DE102011054427A1 - Method for manufacturing optic element e.g. lens, in UV wavelength range, involves attaching porous layer by commonly applying two inorganic materials, and removing one of materials so that pores are formed in unremoved material - Google Patents
Method for manufacturing optic element e.g. lens, in UV wavelength range, involves attaching porous layer by commonly applying two inorganic materials, and removing one of materials so that pores are formed in unremoved material Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements für einen Wellenlängenbereich im ultravioletten, sichtbaren und/oder nahinfraroten Wellenlängenbereich mit einer Antireflexionsbeschichtung, die mindestens eine Lage aus porösem Material aufweist. Ferner bezieht sich die Erfindung auf solche optische Elemente. The present invention relates to a method for producing an optical element for a wavelength range in the ultraviolet, visible and / or near-infrared wavelength range with an antireflection coating comprising at least one layer of porous material. Furthermore, the invention relates to such optical elements.
Zur besseren Ausnutzung von vorhandener Strahlungsintensität durch optische Elemente im beispielsweise ultravioletten, aber auch sichtbaren oder nahinfraroten Wellenlängenbereich werden optische Elementen üblicherweise mit Antireflexionsbeschichtungen versehen. Diese können einlagig oder mehrlagig ausgestaltet sein. Insbesondere bei mehrlagigen Antireflexionsbeschichtungen arbeitet man mit Lagensystemen aus alternierend angeordneten Lagen aus im verwendeten Wellenlängenbereich höher oder niedriger brechenden Materialien. Ein Ansatz besteht darin, über destruktive Interferenz der an Lagengrenzen reflektierten Teilstrahlen die Gesamtreflexion zu reduzieren. Ein anderer Ansatz besteht darin, eine poröse, in der Regel einlagige Antireflexionsbeschichtung vorzusehen, um einen Brechungsindex möglichst nahe dem Brechungsindex des umgebenden Mediums zu erreichen. Solche porösen Lagen werden in der Regel über Sol-Gel-Verfahren hergestellt. Bei den optischen Elementen kann es sich beispielsweise um Linsen, Strahlteiler, Fenster oder Prismen handeln. For better utilization of existing radiation intensity by optical elements in the ultraviolet, but also visible or near-infrared wavelength range, optical elements are usually provided with antireflection coatings. These can be single-layered or multi-layered. Particularly in the case of multilayer antireflection coatings, it is possible to use layer systems composed of alternatingly arranged layers of materials which are higher or lower in the wavelength range used. One approach is to reduce the total reflection through destructive interference of the partial beams reflected at ply boundaries. Another approach is to provide a porous, typically single-layer anti-reflection coating to achieve a refractive index as close as possible to the refractive index of the surrounding medium. Such porous layers are usually prepared by sol-gel processes. The optical elements may be, for example, lenses, beam splitters, windows or prisms.
Aus der
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine weitere Möglichkeit der Herstellung eines optischen Elements für den ultravioletten Wellenlängenbereich mit Antireflexionsbeschichtung, insbesondere mit mindestens einer porösen Lage bereitzustellen. It is an object of the present invention to provide a further possibility of producing an ultraviolet wavelength optical element with antireflection coating, in particular with at least one porous layer.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements für einen Wellenlängenbereich im ultravioletten, sichtbaren und/oder nahinfraroten Wellenlängenbereich mit einer Antireflexionsbeschichtung, die mindestens eine Lage aus porösem Material aufweist, wobei die poröse Lage aufgebracht wird, indem zwei anorganische Materialien gemeinsam aufgebracht werden und anschließend eines der Materialien entfernt wird, so dass sich im nicht entfernten Material Poren ausbilden. This object is achieved by a method for producing an optical element for a wavelength range in the ultraviolet, visible and / or near-infrared wavelength range with an antireflection coating comprising at least one layer of porous material, wherein the porous layer is applied by applying two inorganic materials together and then one of the materials is removed, so that pores are formed in the material not removed.
Es hat sich herausgestellt, dass durch das gemeinsame Aufbringen von zwei anorganischen Materialien, die sich unterschiedlich gut entfernen lassen, zur Bildung einer porösen Lage durch Wahl des Verhältnisses beider Materialien zueinander der Porenanteil und damit der resultierende Brechungsindex dieser Lage bei relativ geringem Aufwand recht gut steuern lässt. Von großem Vorteil ist, dass sich überraschenderweise unmittelbar poröse anorganische Lagen herstellen lassen und ganz auf organische Materialien verzichtet werden kann. Insbesondere bei kürzerwelliger ultravioletter Strahlung und bei höheren Strahlungsintensitäten im ultravioletten Wellenlängenbereich können keine organischen Materialien auf optischen Elementen eingesetzt werden, da sie insbesondere ultraviolette Strahlung stark absorbieren und nicht langzeitstabil sind. It has been found that the co-application of two inorganic materials, which can be removed differently well, to form a porous layer by choosing the ratio of the two materials to each other control the pore content and thus the resulting refractive index of this layer quite easily with relatively little effort leaves. It is of great advantage that, surprisingly, porous inorganic layers can be produced directly and organic materials can be completely dispensed with. Particularly in the case of shorter-wave ultraviolet radiation and at higher radiation intensities in the ultraviolet wavelength range, it is not possible to use organic materials on optical elements, since they in particular strongly absorb ultraviolet radiation and are not long-term stable.
Das Aufbringen der beiden Materialien kann dabei über beliebige Verfahren der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD-Verfahren) oder der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD-Verfahren) oder deren Kombinationen in üblicher, dem Fachmann bekannter Weise stattfinden. Bei dem anschließenden Entfernen des einen Materials bilden sich in dem nicht entfernten Material kleine bis kleinste Hohlräume aus, so dass die resultierende Lage aus nicht entferntem Material porös ist und bei gleicher Wellenlänge einen niedrigeren Brechungsindex aufweist, als wenn es nicht porös wäre. Bedingt durch das gemeinsame Aufbringen der zwei Materialien sind die Poren in der resultierenden porösen Lage gleichmäßiger verteilt als beispielsweise die über Plasmaätzen eingebrachten Nanostrukturen, die oft eine eher säulenartige Struktur aufweisen und im Gegensatz zu den nach dem hier vorgeschlagenen Verfahren hergestellten porösen Lagen sehr empfindlich sind, so dass sie sich beispielsweise nicht durch Abwischen reinigen lassen. The application of the two materials can take place via any method of chemical vapor deposition (CVD method) or physical vapor deposition (PVD method) or combinations thereof in a conventional manner known in the art. During the subsequent removal of the one material, small to very small cavities are formed in the material not removed, so that the resulting layer of material which has not been removed is porous and has a lower refractive index at the same wavelength than if it were not porous. Due to the co-application of the two materials, the pores in the resulting porous layer are more evenly distributed than, for example, the plasma deposited nanostructures, which often have a more columnar structure and are very sensitive unlike the porous layers made by the method proposed herein. so they can not be cleaned by wiping, for example.
Es sei darauf hingewiesen, dass hier und im Folgenden zwar von zwei aufgebrachten Materialien die Rede ist, dies aber nicht als exakt zwei Materialien zu verstehen ist. Je nach Materialwahl für die resultierende poröse Lage, beispielsweise wenn es sich um keine reine Substanz, sondern um eine Verbindung handelt, kann es von Vorteil sein, wenn diese Verbindung erst durch Aufbringen der dafür notwendigen Einzelkomponenten gebildet wird. Ebenso kann dies für das zu entfernende Material gelten, insbesondere wenn bestimmte Verbindungen oder Mischungen sich besonderes gut entfernen lassen. It should be noted that here and in the following of two applied materials is mentioned, but this is not to be understood as exactly two materials. Depending on the choice of material for the resulting porous layer, for example, if it is not a pure substance, but a compound, it may be advantageous if this compound is formed only by applying the necessary individual components. Likewise, this may apply to the material to be removed, especially if certain compounds or mixtures are particularly easy to remove.
