改(gǎi)動光與光學器件(jiàn)相互作用的光學薄膜隨處可見,而且廣(guǎng)泛運用於各種範疇。例如用於(yú)眼鏡(jìng)和照相機(jī)鏡頭外表的寬帶增透膜,用於軍民兩用激光和光纖設備中更為雜亂的增透膜。修建照明、夜(yè)視鏡運用的是(shì)光學帶通濾光片(piàn)技能,而(ér)挑選性地反射不一樣波(bō)長光的鏡子用於家庭裝(zhuāng)潢和影劇院增加(jiā)燈光效果。
Evatec公司(sī)的市場(chǎng)部司理Allan Jaunzens在歐洲光學(xué)網(Optics.org)發(fā)文對(duì)光(guāng)學薄膜的(de)真空熱蒸騰和濺射製備技能進行了總結,並對下一代製備光學薄膜的新技能進行了展望。現(xiàn)摘譯如(rú)下:
傳統(tǒng)真空熱蒸騰
真空熱蒸騰是最早(zǎo)確立且最為廣泛運用的光學薄膜製備技能,這種製備辦(bàn)法經過加熱薄膜原資料使得原子或許分子從薄膜原資料(liào)中逸出,隨後這些原子或(huò)分子(zǐ)在真空室內經過分散抵達基片,然後澱積在基片上構成接連膜。依據蒸騰薄膜原資料組份的不一樣,真空熱蒸騰能夠分為熱舟蒸騰(téng)、電子束熱蒸(zhēng)騰。運(yùn)用這種薄膜製備(bèi)技(jì)能,在(zài)不一樣的蒸騰源中(zhōng)放入(rù)不一樣的(de)資料經過操控(kòng)蒸騰功率和鍍膜時間交替蒸(zhēng)騰原資(zī)料,能夠取得滿意規劃(huá)請求的多層膜堆。為取得最好的基底與薄膜的聯係功能和光(guāng)學特性,在鍍(dù)膜進程中基底一(yī)般進行烘烤以及要(yào)衝入反響氣體以取得(dé)滿(mǎn)意化學計量比的薄膜(mó)。現在運用真空熱蒸騰技能已能鍍製(zhì)100層以上的(de)薄膜。
離子輔佐熱蒸騰
因為澱積粒子能(néng)量低(一(yī)般0.1-1eV)以及低的外表遷移性,使得傳統熱(rè)蒸騰辦法所製備薄膜堆積密(mì)度較低,存在光學和力學方麵的不安穩性(xìng)。離子輔佐澱積是在真空熱蒸(zhēng)騰基礎上為改進光學薄(báo)膜質量而發(fā)展起來的。它經過運用離子源發(fā)生荷(hé)能離子炮擊基片,經過動量(liàng)搬運,使澱積粒子取得較(jiào)大動能,提高(gāo)澱積粒子(zǐ)的遷移功能,改進傳統(tǒng)熱蒸騰辦法帶來的空地和陰影效應。取得更高能量澱積粒子的輔佐辦法是等離子體輔(fǔ)佐和離子(zǐ)鍍辦法,在這種製備辦(bàn)法中,蒸騰資料自身也被部別(bié)離化,粒子抵達基片外表時具有很高的動能,到達10eV。運(yùn)用此辦法製備的薄膜,堆積密度高,十分挨近理(lǐ)論上的資料值,當放置在空氣中(zhōng)時,幾乎沒有水吸收。此類薄膜還(hái)具有高的折(shé)射率,傑出的附著功能,力學功能和安穩性,當被加熱或放在較濕環境中時,幾乎沒有光譜漂移。但此辦法比較傳(chuán)統熱蒸騰辦法花費更高的(de)本錢。
磁控濺射
最常用的磁控濺射體係是反響磁控濺射,運用所需薄膜資料的源作為靶材,放置在(zài)真空(kōng)室內。在靶材外(wài)表,運用強磁場和強電場束縛電子運動,使得(dé)靶外表的作業氣體的發生正電荷等離子體。 因為(wéi)這種電子的磁束縛,增加了帶能電(diàn)子與作(zuò)業氣體(tǐ)分子磕碰的概率(lǜ),構成了更高的離(lí)化(huà)率。帶電離子在電場中加快衝擊靶才外表,在這種炮擊進程(chéng)中,荷能粒子將動(dòng)量傳遞靶材中的粒子,使得靶材粒子彈射出固體(tǐ)外表。這(zhè)個進程與加熱致使的蒸騰進程截然(rán)不一樣。濺射(shè)出來的粒子一(yī)般為中性,因而(ér),不受到靶外表電磁場的束縛,而經過在真空室的運動到基底外表,並在適宜的方位(wèi)上凝結成薄膜。真空中(zhōng)的運動長度一般是40~100毫米。這個堆積進程一般也是反響進程,需要向真空室(shì)中充入摻雜氣體,如氧氣(qì)。
在曩昔十年,因為電源技能和進程操控技能的發展,磁控(kòng)濺射技能在光學薄膜範疇取得(dé)了十分(fèn)廣(guǎng)泛的(de)運用。今日,大規模出產中(zhōng)運用反響磁控濺射技(jì)能取(qǔ)得的光譜操控(kòng)精度優於正負1%,一(yī)起,該技能能夠取得極高的產率和重複性。
因為堆積粒子具有很高的動能和移動性,運用磁控濺射技能製備薄膜具有構造細密、安(ān)穩的薄膜,能夠取得優良(liáng)的機(jī)械功能和光學安穩性,這(zhè)使得(dé)磁控(kòng)濺射技能變(biàn)成許多薄膜製備需要的首選(xuǎn)技能。靶與基(jī)底方位聯係有立式和水平式兩種挑選,這也為(wéi)磁(cí)控濺射體係的規(guī)劃帶(dài)來(lái)了便當。磁控濺射技能一般不需要額定的加熱體係。 其缺點(diǎn)是,隻能在平的基底上堆積均勻的薄膜,且前期投資很高。
離子束濺射
離子束(shù)濺射澱積是一種高(gāo)能薄膜製備(bèi)技能,它運用獨立的離子源發(fā)生離子束炮擊靶材(cái)實施濺(jiàn)射澱積。激光陀螺儀用鏡片嚴苛的背散射請求需要十分優質的薄膜外(wài)表質量,離子束濺射澱積技能初始即是為了製備高質量的激光陀螺儀用鏡片而發展起來的。
離子束濺射澱(diàn)積技能雖然澱積速率相對較低,但其挨近20eV的高能澱積粒(lì)子有助於膜(mó)的構成,比較於其它薄膜(mó)製備技能,膜層能夠取得最好的機械、光學功能,從而使其傾(qīng)向於運用在一些對薄膜(mó)請求十分嚴苛(kē)的範疇。
下一代(dài)技能
高功率脈衝磁控濺射(HIPIMS或HPPMS)是一種新式磁控濺射技(jì)能,它能(néng)在50~200微秒的時間內發生kW/cm2量級的超高能(néng)脈衝,其重(chóng)複頻率能夠到達100Hz以上。靶電流密度能到達A/cm2量級,這將大大提高濺射原子(zǐ)的離化率。已(yǐ)經有許多報道(dào)聲稱他們運用這種技能(néng)取得了(le)附著力和耐磨才能極好的無缺點薄膜(mó)。這些薄膜能夠運用高溫腐蝕環境(jìng),包括航空航天(tiān)技能中。
更深化(huà)的了解薄膜的構造與性質之間(jiān)的聯係是開發和運用這些(xiē)薄膜技能的要害的地方(fāng)。