EP2758826A1 - Optisches bauelement für den ir-bereich mit spannungskompensierter beschichtung - Google Patents

Optisches bauelement für den ir-bereich mit spannungskompensierter beschichtung

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Publication number
EP2758826A1
EP2758826A1 EP12784422.3A EP12784422A EP2758826A1 EP 2758826 A1 EP2758826 A1 EP 2758826A1 EP 12784422 A EP12784422 A EP 12784422A EP 2758826 A1 EP2758826 A1 EP 2758826A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layers
optical component
layer
refractive
refractive index
Prior art date
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Ceased
Application number
EP12784422.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dieter Fasold
Elvira Gittler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jenoptik Optical Systems GmbH
Original Assignee
Jenoptik Optical Systems GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Jenoptik Optical Systems GmbH filed Critical Jenoptik Optical Systems GmbH
Publication of EP2758826A1 publication Critical patent/EP2758826A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/208—Filters for use with infrared or ultraviolet radiation, e.g. for separating visible light from infrared and/or ultraviolet radiation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0012—Optical design, e.g. procedures, algorithms, optimisation routines
    • G—PHYSICS
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    • G02B5/0816—Multilayer mirrors, i.e. having two or more reflecting layers
    • G02B5/085—Multilayer mirrors, i.e. having two or more reflecting layers at least one of the reflecting layers comprising metal
    • G02B5/0875—Multilayer mirrors, i.e. having two or more reflecting layers at least one of the reflecting layers comprising metal the reflecting layers comprising two or more metallic layers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/08—Mirrors
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation

Definitions

  • the invention relates to an optical component for the IR region with stress-compensated coating, as is known generically from DE 101 34 157 A1.
  • optical components In many applications of optical components is increasingly the need to arrange these devices always space-saving and the components, and their possibly existing coatings, to be able to produce more cost effective and from a few individual components.
  • Such optical components can be used as so-called Fabry-Perot interferometers. These include in their basic structure at least two spaced-apart mirror layers, which are separated by a space referred to as a resonator. Controlled variability of the size of the resonator, and hence its optical thickness, allows for tunability of the Fabry-Perot interferometer.
  • two mirror structures are present, the distance of which defines a resonator of a Fabry-Perot interferometer.
  • At least one of the mirror structures includes a movable membrane through which electrostatic forces can act on the mirror structure, whereby the distance between the two mirror structures is adjustable.
  • the document EP 1 882 917 A1 describes a tunable dual-band Fabry-Perot filter on the basis of a Fabry-Perot interferometer, which is used in IR measurement technology and the two atmospheric windows (3 to 5 and 8 to 12 ⁇ ).
  • the filter consists essentially of stacks of layers over a silicon substrate. The layers are alternately low refractive (refractive indices 1, 2 to 2.5) and high refractive index (3 to 5.9). Each stack has at least five low and high refractive layers each. In each case a stack is arranged on a respective reflector carrier, wherein the reflector carrier separated by a resonator are whose optical thickness adjustable and the Fabry-Perot filter is tunable thereby.
  • the resonator can also be realized by one or more optical layers, as is known from document US 4,756,602 A.
  • the optical thickness of the resonator before the production of the layers can be selected, but after a completion of the filter no longer ver S- or even tunable.
  • interferometers and filters are often mounted on silicon or germanium wafers using MEMS (microelectromechanical systems) or wafer level packaging technologies.
  • MEMS microelectromechanical systems
  • wafer level packaging technologies In the case of very thin layers and thin wafers, there is the problem of designing the coatings with low stress. A compensation of occurring voltages is required especially for very high demands on the surfaces (flatness) of the optical components and their coatings, as has hitherto been the case in applications in the X-ray region and lithography (EUV).
  • EUV X-ray region and lithography
  • Dual-band reflectors are to be developed, each of which has a predefined and two spectral ranges in two separate, defined spectral ranges (eg in the mid-wave infrared, MWIR or in the LWIR, long-wave infrared) have mutually different reflectivity, the construction of such optical components low-refractive and high-refractive dielectric layers are stacked alternately in a layer sequence, the differences of the refractive indices of the layers are chosen to be as large as possible to keep the total thickness of the layer sequence low. If a few layers are arranged in a layer sequence, then they have correspondingly large individual layer thicknesses.
