改动光与光学器件相互作用的光学薄膜随处可见,而且广泛运用于各种范畴。例如用于眼镜和照相机镜头外表的宽带增透膜,用于军民两用激光和光纤设备中更为杂乱的增透膜。修建照明、夜视镜运用的是光学带通滤光片技能,而挑选性地反射不一样波长光的镜子用于家庭装潢和影剧院增加灯光效果。

Evatec公司的市场部司理Allan Jaunzens在欧洲光学网(Optics.org)发文对光学薄膜的真空热蒸腾和溅射制备技能进行了总结,并对下一代制备光学薄膜的新技能进行了展望。现摘译如下:

传统真空热蒸腾

真空热蒸腾是最早确立且最为广泛运用的光学薄膜制备技能,这种制备办法经过加热薄膜原资料使得原子或许分子从薄膜原资料中逸出,随后这些原子或分子在真空室内经过分散抵达基片,然后淀积在基片上构成接连膜。依据蒸腾薄膜原资料组份的不一样,真空热蒸腾能够分为热舟蒸腾、电子束热蒸腾。运用这种薄膜制备技能,在不一样的蒸腾源中放入不一样的资料经过操控蒸腾功率和镀膜时间交替蒸腾原资料,能够取得满意规划请求的多层膜堆。为取得最好的基底与薄膜的联系功能和光学特性,在镀膜进程中基底一般进行烘烤以及要冲入反响气体以取得满意化学计量比的薄膜。现在运用真空热蒸腾技能已能镀制100层以上的薄膜。

离子辅佐热蒸腾

因为淀积粒子能量低(一般0.1-1eV)以及低的外表迁移性,使得传统热蒸腾办法所制备薄膜堆积密度较低,存在光学和力学方面的不安稳性。离子辅佐淀积是在真空热蒸腾基础上为改进光学薄膜质量而发展起来的。它经过运用离子源发生荷能离子炮击基片,经过动量搬运,使淀积粒子取得较大动能,提高淀积粒子的迁移功能,改进传统热蒸腾办法带来的空地和阴影效应。取得更高能量淀积粒子的辅佐办法是等离子体辅佐和离子镀办法,在这种制备办法中,蒸腾资料自身也被部别离化,粒子抵达基片外表时具有很高的动能,到达10eV。运用此办法制备的薄膜,堆积密度高,十分挨近理论上的资料值,当放置在空气中时,几乎没有水吸收。此类薄膜还具有高的折射率,杰出的附着功能,力学功能和安稳性,当被加热或放在较湿环境中时,几乎没有光谱漂移。但此办法比较传统热蒸腾办法花费更高的本钱。

磁控溅射

最常用的磁控溅射体系是反响磁控溅射,运用所需薄膜资料的源作为靶材,放置在真空室内。在靶材外表,运用强磁场和强电场束缚电子运动,使得靶外表的作业气体的发生正电荷等离子体。 因为这种电子的磁束缚,增加了带能电子与作业气体分子磕碰的概率,构成了更高的离化率。带电离子在电场中加快冲击靶才外表,在这种炮击进程中,荷能粒子将动量传递靶材中的粒子,使得靶材粒子弹射出固体外表。这个进程与加热致使的蒸腾进程截然不一样。溅射出来的粒子一般为中性,因而,不受到靶外表电磁场的束缚,而经过在真空室的运动到基底外表,并在适宜的方位上凝结成薄膜。真空中的运动长度一般是40~100毫米。这个堆积进程一般也是反响进程,需要向真空室中充入掺杂气体,如氧气。

在曩昔十年,因为电源技能和进程操控技能的发展,磁控溅射技能在光学薄膜范畴取得了十分广泛的运用。今日,大规模出产中运用反响磁控溅射技能取得的光谱操控精度优于正负1%,一起,该技能能够取得极高的产率和重复性。

因为堆积粒子具有很高的动能和移动性,运用磁控溅射技能制备薄膜具有构造细密、安稳的薄膜,能够取得优良的机械功能和光学安稳性,这使得磁控溅射技能变成许多薄膜制备需要的首选技能。靶与基底方位联系有立式和水平式两种挑选,这也为磁控溅射体系的规划带来了便当。磁控溅射技能一般不需要额定的加热体系。 其缺点是,只能在平的基底上堆积均匀的薄膜,且前期投资很高。

离子束溅射

离子束溅射淀积是一种高能薄膜制备技能,它运用独立的离子源发生离子束炮击靶材实施溅射淀积。激光陀螺仪用镜片严苛的背散射请求需要十分优质的薄膜外表质量,离子束溅射淀积技能初始即是为了制备高质量的激光陀螺仪用镜片而发展起来的。

离子束溅射淀积技能虽然淀积速率相对较低,但其挨近20eV的高能淀积粒子有助于膜的构成,比较于其它薄膜制备技能,膜层能够取得最好的机械、光学功能,从而使其倾向于运用在一些对薄膜请求十分严苛的范畴。

下一代技能

高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS或HPPMS)是一种新式磁控溅射技能,它能在50~200微秒的时间内发生kW/cm2量级的超高能脉冲,其重复频率能够到达100Hz以上。靶电流密度能到达A/cm2量级,这将大大提高溅射原子的离化率。已经有许多报道声称他们运用这种技能取得了附着力和耐磨才能极好的无缺点薄膜。这些薄膜能够运用高温腐蚀环境,包括航空航天技能中。

更深化的了解薄膜的构造与性质之间的联系是开发和运用这些薄膜技能的要害的地方。