2025 - Funkční vzorek AR vrstvy pro 532 nm s R < 0,5 % na vrstvu
Oboustranně antireflexní rovinné sklo s parametry: průměr do 2”, tloušťka 1 mm až 3 mm; odrazivost R < 0,5 % na vrstvu pro dopadový úhel 0°-5°; pracovní vlnová délka 532 nm; celková propustnost T > 98,5 % na vlnové délce 532 nm.
Technologie výroby optických oxidových vrstev napařováním pomocí elektronového děla za podpory plasmového děla (e-gun beam evaporation - EBG). Depozice vysokoindexového dielektrického materiálu TiO2 v kombinaci se středněindexovým Al2O3 pro realizaci antireflexní vrstvy s odrazivostí R(l=532 nm) < 0,5 % v rámci dopadových úhlů 0° až 15°.
V případě EBG jsou vrstvy TiO2, tak i vrstvy Al2O3 deponovány technologií napařování, kdy dochází k odpařování jejich krystalických forem pomocí elektronů. Dopadající fokusovaný svazek elektronů řízeně rastrující po malé ploše rozžhaví krystalický materiál, který prochází dvěma fázovými přeměnami: tavením a následně vypařováním. Vše probíhá ve vakuové depoziční komoře. Odpařený materiál stoupá vzhůru, kondenzuje na substrátech. Ty jsou z důvodu rovnoměrnosti a uniformity vrstvy umístěny na otáčejícím se karuselu (33 ot/min).
Antireflexní vrstva kombinující TiO2 a Al2O3 byla navržena z dostupných kombinací vysoko- a středněindexových materiálů stroje Bühler Optics SYRUSpro 1110 a ALD Ultratech/CambridgeNanoTech FIJI 200. Z hlediska optického jsou TiO2 i Al2O3 vhodnou volbou pro svoji spektrální propustnost kompatibilní s viditelnou a infračervenou vlnovou oblastí od cca 360 nm do 2 000 nm. I přes menší vzájemný rozdíl indexu lomu λEBG(532 nm) = 2,39 pro TiO2 a lomu λEBG(532 nm) = 1,64 pro Al2O3 je možno dosáhnout nízkých hodnot odrazivosti. Vrstva byla navržena na základě společných depozičních materiálů pro obě technologie a pro svoji aplikovatelnost na běžné optické povrchy (rovina, sféra, asféra). Aplikace těchto vrstev nachází uplatnění především při realizaci antireflexních, dělicích v hluboké ultrafialové oblast, dále tvoří součást vysokoodrazných vrstev u optických prvků ve stejném vlnovém spektru.
Technologie byla vyvinuta pro substráty typu Corning HPFS 7980, obecně lze aplikovat i na další typy skel, zde však narážíme na jejich omezení snížením propustnosti právě v této inkriminované oblasti.
Z hlediska návrhu tenkých vrstev se jedná o 4 vrstevnatý laděný systém vzduch/Al2O3/TiO2/Al2O3/TiO2/substrát s jasnou vizí minimalizace počtu vrstev, snížení absorpce a definovaného rozložení vektoru intenzity elektrického pole. Systém je navržen rozladěný (ne běžný v λ/4 poměru optických tlouštěk). Je postaven na dvou tlustších a dvou tenčích dvojicích Al2O3/TiO2 pro dosažení vyšších hodnot prahu laserového poškození (Laser Induced Damage Threshold – LIDT). (Mechanismus výpočtu a hodnoty jednotlivých zdvihů jsou součástí IP Meopty.)
Pro splnění podmínek odrazivosti R < 0,5 % u PVD je z hlediska stability výroby nutné udržet v disperzní data velmi blízko nominálních hodnot, viz obrázek 1. Tolerance kladená na index lomu je ± 0,05, na koeficient extinkce < 1´10-3, klíčově v intervalu á470, 580ñ nm. V případě zvýšené nestability je nutno ověřit jednotlivé materiály depozicí jednoduchých single-vrstev (tloušťka od 100 nm do 300 nm) a následným stanovením disperzních dat vyhodnocovacím SW (např. Macleod Thin Film, obálková metoda).
Obrázek 1: Průběh indexu lomu a koeficientu extinkce pro Al2O3 (vlevo) a TiO2 (vpravo) technologie PVD na zařízení Bühler Optics SYRUSpro 1110 DUV (S1).
Předpokládané teoretické průběhy a reprezentativní spektrální průběhy funkčních vzorků 4 vrstevnatých systémů antireflexního pokrytí jsou zobrazeny na obrázku 2.
V případě PVD jsou jednotlivé kroky a nastavení depozice uloženy a definovány v programu DP36-4AR_532nm_Corning_0DEG_TiO2AL2O3.
Obrázek 2: Spektrální průběh 4AR vrstvy realizované na SYRUSpro 1110 technologií PVD (vlevo) teoretická spektrální propustnost a odrazivost na vrstvu, (vpravo) měření výrobní dávky.
Tabulka 1: Dosažené hodnoty odrazivosti a propustnosti 4AR vrstev na vlnové délce l = 1064 nm připravených technologií PVD a ALD.
|
Technologie |
R(l = 532 nm) (%) |
R(l = 532 nm) (%) |
|
PVD (SYRUSpro 1110) |
0,08 |
99,8 |
Antireflexní vrstvy dále vyhovují požadavkům na odolnost dle MIL-PRF-13830B, jmenovitě:
-
abrazi pro prvotní zjištění celistvosti vrstvy – měkký otěr tkaninou (abrasion),
-
vlhkosti RH 95 % - 100 % prováděné v testovacích komorách za teploty 48,9 °C ± 2,2 °C po dobu 16 hodin (humidity, čas se počítá od dosažení předepsané teploty a vlhkosti),
-
působení solné mlhy o koncentraci 5 % ± 1 % po dobu 24 hodin při teplotě 35 °C ± 2 °C (salt spray fog, nasycený roztok 5% NaCl, čas se počítá od dosažení předepsané koncentrace a teploty), v případě ALD je na vzorcích pozorováno poškození ve formě nahodilých skvrn.
Obrázek 3: Fotografie funkčního vzorků svědečného skla s napařenou AR vrstvou, SN 097.
V rámci řešení projektu FW06010019 – Výroba optických dílců metodami depozice z plynné fáze Chemical Vapour Deposition a Atomic Layer Deposition byly pomocí technologií PVD vyvinuty antireflexní vrstvy kombinující materiály Al2O3/TiO2. Byly splněny hodnoty R(l = 532 nm) < 0,5 % a T(l = 532 nm) > 98,5 % stanovených v cílech projektu. Dosažené hodnoty jsou pro PVD R(l = 532 nm) < 0,05 % a T(l = 532 nm) > 99,8 %.
Datum dosažení výsledku: 31.12.2025
Tento funkční vzorek (FW06010019-V6) byl vytvořen se státní podporou Technologické agentury ČR v rámci Programu Trend.