  • JP 2006-281766 A for example, two layers are applied over a substrate, wherein the substrate and the first layer have a positive voltage coefficient, but the second layer has a negative voltage coefficient. With this solution, occurring thermal stresses are to be compensated.
  • the compensation layer may be disposed below, above or between the oxide layers. While the disclosure discloses a way to flexibly compensate for stress of a stack, it does not specify which optical effects the at least one alumina overcoating layer exhibits.
  • US Pat. No. 5,243,458 A discloses antireflection coatings with only four layers each, which are stacked over a substrate. Here are between layers of materials with tensile stresses, z. As germanium (Ge) or fluorides, a layer of zinc sulfide (ZnS) introduced. The ZnS layer has compressive stresses, whereby the tensile stresses in the layer sequence are largely compensated should. In addition, the ZnS layer acts adhesion-promoting between the germanium and the fluorides.
  • germanium germanium
  • ZnS zinc sulfide
  • the invention has for its object to propose an optical device with a stress-compensated coating and selected technical properties for use in the IR range.
  • a method for constructing an optical component should also be proposed, by means of which voltage-compensated coatings of the optical component can be constructed while simultaneously setting desired technical properties.
  • the object is achieved by a method for constructing an optical component for the IR range, which comprises the following steps:
  • the simulated optical component comprising a layer sequence of stacked layers having at least one low refractive index layer whose refractive index is in a range of 1.35 to 1.7, and a high refractive index layer Refractive index is in a range of 3 to 5,
  • the term of the construction is related to a creation of the optical device in virtual form.
  • the optical component during the implementation of the method according to the invention can be present as a data set and be represented, for example, in tabular form and / or as a schematic diagram.
  • Desired technical properties are to be understood in the widest sense as all properties of the optical component which are relevant to its function.
  • both optical and mechanical and / or chemical properties of the optical component can be technical properties.
  • the desired technical properties are given by the fact that at least two sections are realized by the optical component over a wavelength range of 0.8 to 16 micrometers, over which the optical component in each case a certain reflectivity in the range of 50 to 100%. It is very particularly preferred if each of the sections in the region of one of the two so-called atmospheric windows is in the range from 3 to 5 ⁇ m (MWIR) or in the range from 8 to 12 ⁇ m (LWIR).
  • the reflectivities of the sections can be freely selected.
  • the construction of the optical component by means of the method according to the invention makes it possible to adjust the reflectivities of the optical component in accordance with the selection made.
  • To simulate the simulated optical device may be any manual or computer-aided method for the design of an optical device with desired technical properties are used.
  • the simulation by means of a suitable simulation program, as they are known in the art.
  • the further simulation will be advantageously carried out using a simulation program.
  • the at least one inserted medium-refractive layer in the layer sequence must be taken into account.
  • a simulation and a further simulation preferably each include a substrate of the layer sequence.
  • the core of the method according to the invention is that a layer sequence (stack) of high- and low-refractive layers is designed, by which the desired technical properties of the optical component are effected and the layer sequence is subsequently modified so that occurring between and within the layers of the layer sequence voltages be reduced.
  • a layer sequence (stack) of high- and low-refractive layers is designed, by which the desired technical properties of the optical component are effected and the layer sequence is subsequently modified so that occurring between and within the layers of the layer sequence voltages be reduced.
  • mid-refractive layers are inserted into the designed layer sequence (compensation layer). These mid-refractive layers have also been found to be advantageous in that it achieves a very favorable adhesion mediation between high and low refractive index layers, respectively between the materials used for the high and low refractive index layers.
  • Essential to the invention is that at least one low-refractive layer is subdivided into partial layers. As a result, unfavorably large layer thicknesses are avoided and distributed over several partial layers of an originally simulated layer. As a result of this procedure, at least one medium refractive layer is arranged directly between low refractive sublayers which consist of the same material.
  • a layer is subdivided into at least three partial layers and a further high-refractive or low-refractive-index layer is inserted between two of the partial layers in addition to a medium-refractive layer.
