DD288466A5

DD288466A5 - Verfahren zur glaettung optischer oberflaechen, insbesondere caf2-oberflaechen

Info

Publication number: DD288466A5
Application number: DD33351789A
Authority: DD
Inventors: Berthold Busse; Norbert Kaiser; Heinz Mueller
Original assignee: Physikalisch-Technisches Inst.,De; Kombinat Carl Zeiss Jena,De
Priority date: 1989-10-12
Filing date: 1989-10-12
Publication date: 1991-03-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Glaettung optischer Oberflaechen, insbesondere CaF2-Oberflaechen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem bei niedrigen Prozesztemperaturen (25C-50C) eine Reduzierung der Mikrorauhigkeit optischer Oberflaechen, insbesondere CaF2-Oberflaechen, und damit eine Verringerung der Streulichtverluste der optischen Komponente erreichbar ist. Erfindungsgemaesz wird die Aufgabe dadurch geloest, dasz auf die zu glaettende optische Oberflaeche eine dielektrische Schicht mittels reaktiven Elektronenstrahlverdampfens aufgebracht wird und als dielektrische Schicht ein Material mit der gleichen oder annaehernd der gleichen Brechzahl, wie die zu glaettende optische Oberflaeche eingesetzt wird.{Interferenzschicht; Glaettung; optische Schicht; CaF2-Oberflaechen; Mikrorauhigkeit}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Glättung optischer Oberflächen, insbesondere CaF₂-Oberflächqn. Das Anwendungsgebiet der Erfindung sind schlecht polierbare optische Komponenten oder Baugruppen, bevorzugt aus CaF₂-Kristall, die keinen Temperaturen über 50°C ausgesetzt werden dürfen und auf die spezielle Interferenzschichtsysteme aufgebracht werden sollen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die Mikrorauhigkeit und die damit verbundenen Streulichtverluste sind von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung von Komponenten für die Hochleistungsoptik. Besteht die Notwendigkeit, auf diese Komponenten Schichten aufzubringen, muß deren Eigenrauhigkeit berücksichtigt werden. Im Gegensatz zu metallischen Schichten, bei denen das Licht nur an der Oberfläche gestreut wird, tragen bei dielektrischen Schichten auch tieferliegende Grenzflächen und das Schichtvolumen zur Streuung bei. Allgemein wird davon ausgegangen, daß die Volumenbeiträge gegenüber den Beiträgen von Grenz- und Oberflächen vernachlässigbar sind.

Bei dielektrischen Schichten ist die Kohärenz der Streulichtfelder von den einzelnen Grenzflächen und der Oberfläche von Bedeutung. Bei fehlender Kohärenz überlagern sich die einzelnen Streuintensitäten additiv. Bei vorhandener Kohärenz gibt 63 die theoretische Möglichkeit für die Reduzierung der Streuintensitäten in einem bestimmten Bereich von Lichteinfallswinkeln durch das Abstimmen der Phasen und Amplituden der gestreuten Wellen. Es wurde jedoch gezeigt (C. Amra et al., Appl. Optics 25,2695 (1986)), daß diese Bedingungen praktisch nur in eng begrenzten Wellenlängen· und Schichtdickenbereichen bei bestimmten Verhältnissen der Brechzahlen von Schicht und Unterlage realisierbar sind. Eine gleichmäßige Verringerung der Streulichtverluste über größere Spektralbereiche ist dabei ausgeschlossen.

Bekannt ist, zur Reduzierung der Mikrorauhigkeit von GaAs-Oberflächen und damit zur Reduzierung der Streulichtverluste, «ine dünne GaAs-Schicht mittels Molekularstrahlepitaxie bei 580⁰C Substrattemperatur aufzubringen (A. Y. Cho, J. R.Arthur, Prog. Solid State Chem.10,157 [1975]). Ferner wird in US 4.775.203 angegeben, die Streulichtverluste einer Metalloxidschicht durch CVD-Abscheidung einer SiÜ₂-Schicht zu verringern. Beide Verfahren arbeiten jedoch mit Prozeßtemperaturen von 500°C bis 1000°C und sind somit für die Optiktechnologio irrelevant. Mit Bezug auf die erstere Arbeit wird bereits in Appl. Optics 24,4 (1985), 480 darauf verwiesen, daß die Glättung von Halbleiter-Oberflächen nur bei der Schichtabscheidung mittels Molekularstrahlepitaxie beobachtet werden konnte.

