DD219882A1 - Optisches vielschichtsystem - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung und Zusammensetzung von Schichten in dielektrischen Vielschichtsystemen. Sie ist geeignet fuer die Herstellung von Laserspiegeln im Wellenlaengenbereich 500 nm-1 500 nm. Ziel der Erfindung ist die spuerbare Senkung der Streuverluste bei gleichbleibenden Qualitaetsparametern und Herstellungsaufwand. Die Senkung der durch die hochbrechenden Substanzen und durch die rauhen Oberflaechen bedingten Streuverluste gelingt mit einem optischen Vielschichtsystem, bestehend aus hoch- und niedrigbrechenden auf einen Traeger durch Sputterdeposition aufgebrachten dielektrischen Oxidschichten erfindungsgemaess dadurch, dass zur Verringerung von Verlusten mindestens die hochbrechende Schicht, in der die Verlustanteile, die die einfallende elektromagnetische Welle bei der Wechselwirkung mit dem Schichtsystem erfaehrt, am groessten sind, aus einem Gemisch von hochbrechenden Oxiden besteht. Dabei koennen mehrere hochbrechenden Schichten mit vergleichsweise hohen Verlustanteilen aus dem gleichen Oxidgemisch bestehen, es kann aber auch die dem Traeger entfernteste hochbrechende Schicht allein diese Zusammensetzung aufweisen.

Description

Titel: Optisches Vielschichtsystem

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Anordnung und Zusammensetzung der Schichten in dielektrischen Vielschichtsystemen, insbesondere in Laserspiegeln für den Wellenlängenbereich 500 nm - 1500 nm.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen , Zur Herstellung von dielektrischen Vielschichtsystemen wird im Allgemeinen HV- bzw. Elektronenstrahlaufdampftechnik verwendet. In einigen Fällen ist die Herstellung dieser Vielschichtsysteme auch durch Sputtertechnik bekannt (TSF 77(1981)213, Vakuumtechnik 8(1981)236). Die bekannten optischen Vielschichtsysteme sind aus abwechselnd hoch- und niedrigbrechenden Schich ten aufgebaut und können auf die verschiedensten Trägerraaterialien (BK-7, Kieselglas, Floatglas) bzw. Trägerformen (Linsen, Prismen, ebene Platten) aufgebracht werden. Dielektrische Vielschichtsysteme für optische Anwendungen werden vor allen Dingen dann genutzt, wenn es auf sehr geringe Verluste ankommt und zur Realisierung der Bauelementefunktion keine Alternativlösungen möglich sind (z. 8. verlustarme Teilungsspiegel).

In diesem Zusammenhang treten häufig insbesondere bei aufgedampften verlustarmen Systemen Instabilitäten der optischen Eigenschaften bei erhöhter Temperatur, Unterdruck, Feuchtigkeitsschwankungen u. a. auf. So wurden z. B· in einem TiO^/SiOp-System die 3 letzten auf der von der Unterlage abgewandten Seita des Systems gelegenen hochbrechenden Schichten durch ZrO₂ ersetzt, um eine Stabilität des Systems bei erhöhter Temperatur und Unterdruck.zu erreichen (CH 556 548). Diese Lösung hat den Nachteil, daß das Zirkonoxid auch durch thermische Nachbehand-

lung nicht die niedrigen Streuverluste aufweist wie ζ. B. Ta₂O- oder TiO₂.

Zur Erhöhung der Resistenz gegenüber Wasser und UV-Strahlung sind auch Lösungen bekannt, bei denen^die letzte auf der von der Unterlage abgewandten Seite des Systems gelegene Schicht durch ein Mischoxid der II· und IV. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente ersetzt wurde (US 4099 840). Bei dieser Lösungsvariante stand jedoch nicht die Senkung der Streu- und Absorptionsverluste im Vordergrund.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, in einem dielektrischen Vielschichtsystem die Verluste, insbesondere die Streuverluste markant zu senken^ ohne daß der Aufwand der Herstellung wesentlich ansteigt und andere Oualitätsparameter nachteilig beeinflußt werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung . Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Streuveriuste, die in Vieischichtsysteflien, insbesondere durch die hochbrechenden Substanzen bzw. rauhen Grenzflächen bedingt sind, zu verringern. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einem optischen Vielschichtsystem, bestehend aus hoch- und niedrigbrechenden auf einen Träger durch Sputterdeposition aufgebrachte dielektrische Oxidschichten erfindungsgemäß dadurch, daß zur Verringerung von Verlusten mindestens die hochbrechende Schicht, in der die Verlustanteile, die die einfallende elektromagnetische Welle bei der Wechselwirkung mit dem Schichtsystera erfährt, am größten sind, aus einem Geraisch von hochbrechenden Oxiden besteht.