In bevorzugten Ausführungsformen werden als Antireflexionsbeschichtung mindestens zwei Lagen auf ein Substrat aufgebracht und wird die vom Substrat am weitesten entfernte Lage als poröse Lage aufgebracht, wobei als nicht zu entfernendes Material ein im Wellenlängenbereich des optischen Elements, d.h. im Wellenlängenbereich, für den das optische Element ausgelegt ist, niedrigbrechendes Material aufgebracht wird. Somit lässt sich eine herkömmliche ein- oder mehrlagige Antireflexionsbeschichtung aus nicht porösem Material in ihrer Antireflexionswirkung durch das Vorsehen mindestens einer porösen Lage an der Grenzfläche zum umgebenden Medium hin weiter verbessern, da die mindestens eine poröse Lage einen besonders niedrigen Brechungsindex aufweist und dadurch eine besonders effektive Antireflexionswirkung durch destruktive Interferenz oder durch einen graduellen Übergang des Brechungsindexes vom Substrat über die herkömmliche Antireflexionsbeschichtung zum umgebenden Medium, d.h. z.B. Vakuum oder Luft erlaubt. In preferred embodiments, as antireflection coating, at least two layers are applied to a substrate, and the layer furthest from the substrate is applied as a porous layer, wherein as material not to be removed, one in the wavelength range of the optical element, i. In the wavelength range for which the optical element is designed, low refractive index material is applied. Thus, a conventional single or multi-layer antireflection coating of non-porous material can be further improved in its antireflection effect by providing at least one porous layer at the interface to the surrounding medium, since the at least one porous layer has a particularly low refractive index and thereby a particularly effective Antireflection effect by destructive interference or by a gradual transition of the refractive index from the substrate on the conventional antireflection coating to the surrounding medium, ie e.g. Vacuum or air allowed.
Vorteilhafterweise werden die zwei anorganischen Materialien simultan oder als alternierende dünne Lagen aufgebracht. Beim simultanen Aufbringen werden beide Materialien gleichzeitig aufgebracht, insbesondere durch CVD- und/oder PVD-Verfahren aufgedampft, so dass sich eine Mischlage aus beiden Materialien ausbildet. Alternativ hat es sich bewährt, die beiden Materialien als alternierende dünne Lagen aufzubringen, insbesondere sie durch CVD- und/oder PVD-Verfahren aufzudampfen, wobei die Lagen so dünn sein sollten, dass sich durch Interdiffusion an den Grenzflächen ebenfalls eine Mischlage aus beiden Materialien ausbildet. Advantageously, the two inorganic materials are applied simultaneously or as alternating thin layers. In simultaneous application, both materials are applied simultaneously, in particular vapor-deposited by CVD and / or PVD processes, so that a mixed layer of both materials is formed. Alternatively, it has proven useful to apply the two materials as alternating thin layers, in particular vapor-deposited by CVD and / or PVD methods, the layers should be so thin that forms by interdiffusion at the interfaces also a mixed layer of both materials ,
Bevorzugt wird das zu entfernende Material chemisch oder chemisch-physikalisch entfernt. Bei chemischen Verfahren werden insbesondere nasschemische Verfahren bevorzugt, beispielsweise die Verwendung von Wasser als Lösungsmittel. Dadurch wird der Aufwand beim Entfernen des einen Materials besonders gering gehalten. Beim Einsatz von nasschemischen Entfernungsverfahren werden vorteilhafterweise die beiden Materialien insbesondere danach ausgesucht, dass sie unterschiedliche Löslichkeiten aufweisen. Bei chemisch-physikalischen Verfahren werden insbesondere Trockenätzverfahren, beispielsweise reaktives Ionenätzen oder Plasmaätzen eingesetzt. Beim Einsatz von Trockenätzverfahren werden vorteilhafterweise die beiden Materialien insbesondere danach ausgesucht, dass sie unterschiedliche Ätzraten für das gewählte Trockenätzverfahren aufweisen. Besonders vorteilhaft ist außerdem, die beiden Materialien auch danach auszuwählen, dass beide einen eher niedrigeren Brechungsindex in dem Wellenlängenbereich aufweisen, in dem das optische Element eingesetzt werden soll. Dies hat sich insbesondere bei porösen Lagen bewährt, bei dem das eine Material gezielt oder aus verfahrenstechnischen Gründen nicht vollständig entfernt ist. Preferably, the material to be removed is removed chemically or chemically-physically. In chemical processes, in particular wet-chemical processes are preferred, for example the use of water as solvent. As a result, the effort when removing the one material is kept very low. When wet-chemical removal processes are used, the two materials are advantageously selected in particular according to their different solubilities. In chemical-physical processes, in particular dry etching processes, for example reactive ion etching or plasma etching, are used. When dry etching methods are used, the two materials are advantageously chosen, in particular, for having different etching rates for the selected dry etching method. It is also particularly advantageous to also select the two materials according to that both have a rather lower refractive index in the wavelength range in which the optical element is to be used. This has proven particularly useful in porous layers, in which the one material targeted or procedural reasons is not completely removed.
In einem weiteren Aspekt wird diese Aufgabe durch ein optisches Element für einen Wellenlängenbereich im ultravioletten, sichtbaren und/oder nahinfraroten Wellenlängenbereich mit einer Antireflexionsbeschichtung, die mindestens eine Lage aus porösem Material aufweist, gelöst werden, das nach dem beschriebenen Verfahren hergestellt ist. In a further aspect, this object is achieved by an optical element for a wavelength range in the ultraviolet, visible and / or near-infrared wavelength range with an antireflection coating comprising at least one layer of porous material, which is prepared by the described method.
Insbesondere kann durch u.a. dieses Verfahren ein optisches Element für einen Wellenlängenbereich im ultravioletten, sichtbaren und/oder nahinfraroten Wellenlängenbereich hergestellt werden, dessen Antireflexionsbeschichtung ein erstes Teillagensystem aus nichtporösen Lagen aus alternierend im Wellenlängenbereich des optischen Elements höher und niedriger brechenden Materialien auf einem Substrat aufweist und ein zweites, vom Substrat weiter entferntes Teillagensystem aus einer oder mehreren porösen Lagen, wobei die mindestens eine poröse Lage auf einem im Wellenlängenbereich des optischen Elements niedriger brechenden Material basiert. In particular, by u.a. this method produces an optical element for a wavelength range in the ultraviolet, visible and / or near-infrared wavelength range whose antireflection coating comprises a first part-layer system of non-porous layers of materials which alternate in the wavelength range of the optical element higher and lower refractive materials on one substrate and a second, from the substrate further removed part-layer system of one or more porous layers, wherein the at least one porous layer is based on a lower refractive in the wavelength range of the optical element material.