  • the intermediate refractive layers (compensation layers) interposed between the partial layers are selected with layer thicknesses between 20 and 150 nm, preferably between 30 and 100 nm. It is advantageous if the layers are subdivided such that none of the sublayers has a layer thickness of, for example, 10 ⁇ m. B. more than 1500 nm.
  • step c) additionally at least one high-refractive-index layer of the simulated optical component is subdivided into at least two partial layers and a mid-refractive layer is inserted between at least two of the partial layers.
  • step d) only the layer thickness of the medium-refractive layer or of the medium-refractive layers is adapted.
  • the desired technical properties are then set while maintaining the simulated layer thicknesses of the low- and high-index layers of the simulated optical component and changing the layer thicknesses of the medium-refractive layers.
  • the low-refractive and high-index layers or only respectively the low-refractive or the high-index layers can be adapted in addition to the mid-refractive layers.
  • the subdivision of the low-refractive layer can virtually by z. B. by an operator of the simulation program.
  • the decisions made regarding type (eg number of sublayers, thickness or thickness ranges of one, several or all sublayers) and location (selection of the subdivisions to be subdivided in the stack) of the subdivisions can be used as a data record Simulation program are supplied.
  • some or all of the decisions on the type and location of the subdivisions, for example in the form of rules, can already be filed in advance as data records.
  • the subdivision of low-refractive layers - possibly also of high-index layers - and the insertion of medium-refractive layers can then be automated even taking into account the pre-stored records.
  • the method according to the invention can be used to produce an optical component.
  • the optical component is constructed as explained above and prepared on the basis of the results obtained in step e) and provided further simulation by means of suitable known methods.
  • an optical component for the IR range consisting of a substrate and a stack of stacked on the substrate optical layers, each with an individual layer thickness.
  • the stack has at least one low refractive index layer whose refractive index is in the range of 1.35 to 1.7, and a high refractive index layer whose refractive index is in the range of 3 to 5.
  • At least one low-index layer is subdivided into at least two partial layers. Between at least two of the sub-layers is a mid-refractive layer whose refractive index is in a range of 1.8 to 2.5 and whose stress coefficients have opposite signs to the stress coefficients of each low-refractive layer and each high-refractive layer.
  • a sequence of the layers of the stack is chosen such that in a wavelength range of 0.8 to 16 ⁇ over at least two sections of this wavelength range, the reflectivity of the coating selected and independent values in a range of 50 to 100% reflectivity.
  • the optical component can have, in addition to the intermediate refractive layer present between the two partial layers, further mid-refractive layers. These can be present between further partial layers, between low-refractive layers, between high-index layers or between low- and high-index layers.
  • At least two sections which have mutually independent reflectivities with values between 50 and 100% are produced by means of the optical component over the wavelength range 0.8 to 16 ⁇ m.
  • the structure of the optical component is selected so that over at least a portion of each atmospheric window (3 to 5 and 8 to 12 ⁇ ) at least a portion having a reflectivity between 50 and 100% is generated.
  • the at least two sections of the wavelength range may also be referred to as spectral wavelength bands or dual bands.
  • the layer thicknesses of each of the intermediate refractive layers (compensation layers) present in the stack and inserted between the partial layers are 20 to 150 nm, preferably 30 to 100 nm. It is further preferred that the percentage of the refractive layers at the total thickness of the stack to at least 20%, preferably to at least 25%.
  • the mid-refractive layers have stress coefficients whose signs are opposite to the stress coefficients of each low refractive index layer and each high refractive index layer.
  • the reflectivity can be selected by selecting the layer thickness of at least one of the existing medium-refractive layers. It is thus possible, while maintaining the number, the sequence, the layer thicknesses and the materials of the other layers of the stack, to adjust the reflectivity of an inventive optical component to be produced according to the requirements resulting from the intended use of the optical component, such that a given reflectivity of the optical component is feasible. It is to be understood by a setting that a stack is applied to a substrate, for. Example, by deposition by PVD or other known methods, and the adjustment of the reflectivity by the corresponding design of the at least one medium-breaking layer in the course of application takes place.
  • the optical component according to the invention has preferably been constructed by means of the method according to the invention.
  • the sequence, the layer thicknesses, the number and the materials of the further layers of the stack present in an optical component can also be selected and set such that the desired optical effects are achieved.