Eine Untersuchung des Einflusses aufgesplitterter TiO₂-Schichten auf die Mikrorauhigkeit schlecht polierter BK7-Oberflächen weist darauf hin, daß bei geeigneten Schichtherstellungsparamotern eine Glättung der Unterlage nachgewiesen werden kann {A.Duparre, H.G. Walther, Appl. Optics 27,1393 [1988]). Die Gesamtstreuverluste sind jedoch nur in einem eng begrenzton Spektralbereich und bei festgelegter TiO₂-Schichtdicke geringer.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Streulichtverluste von schlecht polierbaren Oberflächen durch ein einfaches und ökonomisches Verfahren zu verringern.

-2- 288 Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem bei niedrigen Prozeßtemperaturen (25⁰C-BO⁰C) eine Reduzierung der Mikrorauhlgkeit optischer Oberflächen, insbesondere CaF₂-Oberflächen, und damit eine Verringerung der Streulichtverluste der optischen Komponente erreichbar ist. Das Verfahren muß dabei gewährleisten, daß sich die optischen Verluste, insbesondere im UV-Spektralbereich, nicht erhöhen und außerdem das anschließende Aufbringen von Intorferenzschichtsystemen, bevorzugt von Entspiegelungsbelägen, ermöglicht wird. Die Verringerung der Streulichtverluste soll in einem breiten Spektralbereich, ohne die Notwendigkeit die Dicke der Glättungsschicht exakt einzuhalten, realisierbar sein. .

Die Lösung der Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Glättung optischer Oberflächen, Insbesondere CaFj-Oberflachen, erfindungsgemäß dadurch, daß auf die zu glättende optische Oberfläche eine dielektrische Schicht mittels reaktiven Elektronenstrahlverdampfens aufgebracht wird und als dielektrische Schicht ein Material mit der gleichen oder annähernd der gleichen Brechzahl, wie der des zu glättenden Materials eingesetzt wird.

Zur Glättung von CaF₂-Oberflächen hat sich im Rahmen der Erfindung als günstig erwiesen, als dielektrische Schicht eine SiO₂-Schicht zu verwenden, wobei das reaktive Elektronenstrahlverdampfen in einer Restgasatmosphäre, die durch das zusätzliche Einlassen von Wasserdampf während der Beschichtung auf einem Druck von 7 10~³ Pa gehalten wird, mit einer Aufdampf rate vonO,5nm/s und einer geometrischen Schichtdicke von 300 nm auf ungeheizten CaF₂-Substraten erfolgt. Überraschenderweise gelingt die angestrebte Verringerung der Streulichtverluste der optischen Oberfläche dadurch, daß durch die Übereinstimmung bzw. zumindest annähernde Übereinstimmung der Brechzahlen von zu glättender Oberfläche und besagter dielektrischer Schicht der additive Streubeitrag von der Grenzfläche optische Oberfläche - dielektrische Schicht weitgehend unterdrückt wird und nur noch die Oberfläche der aufgebrachten dielektrischen Schicht zur Lichtstreuung beiträgt. Dabei ist wesentlich, daß die Vererbung der Mikrorauhigkeit der zu glättenden Oberfläche in die abgeschiedene dielektrische Schicht, sowie die Herausbildung der mikrostrukturbedingten Schichteigenrauhigkeit durch das angegebene erfindungsgemäße Verfahren und durch die vorgenommene Wahl der Abscheideparameter verhindert wird. Da das Spektralverhalten von Transmission und Reflexion der zu glättenden optischen Oberfläche durch die aufgebrachte Schicht nicht wesentlich verändert wird, ist das nachfolgende Abscheiden beliebiger Interferenzschichtsysteme möglich. Dabei kann die besagte dielektrische Schicht selbst als Interferenzschicht verwendet werden.

