实Rugate无界面型薄膜结构和准Rugate多种折射率薄膜结构通过加强调制折射率在薄膜厚度方向上分布,能设计出非常复杂的光谱性能,(部分)消除了薄膜界面特征,(部分)消除界面效应,如电磁波在界面上比薄膜内部更高密度的吸收中心和散射,也可以增加了薄膜力学稳定性。
汉诺威激光工程中心的数据显示(图4),(准)Rugate薄膜结构与传统的高低折射率光学薄膜结构相比,可以具有更高的抗激光损伤阈值。如Rugate Filter 设计,其1064 nm 10 ns 1000发零损伤几率可以做到100 J/cm2以上。
图4 高低折射率结构和(准)Rugate薄膜结构的抗激光损伤阈值对比测试结果
图5所示为德国CEC公司开发的靶面扫描共溅系统。通过在离子束溅射镀膜过程中,精确扫描两种材料拼接而成的混合溅射靶,可以实现折射率的渐变结构,高精度制备(准)Rugate复合薄膜结构的光学薄膜,获得比高低折射率薄膜结构更复杂的光谱性能和更优异的附着力、应力等物理性能。
图5德国CEC公司靶面扫描共溅系统
3磁控溅射光学镀膜系统(Magnetron Sputtering)
以Leybold Helios和Shincron RAS为代表,磁控溅射技术及装备在精密光学领域和消费光电子薄膜领域占据越来越大的份额。磁控溅射薄膜沉积过程控制简单,粒子能量高,获得的薄膜结构致密稳定。
图6是Helios的基本结构和原理,其采用非常紧凑的板式开合结构,真空室空间利用率非常高,整体结构也非常紧凑。其采用平面双靶磁控溅射阴极和等离子体源共同实现化合物薄膜的快速沉积过程,可以用于介质干涉滤光片(氧化物、氮化物)、共溅射(掺杂,混合折射率薄膜)、金属膜 (Cr,Ag,Al…)及金属介质干涉滤光片。其装卡系统可以实现真空室处于真空状态下快速进出产品,为整个系统的稳定性奠定了重要基础。总的来说,该设备非常适合应用于中小批量的精密光学元件镀膜。
图6 LeyboldOpitcs Helios磁控溅射光学镀膜系统(上),基本结构与原理图(下)
展望