  • the reflectivity of the optical component to be produced is set in accordance with the requirements resulting from the intended use of the optical component.
  • the adjustability of the reflectivity is, subject to the presence of the sub-layers and the intermediate refractive layer therebetween, not to a particular design, so not to a particular sequence of layers, to the layer thicknesses, to the number or to the materials of the layers of the stack of bonded optical component according to the invention.
  • the stress coefficients of the mid-refractive layers are positive, that is to say compressive stresses are introduced into the stack by the material of the medium-refractive layers.
  • the material of the high-index layers is preferably selected separately for each of the high-index layers from a group comprising the elements germanium (Ge), silicon (Si), and the compounds lead telluride (PbTe) and cadmium telluride (CdTe).
  • the material of the refractive layers for each of the mid-refractive layers is separately selected from a group comprising the compounds Zinc sulfide (ZnS), zinc selenide (ZnSe), silicon oxide (SiO) and chalcogenides is selected.
  • the material of the low refractive index layers for each of the low refractive index layers is separately selected from a group comprising the compounds ytterbium fluoride (YbF 3 ), barium fluoride (BaF 2 ), magnesium fluoride (MgF 2 ) and calcium fluoride (CaF 2 ).
  • the material of the low-index layers may also be selected from oxides having refractive indices in the range of 1.35 to 1.7, for example SiO.
  • the material of the substrate is preferably selected from a group comprising the elements Ge, Si and the compounds chalcogenide glasses, ZnS, ZnSe, sapphire, quartz, quartz glass, CaF 2 and MgF 2 .
  • optical device according to the invention can be carried out by means of a suitable computer-aided simulation.
  • the optical component according to the invention may be a MEMS component. It is also possible to use it as a narrow-band filter as well as a single-band, dual-band or multi-band mirror. When used as a single-band filter only one band is used, even if the optical component according to the invention has a plurality of bands.
  • the pictures show: a schematic representation of a first embodiment of the optical component according to the invention; the functional relationship between the reflectivity and the
  • Wavelength at the first execution a schematic representation of a second embodiment of the optical component according to the invention; the functional relationship between the reflectivity and the
  • Wavelength in the second embodiment a schematic representation of a third embodiment of the optical component according to the invention; the functional relationship between the reflectivity and the
  • Wavelength in the third embodiment a schematic representation of a fourth embodiment of the optical component according to the invention; the functional relationship between the reflectivity and the
  • Wavelength in the fourth embodiment a schematic representation of a fifth embodiment of the optical component according to the invention; the functional relationship between the reflectivity and the wavelength in the fifth embodiment; a schematic representation of a sixth embodiment of the optical component according to the invention; Fig. 12 shows the functional relationship between the reflectivity and the wavelength in the sixth embodiment;
  • FIG. 13 shows a schematic illustration of a seventh embodiment of the optical component according to the invention.
  • Fig. 14 shows the functional relationship between the reflectivity
  • three layers of medium-refractive layers M1 to M3 are made of ZnS (zinc sulfide) and have individual layer thicknesses of 30 nm, 30 nm and 665 nm; three layers of high refractive index layers are H1 to H3, consist of Ge (germanium) and have individual layer thicknesses of 698 nm, 685 nm and 505 nm. Between the layers L1 and L2, the mid-refractive layer M2 is present. The sequence of the layers of the stack 2 over the substrate 3 can be seen in FIG.
  • the medium-refractive layers M1 to M3 have compressive stresses, the low-refractive-index layers L1 and L2 and the high-index layers H1 to H3 have tensile stresses.
  • the optical component 1 according to the first embodiment has, as shown schematically in Fig. 2, in a wavelength range of a first atmospheric window (3 to 5 ⁇ ) of about 3.3 to 4.8 ⁇ and in a wavelength range of a second atmospheric window ( 8 to 12 ⁇ ) of about 6.4 to 12.75 ⁇ a reflectivity of more than 50%, wherein in a wavelength range of about 3.75 to 4.25 ⁇ and in a wavelength range of about 7.25 to 9, 75 a reflectivity of more than 90% is present.
  • the maximum values of the reflectivity of 92% each are achieved in the wavelength ranges from 3.8 to 4.2 ⁇ m and 7.5 to 9.3 ⁇ m.