Da durch die aufgebrachte Schicht gleichzeitig die elektrische Feldstärkeverteilung an der Oberfläche beeinflußt wird, kann eine Erhöhung der Beständigkeit des Materials bzw. des nachfolgend aufzubringenden Interferenzschichtsystemes, bevorzugt von Entsplegelungssystemen gegenüber intensiver Laserbestrahlung erreicht werden.

Die Vorteile der Windung bestehen darin, daß mit einem einfachen und ökonomischen Verfahren, das leicht in den Herstellungsprozeß von Interferenzschichtsystemen eingeordnet werden kann, die optischen Verluste durch Streuung besonders im UV-Spektralbereich (unterhalb 260 nm Wellenlänge) um bis zu 1,5% pro Grenzfläche in einem breiten Spektralbereich verringert werden können. Dabei ist für den Glättungseffekt das exakte Einhalten der Dicke der Schicht nicht ausschlaggebend.

Die mit der Erfindung angestrebte Verringerung der optischen Verluste bedeutet höhere nutzbare Transmissions- bzw. Reflexionswerte. Beträgt zum Beispiel bei einer Hochleistungsoptikeinheit mit 30 Grenzflächen die Transmission pro Grenzfläche 98%, ergibt sich eine Gesamttransmission von 55%. Werden die Verluste pro Grenzfläche um nur 1 % verringert, erhöht sich die Gesamttransmission auf 74%, was durch die Erfindung im UV-Spektralbereich unterhalb 250 nm Wellenlänge gewährleistet wird.

AusfQhrungsbolsplel

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert W6rden.

Auf eine polierte CaF₂-Oberfläche wird beiderseits eine SiO₂-Schicht mittels reaktiven Elektronenstrahlverdampfens in Wasserdampfrestgasatmosphäre mit folgenden Abscheidebedingungen

Restgasdruck:	7· 10"³Pa
Schichtdicke:	300 η m
Substrattemperatur:	25⁰C
Aufdampfrate:	0,5nm/s

aufgebracht.

Die Darstellung der erfindungsgemäßen Wirkung erfolgt anhand beiliegender Figur.

Dieses Diagramm zeigt die gemessene mittlere Summe aus Reflexion und Transmission (R + T), die nach dem Energieerhaltungssatz die von 1 subtrahierte Summe aus Absorption und Streuung (1 - A - S) ist und somit die optischen Verluste repräsentiert, als Funktion der Wellenlänge ohne aufgebrachte SiO₂-Schicht (1) und mit SiO₂-Schicht (2).

Claims

1. Verfahren zur Glättung optischer Oberflächen, insbesondere CaF2-Oberflachen, dadurch gekennzeichnet, daß auf die zu glättende optische Oberfläche eine dielektrische Schicht mittels reaktiven Elektronenstrahlverdampfens aufgebracht wird und als dielektrische Schicht ein Material mit der gleichen oder annähernd der gleichen Brechzahl, wie der zu glättenden optischen Oberfläche eingesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als dielektrische Schicht für eine CaF2-Oberfläche eine SiO2-Schicht verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das reaktive Elektronenstrnhlverdampfen in einer wasserdampfhaltigen Restgasatmosphäre bei einem Druck von 7 · 10"³Pa, mit einer Aufdampfrate von 0,5nm/s und einer geometrischen Schichtdicke von etwa 300nm auf ungeheizten CaF₂-Substraten vorgenommen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte dielektrische Schicht selbst als Interferenzschicht verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte dielektrische Schicht selbst zur Erhöhung üer Beständigkeit der optischen Oberfläche gegenüber intensiver Laserstrahlung verwendet wird.