Bei dem ersten Teillagensystem handelt es sich um eine herkömmliche Antireflexionsbeschichtung ohne poröse Lagen, die mittels herkömmlicher Beschichtungsverfahren hergestellt werden. Darüber wird das zweite Teillagensystem aus mindestens einer porösen Lage aufgebracht, damit die Differenz zwischen resultierendem Brechungsindex des ersten Teillagensystems und Brechungsindex des umgebenden Medium im Wellenlängenbereich des optischen Elements reduziert wird, was die Reflexion an der Grenzfläche zum umgebenden Medium zusätzlich reduziert. Somit lässt sich eine herkömmliche ein- oder mehrlagige Antireflexionsbeschichtung aus nicht porösem Material in ihrer Antireflexionswirkung durch das Vorsehen mindestens einer porösen Lagen an der Grenzfläche zum umgebenden Medium hin weiter verbessern, da die mindestens eine poröse Lage einen besonders niedrigen Brechungsindex aufweist und dadurch einen graduellen Übergang des Brechungsindex des Substrats über den resultierenden Brechungsindex der herkömmlichen ein- oder mehrlagigen Antireflexionsbeschichtung zum Brechungsindex des umgebenden Mediums erlaubt. The first part-layer system is a conventional antireflection coating without porous layers made by conventional coating techniques. In addition, the second part-layer system is applied from at least one porous layer so that the difference between the resulting refractive index of the first part-system and the refractive index of the surrounding medium in the wavelength range of the optical element is reduced, which additionally reduces the reflection at the interface with the surrounding medium. Thus, a conventional single or multi-layer antireflection coating of non-porous material can be further improved in its antireflection effect by providing at least one porous layer at the interface with the surrounding medium since the at least one porous layer has a particularly low refractive index and thereby a gradual transition the refractive index of the substrate over the resulting refractive index of the conventional single or multilayer antireflection coating allows to the refractive index of the surrounding medium.
Bevorzugt weist das zweite Lagensystem zwei oder mehr poröse Lagen auf, wobei der Brechungsindex der dem Substrat am nächsten angeordnete porösen Lagen am höchsten aller porösen Lagen ist und der Brechungsindex jeder weiteren porösen Lagen kontinuierlich geringer ist. Dadurch kann ein stetig abnehmender Brechungsindexgradient zum umgebenden Medium hin möglichst gut angenähert, was sich positiv auf die Unterdrückung der Reflexion an der Grenzfläche vom optischen Element zum umgebenden Medium auswirkt. The second ply system preferably has two or more porous layers, the refractive index of the porous layers arranged closest to the substrate being at the highest of all porous layers and the refractive index of each further porous layer being continuously lower. As a result, a steadily decreasing refractive index gradient approaches as closely as possible to the surrounding medium, which has a positive effect on the suppression of the reflection at the interface from the optical element to the surrounding medium.
Als vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn die optische Dicke des zweiten Teillagensystems kleiner als die Hälfte der Wellenlänge ist, für die das optische Element ausgelegt ist. Dadurch kann vermieden werden, dass das zweite Teillagensystem eventuell zu erhöhter Absorption führt, die wie eine zu hohe Reflexion die erwünscht hohe Transmission beeinträchtigen könnte. It has proven to be advantageous if the optical thickness of the second part-system is less than half the wavelength for which the optical element is designed. This can avoid that the second partial system may lead to increased absorption, which could affect the desired high transmission as too high a reflection.
Bevorzugt sind die Brechungsindizes der Lagen des zweiten Teillagensystems kleiner als die Brechungsindizes der Lagen des ersten Teillagensystems. Dies hat sich insbesondere bei umgebenden Medien wie Vakuum oder Luft, bei denen der Brechungsindex nahe 1 liegt, bewährt, da normale anorganische Materiallagen ohne Poren in den Wellenlängenbereichen des optischen Elements, insbesondere wenn dieser im Ultravioletten liegt, einen Brechungsindex von deutlich größer 1 aufweisen. Auf diese Weise kann besonders gut ein gradueller Übergang des Brechungsindex zum umgebenden Medium angenähert werden. The refractive indices of the layers of the second part-system are preferably smaller than the refractive indices of the layers of the first part-system. This has proven particularly useful in ambient media such as vacuum or air, where the refractive index is close to 1, since normal inorganic material layers without pores in the wavelength ranges of the optical element, especially if it is in the ultraviolet, have a refractive index of significantly greater than 1. In this way, a gradual transition of the refractive index to the surrounding medium can be approximated particularly well.
In bevorzugten Ausführungsformen weist das erste Teillagensystem nicht mehr als eine Lage auf, deren Brechungsindex im Wellenlängenbereich des optischen Elements größer als das 1,25-fache des Brechungsindexes des Substrats ist. Bei optischen Elementen, die für Wellenlängen kleiner ca. 250 nm ausgelegt sind, weist das erste Teillagensystem bevorzugt nicht mehr als eine Lage auf, deren Brechungsindex im Wellenlängenbereich des optischen Elements größer als der Brechungsindex des Substrats ist. Dadurch können besonders breitbandige Antireflexionsbeschichtungen erhalten werden, die auch über große Einfallswinkelintervalle breitbandig sind, sowie schmalbandige Antireflexionsbeschichtungen, die auch bei sehr großen Einfallswinkeln noch ihre Wirkung behalten. In preferred embodiments, the first part-layer system has no more than one layer whose refractive index in the wavelength range of the optical element is greater than 1.25 times the refractive index of the substrate. For optical elements which are designed for wavelengths less than about 250 nm, the first part-layer system preferably has no more than one layer whose refractive index in the wavelength range of the optical element is greater than the refractive index of the substrate. As a result, it is possible to obtain particularly broadband antireflection coatings which are also broadband over large incident angle intervals, as well as narrowband antireflection coatings which retain their effect even at very large angles of incidence.
Vorteilhafterweise weist das erste Teillagensystem als höher brechendes Material eines oder mehrere der Gruppe Lanthanfluorid, Gadoliniumfluorid, Neodymfluorid, Ytterbiumfluorid, Aluminiumoxid, Hafniumoxid, Zirkonoxid, Nioboxid, Scandiumoxid, Ytterbiumoxid, Lanthanoxid, Tantaloxid auf und als niedriger brechendes Material eines oder mehrere der Gruppe Aluminiumfluorid, Chiolith, Cryolith, Natriumfluorid, Magnesiumfluorid, Lithiumfluorid, Siliziumdioxid, Yttriumfluorid, Kalziumfluorid, Bariumfluorid. Basierend auf diesen Materialien lassen sich Antireflexionsbeschichtungen mit besonders guter Reflexionsunterdrückung erhalten. Advantageously, the first part-layer system comprises as higher-refractive-index material one or more of lanthanum fluoride, gadolinium fluoride, neodymium fluoride, ytterbium fluoride, aluminum oxide, hafnium oxide, zirconium oxide, niobium oxide, scandium oxide, ytterbium oxide, lanthanum oxide, tantalum oxide and as lower refractive material one or more of the group aluminum fluoride, Chiolite, cryolite, sodium fluoride, magnesium fluoride, lithium fluoride, silica, yttrium fluoride, calcium fluoride, barium fluoride. Based on these materials, antireflection coatings with particularly good reflection suppression can be obtained.
Vorteilhafterweise weist das optische Element bzw. das zweite Teillagensystem als Material der einen oder mehreren porösen Lagen Magnesiumfluorid und/oder Siliziumdioxid auf. Magnesiumfluorid und Siliziumdioxid weisen nicht nur im ultravioletten, sichtbaren und nahinfraroten Wellenlängenbereich, insbesondere zwischen 180 nm und 800 nm besonders niedrige Brechungsindizes auf, sondern lassen sich sowohl beim Aufbringen als auch beim Entfernen besonders einfach handhaben. Advantageously, the optical element or the second partial layer system as the material of the one or more porous layers of magnesium fluoride and / or silicon dioxide. Magnesium fluoride and silicon dioxide have particularly low refractive indices not only in the ultraviolet, visible and near-infrared wavelength range, in particular between 180 nm and 800 nm, but can be handled particularly easily both during application and during removal.