  • the optical component 1 has, as schematically shown in Fig. 4, in a wavelength range of a first atmospheric window (3 to 5 ⁇ ) of about 3.0 to 4.1 ⁇ and in a wavelength range of a second atmospheric window ( 8 to 12 ⁇ ) of about 7.1 to at least 14 ⁇ a reflectivity of more than 50%, wherein in a wavelength range of about 3.0 to 3.8 ⁇ and in a wavelength range of about 7.6 to 13 ⁇ a Reflectivity of at least 90%.
  • the maximum values of the reflectivity are achieved in the wavelength ranges from 3.0 to 3.8 ⁇ (90%) and 8.0 to 12.0 ⁇ (94%).
  • a stack 2 of nineteen layers, of which two layers are low-refractive-index layers L1, L2, consist of YbF 3 and individual layer thicknesses of 1370 nm are stacked on a substrate 3, here of CaF 2 (calcium fluoride) and 399 nm; nine layers of medium-refractive layers M1 to M9 are made of ZnS and have individual layer thicknesses of 31 to 835 nm; eight layers of high refractive index layers H1 to H8 are composed of Ge and have individual layer thicknesses of 44 to 651 nm. Between the layers L1 and L2, the mid-refractive layer M2 is present. The sequence of the layers of the stack 2 over the substrate 3 is shown in FIG. 5. The mid-refractive layers M1 to M9 have compressive stresses, the low refractive index layers L1 and L2 and the high refractive index layers H1 to H8 have tensile stresses.
  • the optical component 1 has, as shown schematically in FIG. 6, in a wavelength range of a first atmospheric window (3 to 5 ⁇ ) of about 3.0 to 4.1 ⁇ and in a wavelength range of a second atmospheric window ( 8 to 12 ⁇ ) of about 7.1 to at least 14 ⁇ a reflectivity of more than 50%, wherein in a wavelength range of about 3.0 to 3.8 ⁇ and in a wavelength range of about 7.4 to 14 ⁇ a Reflectivity of at least 80%.
  • the maximum values of the reflectivity are achieved in the wavelength ranges from 3.0 to 3.8 ⁇ (80%) and 8.0 to 12.0 ⁇ (94%).
  • a stack 2 of twenty-seven layers of which six layers are low-index layers L1 to L6, consist of YbF 3 and have individual layer thicknesses of 48 to 828 nm, is stacked on a substrate 3, here from Safir; eleven layers of medium refractive layers M1 to M1 are 1, consist of ZnS and have individual layer thicknesses of 31 to 464 nm; ten layers of high refractive index layers H1 to H10 are composed of Ge and have individual layer thicknesses of 10 to 575 nm. Between the layers L3 and L4 as well as between L5 and L6 there is a respective refractive layer M2 or M3. The sequence of the layers of the stack 2 over the substrate 3 is shown in FIG. 7. The mid refractive layers M1 to M1 1 have compressive stresses, the low refractive index layers L1 to L6 and the high refractive index layers H1 to H10 have tensile stresses.
  • the optical component 1 according to the fourth embodiment has, as shown schematically in FIG. 8, in a wavelength range of a first atmospheric window (3 to 5 ⁇ ) of about 3.1 to 5 ⁇ and in a wavelength range of a second atmospheric window (8 bis 12 ⁇ ) of about 7.1 to at least 14 ⁇ a reflectivity of at least 50%, wherein in a wavelength range of about 7.6 to 13 ⁇ a reflectivity of at least 90% is present.
  • the maximum value of the reflectivity of 94% is reached in the wavelength range of 8.0 - 12.8 ⁇ .
  • a fifth embodiment of the optical component 1 according to the invention as shown in FIG.
  • the mid-refractive layer M2 is present.
  • the sequence of the layers of the stack 2 above the substrate 3 is shown in FIG. 9.
  • the medium-refractive layers M1 to M4 have compressive stresses
  • the low-refractive-index layers L1 and L2 and the high-index layers H1 to H3 have tensile stresses.
  • the main effects of the refractive layers M1 to M4 are given by way of example in this exemplary embodiment.
  • the mid-refractive layer M2 serves primarily to reduce the stresses of the stack, while the mid-refractive layers M1 and M3 primarily serve for bonding between the layers H1 and L1 or L2 and H2.
