Optische Schichten mit verschiedenen Eigenschaften
Die häufigsten Anwendungsbereiche optischer Beschichtungen betreffen das Verspiegeln (Erhöhung der Reflexion) oder Entspiegeln (Verringerung der Reflexion) optischer Oberflächen sowie die Realisierung optischer Filter (wellenlängenselektive Änderung der Reflexion). Unterschieden werden kann dabei zwischen optischen Systemen mit Metallschichten und optischen Systemen basierend auf dielektrischen Schichten.
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Hoch-reflektive (HR) Metallschichten
Das Reflexionsvermögen von Metallschichten ist im Wesentlichen bestimmt durch die optischen Eigenschaften der Metalle selbst. Beispiele für optische Metalle sind Aluminium, Chrom, Gold, Kupfer oder Titan.
Gleichmäßig hohes Reflexionsvermögen im UV-, VIS- und IR-Bereich
- Aluminium (Al)
Höchstes Reflexionsvermögen im VIS-Bereich
- Silber (Ag)
Höchstes Reflexionsvermögen im IR-Bereich
- Gold (Au)
- Kupfer (Cu)
Die Eigenschaft einer nur etwa 50 nm dünnen Gold-Schicht, im sichtbaren Licht teilweise transparent und im IR-Bereich zugleich hoch-reflektiv zu sein, kann ausgenutzt werden für das Beschichten von Hitzeschutz-Visieren oder Schweißschutzgläsern.
Anti-reflektive (AR) dielektrische Beschichtungen
Eine einfache Möglichkeit, Glasoberflächen zu entspiegeln, besteht im Aufsputtern oder Aufdampfen einer sogenannten λ/4-Schicht aus beispielsweise Magnesiumfluorit (MgF2). Wählt man hier die Schichtdicke d gemäß d = λ/(4 x n), wobei n die Brechzahl des Schichtmaterials ist, so löschen sich die an den beiden Grenzflächen (Luft/Schicht und Schicht/Glas) reflektierten Lichtwellen der Wellenlänge λ durch Interferenzüberlagerung gegenseitig aus. Eine Reflexminderung ist das Ergebnis.
Eine weitere Möglichkeit dazu besteht beispielsweise im Abscheiden von Dreifachschichten mit n (Luft) < n1 < n2 < n3 < n (Glas). Hier wird der Antireflex-Effekt erzielt durch wohlgewählte Brechzahlen, die einen allmählichen Übergang der Brechzahl von Luft in die von Glas erzeugen (Gradientenschicht).
Will man aufwändige optische Vergütungen realisieren, die Reflexionen bestmöglich minimieren und die Transmission der Lichtwellen zugleich maximieren, müssen Vielfach-Schichtsysteme eingesetzt werden.
Allgemein bestehen diese Mehrfach-Vergütungen aus alternierenden Schichten niedrig- und hochbrechender Materialien mit präziser Schichtdicke. Die vielen Grenzflächen und damit verbundenen Reflexionen im Schichtsystem führen zu Interferenzüberlagerungen, destruktiv wie konstruktiv, und bestimmen die optische Wirkung.
Niedrig brechende Dielektrika
- Magnesiumfluorit (MgF2) mit n = 1,38
- Siliziumoxid (SiO2) mit n = 1,46
- Aluminiumoxid (Al2O3) mit n = 1,67
Hoch brechende Dielektrika
- Titanoxid (TiO2) mit n = 2,55
- Tantaloxid (Ta2O5) mit n = 2,20
- Zirkoniumoxid (ZrO2) mit n = 2,15
- Siliziumnitrid (Si3N4) mit n = 2,05
Filterbeschichtungen
Wellenlängenselektive Filterbeschichtungen basieren auf Interferenzschichtsystemen, aufgebaut aus hoch- und niedrigbrechenden dielektrischen Materialien (siehe oben). Für anspruchsvolle, schmalbandige Filteranwendungen können die optischen Schichtstapel hundert Einzelschichten und mehr umfassen mit höchsten Anforderungen an die Homogenität der einzelnen Schichtdicken (spezielles Filterdesign). Lesen Sie dazu mehr auf unserer Seite zur FHR.Star-EOSS®.
Für das Abscheiden von dielektrischen Schichten stehen bei FHR Anlagenbau geeignete Sputterverfahren zur Verfügung wie Mittelfrequenz-Sputtern (MF), Hochfrequenz-Sputtern (HF), gepulstes DC-Sputtern oder reaktives Sputtern.