Die vorliegende Erfindung soll unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Dazu zeigen The present invention will be explained in more detail with reference to a preferred embodiment. Show this
In
In einem anschließenden Schritt
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In einem anschließenden Schritt
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In einem anschließenden Schritt
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In einem anschließenden Schritt
Es sei darauf hingewiesen, dass die Wahl der anorganischen Materialien Magnesiumfluorid und Siliziumdioxid bzw. Siliziumdioxid und Natriumfluorid nur beispielhaft ist. Als nicht zu entfernendes Matrixmaterial ist jegliches anorganisches Material geeignet, dass mit seinem Brechungsindex im Wellenlängenbereich des optischen Elements zwischen dem Brechungsindex des optischen Elements ohne poröse Schicht und dem Brechungsindex des das optische Element im Einsatz umgebenden Medium im verwendeten Wellenlängenbereich liegt. Als zu entfernendes anorganisches Material ist jegliches Material geeignet, dass nasschemisch oder in einem Trockenätzprozess eine höhere Entfernungsrate als das nicht zu entfernende Material aufweist. It should be noted that the choice of inorganic materials magnesium fluoride and silicon dioxide or silicon dioxide and sodium fluoride is only an example. As the matrix material not to be removed, any inorganic material is suitable which, with its refractive index in the wavelength range of the optical element, lies between the refractive index of the optical element without porous layer and the refractive index of the medium surrounding the optical element in use in the wavelength range used. As the inorganic material to be removed, any material that has a higher removal rate than the non-removable material by wet-chemical or dry-etching process is suitable.
Mit den zuvor in Verbindung mit den
Die in den
Es sei darauf hingewiesen, dass in den
Das optische Element
Das Teillagensystem
Bei der in
Es sei darauf hingewiesen, dass in speziellen Anwendungsfällen auf der vom Substrat am weitesten entfernten porösen Lage noch eine Schutzschicht aufgebracht sein kann, um insbesondere das poröse Teillagensystem der Antireflexionsbeschichtung vor mechanischen Einwirkungen zu schützen. Material und Dicke dieser Schutzschicht werden insbesondere danach ausgewählt, dass sie die optischen Eigenschaften des optischen Elementes nicht merklich negativ beeinflussen. Mögliche Materialien sind beispielsweise nicht poröses Siliziumdioxid oder Magnesiumfluorid. It should be pointed out that, in special cases of application, a protective layer can still be applied to the porous layer which is furthest away from the substrate, in order in particular to protect the porous partial-layer system of the antireflection coating from mechanical influences. Material and thickness of this protective layer are selected in particular according to that they do not affect the optical properties of the optical element appreciably negative. Possible materials are for example non-porous silicon dioxide or magnesium fluoride.
Optische Elemente für eine Wellenlänge von 193 nm Optical elements for a wavelength of 193 nm
Der positive Einfluss von porösen Lagen an der Grenzfläche eines optischen Elements zum umgebenden Medium soll anhand der folgenden Figuren erläutert werden. In den
Die Reflexion an diesem optischen Element gemäß dem Stand der Technik ist für eine Wellenlänge von 193 nm über einen Einfallswinkel zwischen 0° und 60° zur Flächennormalen der entsprechenden Oberfläche des optischen Elementes dargestellt und zwar für s-polarisierte Strahlung (Rs), für p-polarisierte Strahlung (Rp) sowie für unpolarisierte Strahlung (Ra). Bei Einfallswinkeln bis ca. 10° ist der Unterschied zwischen s-polarisierter, p-polarisierte und unpolarisierte Strahlung unwesentlich und die Reflexion liegt für alle drei Strahlungsarten leicht unter 0,4%. Bei Einfallswinkeln ab ca. 10° bis 15° nimmt der Unterschied zwischen der Reflexion für s-polarisierte Strahlung, unpolarisierte Strahlung und p-polarisierte Strahlung stark zu, wobei insbesondere die Reflexion für s-polarisierte Strahlung bereits ab einem Einfallswinkel von 35° über einem 1% liegt und für unpolarisierte Strahlung ab einem Einfallswinkel von 45° über 1% ansteigt, während die Reflexion für p-polarisierte Strahlung auf fast Null im Bereich zwischen 40° und 45° absinkt und erst ab ca. 58° eine Reflexion von 1% erreicht. The reflection on this optical element according to the prior art is shown for a wavelength of 193 nm over an angle of incidence between 0 ° and 60 ° to the surface normal of the corresponding surface of the optical element, namely for s-polarized radiation (Rs), for p- polarized radiation (Rp) and unpolarized radiation (Ra). At angles of incidence of up to about 10 °, the difference between s-polarized, p-polarized and unpolarized radiation is negligible and the reflection is slightly below 0.4% for all three types of radiation. At angles of incidence from about 10 ° to 15 °, the difference between the reflection for s-polarized radiation, unpolarized radiation and p-polarized radiation increases sharply, in particular, the reflection for s-polarized radiation already at an angle of incidence of 35 ° above a 1% and for unpolarized radiation from an angle of incidence of 45 ° increases above 1%, while the reflection for p-polarized radiation drops to almost zero in the range between 40 ° and 45 ° and only from about 58 ° a reflection of 1% reached.
Im Gegensatz dazu sind in den
Das optische Element, dessen Reflexion in
Auf einem Teillagensystem aus nichtporösen Lagen aus den Materialien Magnesiumfluorid und Lanthanfluorid wie im Vergleichsbeispiel ist eine zum umgebenden Medium hin abschließende Lage aus porösem Magnesiumfluorid aufgebracht, die einen Porengehalt von 50 Vol.-% aufweist. Die poröse Magnesiumfluoridlage wird bevorzugt mittels einem der zuvor beschriebenen Verfahren aufgebracht. Verglichen mit der Reflexion des aus dem Stand der Technik bekannten optischen Elementes (siehe
Dieser Effekt lässt sich auch für die anderen optischen Elemente mit zusätzlicher poröser Schicht beobachten, die gemäß Tabelle 3 (
Das optische Element mit einer Antireflexionsbeschichtung gemäß Tabelle 3 weist eine poröse Schicht aus Siliziumdioxid mit einem Porengehalt von 60 Vol.-% auf. Auch die poröse Siliziumdioxidschicht wird bevorzugt mittels einem der zuvor beschriebenen Verfahren aufgebracht. The optical element with an antireflection coating according to Table 3 has a porous layer of silicon dioxide with a pore content of 60% by volume. The porous silicon dioxide layer is preferably applied by means of one of the methods described above.
Das optische Element mit einer Antireflexionsbeschichtung gemäß Tabelle 4 weist vier poröse Lagen aus Magnesiumfluorid auf, wobei die dem Substrat am nächsten gelegene poröse Lage den geringsten Porengehalt, nämlich von 20 Vol.-%, und damit auch den höchsten Brechungsindex der porösen Lagen aufweist, während die vom Substrat am weitesten entfernte Lage den höchsten Porengehalt, nämlich 50 Vol.-%, und damit den niedrigsten Brechungsindex aufweist. Zwischen diesen beiden porösen Lagen weisen die dazwischen liegenden Lagen einen ansteigenden Porengehalt bzw. abnehmenden Brechungsindex bei 193 nm auf. The optical element with an antireflection coating according to Table 4 has four porous layers of magnesium fluoride, wherein the porous layer closest to the substrate has the lowest void content, namely 20 vol .-%, and thus the highest refractive index of the porous layers during the layer furthest from the substrate has the highest pore content, namely 50% by volume, and thus the lowest refractive index. Between these two porous layers, the intermediate layers have an increasing pore content or decreasing refractive index at 193 nm.