  • the mid-refractive layer M4 is primarily an optical layer, but also serves to reduce stress between the high refractive (partial) layers H2 and H3.
  • the optical component 1 has, as shown schematically in Fig. 10, in a wavelength range of a first atmospheric window (3 to 5 ⁇ ) of about 3.4 to 4.9 ⁇ and in a wavelength range of a second atmospheric window ( 8 to 12 ⁇ ) of about 6.4 to 13 ⁇ a reflectivity of at least 50%, wherein in a wavelength range of about 3.8 to 4.3 ⁇ and in a wavelength range of about 7.3 to 9.8 a reflectivity of more than 90%.
  • the maximum values of the reflectivity are achieved approximately in the wavelength ranges of 4.1 to 4.2 ⁇ m and 8 to 9 ⁇ m.
  • a stack 2 of twenty-two layers is stacked on a substrate 3, here made of ZnS (zinc sulfide), of which five layers are low-refractive Layers L1 to L5 are made of YbF 3 (ytterbium fluoride) and have individual layer thicknesses of 960 nm, 345 nm, 400 nm, 102 nm, and 233 nm;
  • Ten layers of medium-refractive layers M1 to M10 are made of ZnS (zinc sulfide) and have individual layer thicknesses of 30 nm, 30 nm, 30 nm, 30 nm, 777 nm, 30 nm, 30 nm, 360 nm, 1058 nm and 13 nm ;
  • seven layers of high refractive index layers H1 to H7 are composed of Ge (germanium) and have individual layer thicknesses of 538 nm, 638 n
  • the sequence of the layers of the stack 2 above the substrate 3 is shown in FIG. 11.
  • the mid refractive layers M1 to M10 have compressive stresses
  • the low refractive index layers L1 to L5 have tensile stresses.
  • the optical component 1 according to the sixth embodiment has, as shown schematically in FIG. 12, in a wavelength range of a first atmospheric window (3 to 5 ⁇ ) of about 3 to 4.6 ⁇ and over a wavelength range of a second atmospheric window (8 bis 12 ⁇ ) a reflectivity of at least 50%, wherein in a wavelength range of about 7.7 to 13 ⁇ a reflectivity of more than 90% is present.
  • the maximum values of the reflectivity are achieved approximately in the wavelength ranges from 8 to 11.5 ⁇ .
  • medium refractive layers M1 to M14 are made of ZnS (zinc sulfide) and have individual layer thicknesses of 30 nm, 80 nm, 30 nm, 30 nm, 30 nm, 392 nm, 449 nm, 124 nm, 296 nm, 208 nm, 287 nm, 259 nm, 280 nm and 47 nm; ten layers of high refractive index layers H1 to H10, consist of Ge (germanium) and individual layer thicknesses of 422 nm, 20 nm, 581 nm, 390 nm, 1 10 nm, 134 nm, 1 13 nm, 20 nm, 33 nm and 93 nm respectively.
  • the mid-refractive layer M4 is present.
  • the sequence of layers of Stack 2 above the substrate 3 is shown in FIG.
  • the mid-refractive layers M1 to M14 have compressive stresses
  • the low-refractive layers L1 to L6 and the high-index layers H1 to H10 have tensile stresses.
  • the optical component 1 according to the seventh embodiment has, as shown schematically in Fig. 14, in a wavelength range of a first atmospheric window of about 3.1 to 5 ⁇ a reflectivity of desired about 50% and over the wavelength range of the second atmospheric window of about 7.6 to 13 ⁇ ) to a reflectivity of at least 90%.
  • the maximum values of the reflectivity are achieved approximately in the wavelength ranges from 8 to 11.5 ⁇ .
  • the optical component 1 is intended to have reflectivities of at least 90% over a section in the wavelength range from 3.7 to 4.3 ⁇ m of the first atmospheric window and over a section in the wavelength range from 7.5 to 10 ⁇ m of the second atmospheric window. A reflectivity between the mentioned sections is not specified.
  • voltages occurring in the optical component should be kept low and a low overall layer thickness obtained.
  • a dual band reflector with the above-mentioned technical properties should be constructed.
