レンズ、および望遠鏡の光学系における広帯域可視光AR（反射型コーティング）
光ファイバー： ファイバー端面およびコリメータに施された1310 nm／1550 nmデュアルバンドARコーティング
医療機器： 内視鏡対物レンズおよび外科用撮像光学系におけるブロードバンドAR
ディスプレイおよびAR/VR： 導波路基板および結合器光学系における広角・広帯域AR
半導体リソグラフィ： 193 nmおよび248 nmにおける溶融石英レンズ上のDUV ARコーティング

環境および耐久性基準

テスト	状態	標準	結果
接着	テープ剥離試験	MIL-C-48497A	剥離なし
摩耗	50ストロークの消しゴム	MIL-C-48497A	コーティングの剥離なし
湿度	95% RH · 49°C · 24時間	MIL-STD-810	水ぶくれが生じない
温度サイクル試験	–65°C ～ +125°C · 10サイクル	MIL-STD-810	ひび割れ・剥がれなし
塩霧	5% NaCl・35°C・24時間	MIL-STD-810G	腐食なし
レーザーによる損傷	1064 nm・10 nsパルス	ISO 11254	LDT > 5 J/cm²
溶解度	蒸留水・24時間の浸漬	ISO 9211-3	解散なし

反射率と波長の関係：ARコーティングの比較