Es ist vorteilhaft, wenn mehrere hochbrechende Schichten mit vergleichsweise hohen Verlustanteilen aus dem gleichen Oxidgemisch bestehen. Durch den Einsatz von Mischoxiden in hochbrechenden Schichten, in denen große Verlustanteile konzentriert sind, erreicht man gleichzeitig eine Glättung der Ober- bzw. Grenzflächen. Das wirkt sich ebenfalls glättend auf die Oberbzw, Grenzflächen der niedrigbrechenden Schichten aus, da diese auf einer ebenen Fläche aufwachsen können. Die Herabset-'

zung der Grenzflächenrauhigkeiten führt somit ebenfalls zur Verringerung der Verluste, insbesondere der Streuverluste. Speziell bei Laserspiegeln soll zur Verringerung von Verlusten mindestens die dem Träger entfernteste hochbrechende Schicht aus einem Gemisch von hochbrechenden Oxiden bestehen. Dabei können aber auch mehrere vom Träger entfernt angeordnete hochbrechende Schichten aus dem gleichen Oxidgemisch bestehen» Auch ' hier erreicht man eine Glättung der Grenzflächen zwischen hoch- und niedrigbrechenden Schichten (von der Luftseite aus gesehen), an denen sich ein wesentlicher Anteil der Gesamtverluste konzentriert.

Damit können durch einen unwesentlich höheren Arbeitsaufwand, bei etwa gleichbleibenden Energie- und Materialbedarf für die Herstellung, die Verluste, insbesondere Streuverluste, entscheidend gesenkt werden. Dadurch erhöhen sich die Qualitätsparameter der Bauelemente ,und eine hohe Stabilität der optischen Eigenschaften bleibt gewährleistet. ,

Ausführungsbeispiel

Im folgenden wird an Hand von IQO %-Laserspiegeln die Anwendung der Erfindung beschrieben.

Ein Substrat (Kieselglas, BK 7, Silizium) , welches nach dem im Labor üblichen Verfahren vorbehandelt bzw« gereinigt wurde, wird mit einem Wechselschichtsystera aus Ta₂O₅ und SiO₂ durch Spütterdepositionsverfahren belegt. Das System besteht aus 23 ^s/h- -Schichten und beginnt mit der hochbrechenden Substanz. Dabei bezeichnet yV die Wellenlänge, bei der der Spiegel ein Maximum an Reflexion besitzen soll. Die Brechzahl von SiO₂ ist 1,46 und von Ta₂O₅ 2,1.

Die 3 letzten auf der von der Unterlage abgewandten Seite des Systems liegenden Ta₂0₅-Schichten werden durch jeweils eine Mischschicht aus TiO₂ und Ta₃O₅ ersetzt, die zu 33,5 % aus Ta₃O₅ besteht· Bei diesem Mischungsverhältnis verringern sich bei gleichen Depositionsbedingungen die Verluste bei Einfachschichten auf wenigstens /10 der Verluste von reinen TiO₂- oder Ta₂0₅-Schichten. Die Brechzahl dieser Mischschicht liegt bei η = 2,24. An Stelle von Ta₂O₅ als hochbrechende Substanz

in dem Vielschichtsystero kann auch TiO₂ oder Nb₂O₅ treten und dann würde die Mischschicht eine Korabination Nb_o0_/Ta_o0_,

... Ä . b a; D

NbgOg/TiOg oder TiOg/TaoOg sein. Die Schichtzahl kann entsprechend der Brechzahlen der verwendeten Substanzen zwischen 19 und 29 variieren·

Claims (4)

1. Erfindungsanspruch

   !.Optisches Vielschichtsystem, bestehend aus abwechselnd hoch- und niedrigbrechenden auf einen Träger durch Sputterdeposition aufgebrachten dielektrischen Oxidschichten, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung von Verlusten mindestens die hochbrechende Schicht, in der die Verlustanteile,

   die die einfallende elektromagnetische Welle bei der Wechselwirkung mit dem Schichtsystem erfährt, am größten sind, aus einem Gemisch von hochbrechenden Oxiden besteht.
2. 2. Optisches Vielschichtsystem nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere hochbrechende Schichten mit vergleichsweise hohen Verlustanteilen aus dem gleichen Oxidgemisch bestehen.
3. 3· Optisches Vielschichtsystem nach Punkt 1, insbesondere Laserspiegel, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung von Verlusten mindestens die dem Träger entfernteste hoch-/ brechende Schicht aus einem Gemisch von hochbrechenden Oxiden besteht«
4. 4. Laserspiegel nach Punkt 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere vom Träger entfernt angeordnete hochbrechende Schichten aus dem gleichen Oxidgemisch bestehen.