Das optische Element mit einer Antireflexionsbeschichtung für 193 nm gemäß Tabelle 5 weist als vom Substrat am weitesten entfernte Lage des Teillagensystems aus nichtporösen Lagen eine Siliziumdioxidlage auf den darunter liegenden alternierenden Magnesiumfluorid- und Lanthanfluoridlagen auf. Daran schließen sich fünf poröse Siliziumdioxidlagen an, wobei der Porengehalt derart 20 von Vol.-% auf 60 Vol.-% zunimmt, dass der Porengehalt bei der am weitesten vom Substrat entfernten Lage am höchsten ist. The 193 nm antireflection coating optical element of Table 5 has a silicon dioxide layer on the underlying alternating magnesium fluoride and lanthanum fluoride layers as the outermost layer of the non-porous layer partial layer system. This is followed by five porous silica layers, with the pore content increasing from 50% by volume to 60% by volume such that the pore content is highest at the position farthest from the substrate.
Bei allen optischen Elementen gemäß Tabelle 2, Tabelle 3, Tabelle 4 und Tabelle 5 ist die optische Dicke des zweiten Teillagensystems aus porösen Lagen kleiner als die Hälfte der Wellenlänge 193 nm, für die das jeweilige optische Element ausgelegt ist. Außerdem sind die Brechungsindizes der Lagen des porösen Teillagensystems gleich oder kleiner als die Brechungsindizes der Lagen des Teillagensystems aus nicht porösen Lagen. For all optical elements according to Table 2, Table 3, Table 4 and Table 5, the optical thickness of the second partial system of porous layers is less than half the wavelength 193 nm, for which the respective optical element is designed. In addition, the refractive indices of the layers of the porous part-system are equal to or smaller than the refractive indices of the layers of the partial-layer system of non-porous layers.
Optische Elemente für einen Wellenlängenbereich von 200 nm bis 380 nm Optical elements for a wavelength range from 200 nm to 380 nm
Der Wellenlängenbereich von 200 nm bis 380 nm umfasst im wesentlichen den ultravioletten Wellenlängenbereich, insbesondere die Bereiche der UV-A, UV-B und UV-C Strahlung. Über den Wellenlängenbereich von 200 nm bis 400 nm wurde die Reflexion an optischen Elementen mit unterschiedlichen Antireflexionsbeschichtungen für unpolarisierte Strahlung bei Einfallswinkeln von 0°, 20°, 40° und 50°, gemessen zur Flächennormalen, untersucht. The wavelength range from 200 nm to 380 nm essentially comprises the ultraviolet wavelength range, in particular the ranges of the UV-A, UV-B and UV-C radiation. Over the wavelength range from 200 nm to 400 nm, the reflection on optical elements with different antireflection coatings for unpolarized radiation at angles of incidence of 0 °, 20 °, 40 ° and 50 °, measured to the surface normal, was investigated.
In
Für Einfallswinkel von 0° und 20° liegt die Reflexion im genannten Wellenlängenbereich zwischen ca. 0,5% und ca. 2,5%. Bei einem Einfallswinkel von 40° liegt die Reflexion bereits ab 250 nm über 1,5% und steigt bis auf über 4% zum langwelligen Ende des Wellenlängenbereichs an. Für einen Einfallswinkel von 50° liegt die Reflexion über dem gesamten Wellenlängenbereich von 200nm bis 400 nm über 1,5% und übersteigt bereits ab 350 nm die 4%. For angles of incidence of 0 ° and 20 °, the reflection in the stated wavelength range is between about 0.5% and about 2.5%. At an angle of incidence of 40 °, the reflection is already above 250% above 1.5% and increases to over 4% to the long-wave end of the wavelength range. For an incidence angle of 50 °, the reflection over the entire wavelength range of 200 nm to 400 nm is more than 1.5% and already exceeds 4% from 350 nm.
Im Gegensatz dazu ist in den
Beim optische Element gemäß Tabelle 7 ist auf einem Teillagensystem aus nichtporösen Lagen aus den Materialien Magnesiumfluorid und Aluminiumoxid wie im Vergleichsbeispiel eine zum umgebenden Medium hin abschließende Lage aus porösem Magnesiumfluorid aufgebracht, die einen Porengehalt von 50 Vol.-% aufweist. Die poröse Magnesiumfluoridlage wird bevorzugt mittels einem der zuvor beschriebenen Verfahren aufgebracht. Verglichen mit der Reflexion des aus dem Stand der Technik bekannten optischen Elementes (siehe
Dieser Effekt, dass die Reflexion über den gesamten Wellenlängenbereich von 200 nm bis 400 nm auch für große Einfallswinkel deutlich geringer ist als beim in
Das optische Element mit einer Antireflexionsbeschichtung gemäß Tabelle 8 weist eine poröse Schicht aus Siliziumdioxid mit einem Porengehalt von 50 Vol.-% auf. Auch die poröse Siliziumdioxidschicht wird bevorzugt mittels einem der zuvor beschriebenen Verfahren aufgebracht. Das optische Element mit einer Antireflexionsbeschichtung gemäß Tabelle 9 weist vier poröse Lagen aus Magnesiumfluorid auf, wobei die dem Substrat am nächsten gelegene poröse Lage den geringsten Porengehalt, nämlich von 20 Vol.-%, und damit auch den höchsten Brechungsindex der porösen Lagen aufweist, während die vom Substrat am weitesten entfernte Lage den höchsten Porengehalt, nämlich 50 Vol.-%, und damit den niedrigsten Brechungsindex aufweist. Zwischen diesen beiden porösen Lagen weisen die dazwischen liegenden Lagen ansteigenden Porengehalt bzw. abnehmenden Brechungsindex bei der mittleren Wellenlänge von 290 nm auf. Das optische Element gemäß Tabelle 10 weist als vom Substrat am weitesten entfernte Lage des Teillagensystems aus nichtporösen Lagen eine Siliziumdioxidlage auf den darunter liegenden alternierenden Magnesiumfluorid- und Aluminiumoxidlagen auf. Daran schließen sich fünf poröse Siliziumdioxidlagen an, wobei der Porengehalt von 20 Vol.-% bis auf 60 Vol.-% bei der vom Substrat am weitesten entfernten porösen Siliziumdioxidlage zunimmt. The optical element with an antireflection coating according to Table 8 has a porous layer of silicon dioxide with a pore content of 50% by volume. The porous silicon dioxide layer is preferably applied by means of one of the methods described above. The optical element with an antireflection coating according to Table 9 has four porous layers of magnesium fluoride, wherein the porous layer closest to the substrate has the lowest void content, namely 20 vol.%, And thus also the highest refractive index of the porous layers the layer furthest from the substrate has the highest pore content, namely 50% by volume, and thus the lowest refractive index. Between these two porous layers, the intervening layers have increasing pore content or decreasing refractive index at the central wavelength of 290 nm. The optical element according to Table 10 has a silicon dioxide layer on the underlying alternating magnesium fluoride and aluminum oxide layers as the substrate of the non-porous layers located farthest from the substrate. This is followed by five porous silica layers, the pore content increasing from 20% by volume to 60% by volume at the porous silicon dioxide layer farthest from the substrate.
Bei allen optischen Elemente, die gemäß Tabelle 7, Tabelle 8, Tabelle 9 und Tabelle 10 für eine Wellenlänge im ultravioletten Wellenlängenbereich ausgelegt sind, ist die optische Dicke des zweiten Teillagensystems aus porösen Lagen kleiner als die Hälfte der mittleren Wellenlänge 290 nm. Außerdem sind die Brechungsindizes der Lagen des porösen Teillagensystems gleich oder kleiner als die Brechungsindizes der Lagen des Teillagensystems aus nicht porösen Lagen. For all optical elements designed according to Table 7, Table 8, Table 9 and Table 10 for a wavelength in the ultraviolet wavelength range, the optical thickness of the second partial system of porous layers is less than half of the central wavelength 290 nm Refractive indices of the layers of the porous partial system equal to or less than the refractive indices of the layers of the partial system of non-porous layers.
Optische Elemente für einen Wellenlängenbereich von 380 nm bis 750 nm Optical elements for a wavelength range from 380 nm to 750 nm
Der Wellenlängenbereich von 380 nm bis 750 nm umfasst im wesentlichen den sichtbaren Wellenlängenbereich. Über den Wellenlängenbereich von 350 nm bis 800 nm wurde die Reflexion an optischen Elementen mit unterschiedlichen Antireflexionsbeschichtungen für unpolarisierte Strahlung bei Einfallswinkeln von 0°, 20°, 40° und 50°, gemessen zur Flächennormalen untersucht. The wavelength range from 380 nm to 750 nm essentially covers the visible wavelength range. Over the wavelength range of 350 nm to 800 nm, the reflection on optical elements with different antireflection coatings for unpolarized radiation was examined at incident angles of 0 °, 20 °, 40 ° and 50 °, measured to the surface normal.
In
Für Einfallswinkel von 0° und 20° schwankt die Reflexion im Wellenlängenbereich von 380 nm bis 750 nm im Wesentlichen zwischen unter ca. 0,1% und unter ca. 0,4%. Für Einfallswinkel von 40° schwankt die Reflexion im Wellenlängenbereich von 380 nm bis 750 nm im Wesentlichen zwischen ca. 0,3% und etwas über ca. 1,0%. Für Einfallswinkel von 50° liegt die Reflexion über dem gesamten Wellenlängenbereich von 380 nm bis 750 nm im Wesentlichen über 1%. For angles of incidence of 0 ° and 20 °, the reflection in the wavelength range from 380 nm to 750 nm substantially varies between below about 0.1% and below about 0.4%. For angles of incidence of 40 °, the reflection in the wavelength range from 380 nm to 750 nm varies substantially between approximately 0.3% and slightly above approximately 1.0%. For angles of incidence of 50 °, the reflection over the entire wavelength range from 380 nm to 750 nm is substantially more than 1%.
Im Gegensatz dazu ist in den
Beim optischen Element gemäß Tabelle 12 ist auf einem Teillagensystem aus nichtporösen Lagen aus den Materialien Nioboxid und Siliziumdioxid wie im Vergleichsbeispiel eine zum umgebenden Medium hin abschließende Lage aus porösem Magnesiumfluorid aufgebracht, die einen Porengehalt von 50 Vol.-% aufweist. Die poröse Magnesiumfluoridlage wird bevorzugt mittels einem der zuvor beschriebenen Verfahren aufgebracht. Verglichen mit der Reflexion des aus dem Stand der Technik bekannten optischen Elementes (siehe
Dieser Effekt, dass die Reflexion über den gesamten Wellenlängenbereich von 380 nm bis 750 nm auch für große Einfallswinkel deutlich geringer ist als beim in
Das optische Element mit einer Antireflexionsbeschichtung gemäß Tabelle 13 weist eine poröse Schicht aus Siliziumdioxid mit einem Porengehalt von 50 Vol.-% auf. Auch die poröse Siliziumdioxidschicht wird bevorzugt mittels einem der zuvor beschriebenen Verfahren aufgebracht. Das optische Element mit einer Antireflexionsbeschichtung gemäß Tabelle 14 weist auf einer das nichtporöse Teillagensystem abschließenden nichtporösen Magnesiumfluoridlage vier poröse Lagen aus Magnesiumfluorid auf, wobei die dem Substrat nächst gelegene poröse Lage den geringsten Porengehalt, nämlich von 20 Vol.-%, und damit auch den höchsten Brechungsindex der porösen Lagen aufweist, während die vom Substrat am weitesten entfernte Lage den höchsten Porengehalt, nämlich 50 Vol.-%, und damit den niedrigsten Brechungsindex aufweist. Zwischen diesen beiden porösen Lagen weisen die dazwischen liegenden Lagen ansteigenden Porengehalt bzw. abnehmenden Brechungsindex bei der mittleren Wellenlänge von 565 nm auf. Das optische Element gemäß Tabelle 15 weist als vom Substrat am weitesten entfernte Lage des Teillagensystems aus nichtporösen Lagen eine Siliziumdioxidlage auf den alternierenden Nioboxid- und Siliziumdioxidlagen auf. Daran schließen sich fünf poröse Siliziumdioxidlagen an, wobei der Porengehalt von 20 Vol.-% auf 60 Vol.-% bei der vom Substrat am weitesten entfernten porösen Siliziumdioxidlage zunimmt. The optical element with an antireflection coating according to Table 13 has a porous layer of silicon dioxide with a pore content of 50% by volume. The porous silicon dioxide layer is preferably applied by means of one of the methods described above. The optical element with an antireflection coating according to Table 14 has four porous layers of magnesium fluoride on a porous non-porous part of the non-porous magnesium fluoride layer, wherein the porous layer closest to the substrate, the lowest void content, namely 20 vol .-%, and thus the highest Refractive index of the porous layers, while the most distant from the substrate layer has the highest pore content, namely 50 vol .-%, and thus the lowest refractive index. Between these two porous layers, the intervening layers have increasing pore content or decreasing refractive index at the center wavelength of 565 nm. The optical element according to Table 15 has a silicon dioxide layer on the alternating niobium oxide and silicon dioxide layers as the layer of non-porous layers which is furthest from the substrate of the partial layer system. This is followed by five porous silica layers, with the void content increasing from 20% by volume to 60% by volume at the porous silicon dioxide layer farthest from the substrate.
Bei allen optischen Elemente, die gemäß Tabelle 12, Tabelle 13, Tabelle 14 und Tabelle 15 für den sichtbaren Wellenlängenbereich ausgelegt sind, ist die optische Dicke des zweiten Teillagensystems aus porösen Lagen kleiner als die Hälfte der mittleren Wellenlänge 565 nm. Außerdem sind die Brechungsindizes der Lagen des porösen Teillagensystems kleiner als die Brechungsindizes der Lagen des Teillagensystems aus nicht porösen Lagen. For all optical elements designed according to Table 12, Table 13, Table 14 and Table 15 for the visible wavelength range, the optical thickness of the second partial system of porous layers is less than half of the mean wavelength 565 nm. In addition, the refractive indices the layers of the porous part-system less than the refractive indices of the layers of the part-system of non-porous layers.
In
Optische Elemente für einen Wellenlängenbereich von 750 nm bis 1400 nm Optical elements for a wavelength range from 750 nm to 1400 nm
Der Wellenlängenbereich von 750 nm bis 1400 nm umfasst im Wesentlichen den nahinfraroten Wellenlängenbereich. Über den Wellenlängenbereich von 700 nm bis 1500 nm wurde die Reflexion an optischen Elementen mit unterschiedlichen Antireflexionsbeschichtungen für unpolarisierte Strahlung bei Einfallswinkeln von 0°, 20°, 40° und 50°, gemessen zur Flächennormalen untersucht. The wavelength range from 750 nm to 1400 nm essentially encompasses the near-infrared wavelength range. Over the wavelength range of 700 nm to 1500 nm, the reflection on optical elements with different antireflection coatings for unpolarized radiation was examined at incident angles of 0 °, 20 °, 40 ° and 50 °, measured to the surface normal.
In
Für Einfallswinkel von 0° und 20° schwankt die Reflexion im Wellenlängenbereich von 750 nm bis 1400 nm im Wesentlichen zwischen ca. 0,2% und ca. 0,5%. Für Einfallswinkel von 40° schwankt die Reflexion im Wellenlängenbereich von 750 nm bis 1400 nm über weite Bereiche zwischen ca. 0,6% und ca. 1,0%. Für Einfallswinkel von 50° liegt die Reflexion über dem gesamten Wellenlängenbereich von 750 nm bis 1400 nm über weite Bereiche über 1,5%. For angles of incidence of 0 ° and 20 °, the reflection in the wavelength range of 750 nm to 1400 nm substantially varies between about 0.2% and about 0.5%. For angles of incidence of 40 °, the reflection in the wavelength range from 750 nm to 1400 nm varies over wide ranges between about 0.6% and about 1.0%. For angles of incidence of 50 °, the reflection over the entire wavelength range from 750 nm to 1400 nm over wide ranges is above 1.5%.
Im Gegensatz dazu ist in den
Beim optische Element gemäß Tabelle 18 ist auf einem Teillagensystem aus nichtporösen Lagen aus den Materialien Tantaloxid und Siliziumdioxid wie im Vergleichsbeispiel eine zum umgebenden Medium hin abschließende Lage aus porösem Magnesiumfluorid aufgebracht, die einen Porengehalt von 50 Vol.-% aufweist. Die poröse Magnesiumfluoridlage wird bevorzugt mittels einem der zuvor beschriebenen Verfahren aufgebracht. Verglichen mit der Reflexion des aus dem Stand der Technik bekannten optischen Elementes (siehe
Dieser Effekt, dass die Reflexion über den gesamten Wellenlängenbereich von 750 nm bis 1400 nm auch für große Einfallswinkel deutlich geringer ist als beim in
Das optische Element mit einer Antireflexionsbeschichtung gemäß Tabelle 19 weist eine poröse Schicht aus Siliziumdioxid mit einem Porengehalt von 50 Vol.-% auf. Auch die poröse Siliziumdioxidschicht wird bevorzugt mittels einem der zuvor beschriebenen Verfahren aufgebracht. Das optische Element mit einer Antireflexionsbeschichtung gemäß Tabelle 20 weist auf einer das nichtporöse Teillagensystem abschließenden nichtporösen Magnesiumfluoridlage vier poröse Lagen aus Magnesiumfluorid auf, wobei die dem Substrat am nächsten gelegene poröse Lage den geringsten Porengehalt, nämlich von 20 Vol.-%, und damit auch den höchsten Brechungsindex der porösen Lagen aufweist, während die vom Substrat am weitesten entfernte Lage den höchsten Porengehalt, nämlich 50 Vol.-%, und damit den niedrigsten Brechungsindex aufweist. Zwischen diesen beiden porösen Lagen weisen die dazwischen liegenden Lagen ansteigenden Porengehalt bzw. abnehmenden Brechungsindex bei der mittleren Wellenlänge von 1100 nm auf. Das optische Element gemäß Tabelle 21 weist als vom Substrat am weitesten entfernte Lage des Teillagensystems aus nichtporösen Lagen eine Siliziumdioxidlage auf den alternierenden Tantaloxid- und Siliziumdioxidlagen auf. Daran schließen sich fünf poröse Siliziumdioxidlagen an, wobei der Porengehalt von 20 Vol.-% bis auf 60 Vol.-% bei der vom Substrat am weitesten entfernten porösen Siliziumdioxidlage zunimmt. The optical element with an antireflection coating according to Table 19 has a porous layer of silicon dioxide with a void content of 50% by volume. The porous silicon dioxide layer is preferably applied by means of one of the methods described above. The optical element with an antireflection coating according to Table 20 has four porous layers of magnesium fluoride on a nonporous magnesium fluoride layer which terminates the non-porous part-layer system The closest porous layer has the lowest void content, namely 20 vol.%, and thus also the highest refractive index of the porous layers, while the layer furthest from the substrate has the highest void content, namely 50 vol.%, and thus the having the lowest refractive index. Between these two porous layers, the intervening layers have increasing pore content or decreasing refractive index at the central wavelength of 1100 nm. The optical element shown in Table 21 has a silicon dioxide layer on the alternating tantalum oxide and silicon dioxide layers as the substrate of the non-porous layers that is farthest from the substrate. This is followed by five porous silica layers, the pore content increasing from 20% by volume to 60% by volume at the porous silicon dioxide layer farthest from the substrate.
Bei allen optischen Elemente, die gemäß Tabelle 18, Tabelle 19, Tabelle 20 und Tabelle 21 für eine Wellenlänge im nahinfraroten Wellenlängenbereich ausgelegt sind, ist die optische Dicke des zweiten Teillagensystems aus porösen Lagen kleiner als die Hälfte der mittleren Wellenlänge 1100 nm. Außerdem sind die Brechungsindizes der Lagen des porösen Teillagensystems kleiner als die Brechungsindizes der Lagen des Teillagensystems aus nicht porösen Lagen. For all optical elements designed according to Table 18, Table 19, Table 20 and Table 21 for a wavelength in the near infrared wavelength range, the optical thickness of the second partial system of porous layers is less than half of the
Optische Elemente für einen Wellenlängenbereich von 250 nm bis 500 nm Der Wellenlängenbereich von 250 nm bis 500 nm umfasst im Wesentlichen den ultravioletten und sichtbaren Wellenlängenbereich, wobei die Spektralbereiche UV-C und VIS teilweise und die Spektralbereiche UV-A und UV-B ganz erfasst sind. Über den Wellenlängenbereich von 240 nm bis 550 nm wurde die Reflexion an optischen Elementen mit unterschiedlichen Antireflexionsbeschichtungen für unpolarisierte Strahlung bei Einfallswinkeln von 0°, 20°, 40° und 50°, gemessen zur Flächennormalen untersucht. Optical elements for a wavelength range from 250 nm to 500 nm The wavelength range from 250 nm to 500 nm essentially covers the ultraviolet and visible wavelength ranges, the spectral ranges UV-C and VIS being partially covered and the spectral ranges UV-A and UV-B being completely covered , Over the wavelength range from 240 nm to 550 nm, the reflection on optical elements with different antireflection coatings for unpolarized radiation was examined at incident angles of 0 °, 20 °, 40 ° and 50 °, measured to the surface normal.
In
Für Einfallswinkel von 0° und 20° schwankt die Reflexion im Wellenlängenbereich von 250 nm bis 500 nm im Wesentlichen zwischen unter ca. 0,2% und ca. 0,6%. Für Einfallswinkel von 40° schwankt die Reflexion im Wellenlängenbereich von 250 nm bis 500 nm über weite Bereiche zwischen ca. 0,4% und ca. 1,2%. Für Einfallswinkel von 50° schwankt die Reflexion über dem gesamten Wellenlängenbereich von 250 nm bis 500 nm über weite Bereiche zwischen ca. 1% und ca. 2%. For angles of incidence of 0 ° and 20 °, the reflection in the wavelength range from 250 nm to 500 nm substantially varies between below about 0.2% and about 0.6%. For incidence angles of 40 °, the reflection in the wavelength range from 250 nm to 500 nm varies over wide ranges between about 0.4% and about 1.2%. For angles of incidence of 50 °, the reflection over the entire wavelength range from 250 nm to 500 nm varies over wide ranges between approximately 1% and approximately 2%.
Im Gegensatz dazu ist in den
Beim optische Element gemäß Tabelle 23 ist auf einem Teillagensystem aus nichtporösen Lagen aus den Materialien Scandiumoxid und Aluminiumoxid eine zum umgebenden Medium hin abschließende Lage aus porösem Magnesiumfluorid aufgebracht, die einen Porengehalt von 50 Vol.-% aufweist. Die poröse Magnesiumfluoridlage wird bevorzugt mittels einem der zuvor beschriebenen Verfahren aufgebracht. Verglichen mit der Reflexion des aus dem Stand der Technik bekannten optischen Elementes (siehe
Dieser Effekt, dass die Reflexion über den gesamten Wellenlängenbereich von 250 nm bis 500 nm auch für große Einfallswinkel deutlich geringer ist als beim in
Das optische Element mit einer Antireflexionsbeschichtung gemäß Tabelle 24 weist eine poröse Schicht aus Siliziumdioxid mit einem Porengehalt von 60 Vol.-% auf. Auch die poröse Siliziumdioxidschicht wird bevorzugt mittels einem der zuvor beschriebenen Verfahren aufgebracht. Das optische Element mit einer Antireflexionsbeschichtung gemäß Tabelle 25 weist auf einer das nichtporöse Teillagensystem abschließenden nichtporösen Magnesiumfluoridlage vier poröse Lagen aus Magnesiumfluorid auf, wobei die dem Substrat am nächsten gelegene poröse Lage den geringsten Porengehalt, nämlich von 20 Vol.-%, und damit auch den höchsten Brechungsindex der porösen Lagen aufweist, während die vom Substrat am weitesten entfernte Lage den höchsten Porengehalt, nämlich 50 Vol.-%, und damit den niedrigsten Brechungsindex aufweist. Zwischen diesen beiden porösen Lagen weisen die dazwischen liegenden Lagen ansteigenden Porengehalt bzw. abnehmenden Brechungsindex bei der mittleren Wellenlänge von 375 nm auf. Das optische Element gemäß Tabelle 26 weist als vom Substrat am weitesten entfernte Lage des Teillagensystems aus nichtporösen Lagen eine Siliziumdioxidlage auf den alternierenden Scandiumoxid- und Aluminiumoxidlagen auf. Daran schließen sich fünf poröse Siliziumdioxidlagen an, wobei der Porengehalt von 20 Vol.-% bis auf 60 Vol.-% bei der vom Substrat am weitesten entfernten porösen Siliziumdioxidlage zunimmt. The optical element with an antireflection coating according to Table 24 has a porous layer of silicon dioxide with a pore content of 60% by volume. The porous silicon dioxide layer is preferably applied by means of one of the methods described above. The optical element with an antireflection coating according to Table 25 has four porous layers of magnesium fluoride on a porous non-porous part of the non-porous magnesium fluoride layer, wherein the porous layer closest to the substrate, the lowest void content, namely 20 vol .-%, and thus the has the highest refractive index of the porous layers, while the most distant from the substrate layer has the highest pore content, namely 50 vol .-%, and thus the lowest refractive index. Between these two porous layers, the intervening layers have increasing pore content or decreasing refractive index at the central wavelength of 375 nm. The optical element according to Table 26 has as the substrate from the substrate furthest away position of the non-porous layers of partial layer system on a Siliziumdioxidlage on the alternating scandium oxide and alumina layers. This is followed by five porous silica layers, the pore content increasing from 20% by volume to 60% by volume at the porous silicon dioxide layer farthest from the substrate.
Bei allen optischen Elemente, die gemäß Tabelle 23, Tabelle 24, Tabelle 25 und Tabelle 26 für eine Wellenlänge im ultravioletten bis sichtbaren Wellenlängenbereich ausgelegt sind, ist die optische Dicke des zweiten Teillagensystems aus porösen Lagen kleiner als die Hälfte der mittleren Wellenlänge 375 nm. Außerdem sind die Brechungsindizes der Lagen des porösen Teillagensystems kleiner als die Brechungsindizes der Lagen des Teillagensystems aus nicht porösen Lagen. Alle Ausführungsbeispiele gemäß Tabelle 23, Tabelle 24, Tabelle 25 und Tabelle 26 haben eine Gesamtdicke, die mit weniger als 250 nm deutlich unter der Gesamtschichtdicke von 360 nm der herkömmlichen Antireflexionsbeschichtung gemäß Tabelle 22 liegt. Zudem ist bei allen Ausführungsbeispielen gemäß den Tabellen 23 bis 26 der Anteil der Scandiumoxidlagen nur halb so groß wie beim Vergleichsbeispiel gemäß Tabelle 22. Dies hat den Vorteil, Antireflexionsbeschichtungen mit deutlich verminderter Absorption zu erlauben. For all optical elements designed to have a wavelength in the ultraviolet to visible wavelength range according to Table 23, Table 24, Table 25, and Table 26, the optical thickness of the second partial system of porous layers is less than half the mean wavelength of 375 nm For example, the refractive indices of the layers of the porous part-system are smaller than the refractive indices of the layers of the part-system of non-porous layers. All embodiments according to Table 23, Table 24, Table 25 and Table 26 have a total thickness of less than 250 nm, well below the total layer thickness of 360 nm of the conventional antireflection coating according to Table 22. In addition, in all embodiments according to Tables 23 to 26, the proportion of scandium oxide layers is only half as large as in the comparative example according to Table 22. This has the advantage of allowing antireflection coatings with significantly reduced absorption.
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- WO 2008/148462 A1 [0003] WO 2008/148462 A1 [0003]
- US 6825976 B2 [0045] US 6825976 B2 [0045]
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102016100914A1 (en) * | 2016-01-20 | 2017-07-20 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Method for producing a porous refractive index gradient layer |
DE102016100907A1 (en) * | 2016-01-20 | 2017-07-20 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Process for producing a reflection-reducing layer system and reflection-reducing layer system |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06167601A (en) * | 1992-11-30 | 1994-06-14 | Canon Inc | Production of porous antireflection film |
US6805903B2 (en) * | 2000-08-29 | 2004-10-19 | Japan Science And Technology Corporation | Method of forming optical thin film |
US6825976B2 (en) | 2001-01-05 | 2004-11-30 | Carl Zeiss Smt Ag | Antireflection coating for ultraviolet light |
WO2008148462A1 (en) | 2007-06-05 | 2008-12-11 | Carl Zeiss Smt Ag | Methods for producing an antireflection surface on an optical element, optical element and associated optical arrangement |
JP2009098305A (en) * | 2007-10-15 | 2009-05-07 | Hoya Corp | Method for forming optical coating and optical element having such coating |
US20100027123A1 (en) * | 2008-07-31 | 2010-02-04 | Keio University | Anti-reflection coating, optical member comprising it, and exchange lens unit and imaging device comprising such optical member |
-
2011
- 2011-10-12 DE DE201110054427 patent/DE102011054427A1/en not_active Ceased
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06167601A (en) * | 1992-11-30 | 1994-06-14 | Canon Inc | Production of porous antireflection film |
US6805903B2 (en) * | 2000-08-29 | 2004-10-19 | Japan Science And Technology Corporation | Method of forming optical thin film |
US6825976B2 (en) | 2001-01-05 | 2004-11-30 | Carl Zeiss Smt Ag | Antireflection coating for ultraviolet light |
WO2008148462A1 (en) | 2007-06-05 | 2008-12-11 | Carl Zeiss Smt Ag | Methods for producing an antireflection surface on an optical element, optical element and associated optical arrangement |
JP2009098305A (en) * | 2007-10-15 | 2009-05-07 | Hoya Corp | Method for forming optical coating and optical element having such coating |
US20100027123A1 (en) * | 2008-07-31 | 2010-02-04 | Keio University | Anti-reflection coating, optical member comprising it, and exchange lens unit and imaging device comprising such optical member |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102016100914A1 (en) * | 2016-01-20 | 2017-07-20 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Method for producing a porous refractive index gradient layer |
DE102016100907A1 (en) * | 2016-01-20 | 2017-07-20 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Process for producing a reflection-reducing layer system and reflection-reducing layer system |
DE102016100914B4 (en) | 2016-01-20 | 2019-07-04 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Method for producing a porous refractive index gradient layer |
DE102016100907B4 (en) | 2016-01-20 | 2019-07-18 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Method for producing a reflection-reducing layer system |
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