  • YbF 3 should be used as the material of the low refractive index layers
  • Ge should be used as the material of the high refractive index layers. Both have tensile stresses (negative stress coefficients).
  • the desired technical properties are entered as input data in a simulation software and carried out a simulation.
  • a simulated optical component which has a layer sequence of a high refractive index H1 (layer thickness: 698 nm), a low refractive index layer L1 + L2 (702 nm) and another high refractive index layer H2 + H3 (1,190 nm).
  • the low-refractive-index layer L1 + L2 is now subdivided into two sub-layers L1 and L2 and a mid-refractive layer M2 is inserted as a "compensation layer.”
  • the high-refractive-index layer H2 + H3 is subdivided and a medium-refractive layer M3 is inserted
  • the low-refractive (partial) layer L1 is inserted with a mid-refractive layer M1
  • All medium-refractive layers are made of ZnS and have compressive stresses (positive stress coefficient)
  • the simulated optical component modified in this way is simulated again in a further simulation taking into account all the modifications made For example, the layer thicknesses of the modified simulated optical component are adjusted so that their sequence remains unchanged, but the individual layer thicknesses of all the layers are recalculated An optical component 1 having the desired technical properties is obtained.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konstruktion eines optischen Bauelements (1) für den IR-Bereich, bei dem erwünschte technische Eigenschaften des optischen Bauelements (1) festgelegt werden, ein optisches Bauelemente (1) simuliert wird und dieses simulierte optische Bauelement eine Schichtenfolge von übereinander gestapelten Schichten mit mindestens einer niedrigbrechenden Schicht (L1 bis L6), deren Brechzahl in einem Bereich von 1,35 bis 1,7 liegt, und einer hochbrechenden Schicht (H1 bis H10), deren Brechzahl in einem Bereich von 3 bis 5 liegt, aufweist. Anschließend wird ein modifiziertes simuliertes optisches Bauelement erzeugt, indem mindestens eine niedrigbrechende Schicht (L1 bis L6) des simulierten optischen Bauelements in mindestens zwei Teilschichten unterteilt wird und eine mittelbrechende Schicht (M1 bis M14) zwischen mindestens zwei der Teilschichten eingefügt wird, wobei die Brechzahl der mittelbrechenden Schicht (M1 bis M14) in einem Bereich von 1,8 bis 2,5 liegt und deren Spannungskoeffizient ein entgegengesetztes Vorzeichen zu den Spannungskoeffizienten jeder niedrigbrechenden Schicht (L1 bis L6) und jeder hochbrechenden Schicht (H1 bis H10) aufweist. Die Schichtdicken des modifizierten simulierten optischen Bauelements werden durch eine weitere Simulation so angepasst, dass das modifizierte simulierte optische Bauelement die gewünschten technischen Eigenschaften aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein optisches Bauelement (1) für den IR-Bereich.

Description

Optisches Bauelement für den IR-Bereich mit spannungskompensierter Beschichtung
Die Erfindung betrifft ein optisches Bauelement für den IR-Bereich mit spannungskompensierter Beschichtung, wie dieses gattungsgemäß aus der DE 101 34 157 A1 bekannt ist.
In vielen Anwendungen optischer Bauelemente steht zunehmend das Erfordernis, diese Bauelemente immer raumsparender anzuordnen und die Bauelemente, sowie deren gegebenenfalls vorhandenen Beschichtungen, immer kostengünstiger und aus wenigen Einzelkomponenten herstellen zu können.
Derartige optische Bauelemente können als sogenannte Fabry-Perot-Interferometer verwendet werden. Diese beinhalten in ihrem Grundaufbau mindestens zwei voneinander beabstandete Spiegelschichten, die durch einen als Resonator bezeichneten Zwischenraum getrennt sind. Eine gesteuerte Veränderbarkeit der Größe des Resonators, und damit dessen optischer Dicke, ermöglicht eine Durchstimmbarkeit des Fabry-Perot-Interferometers.
In der beispielhaft angegebenen Schrift US 6,618,199 B2 sind zwei Spiegelstrukturen vorhanden, durch deren Abstand ein Resonator eines Fabry-Perot-Interferometers definiert ist. Mindestens eine der Spiegelstrukturen beinhaltet eine bewegliche Membran, über die elektrostatische Kräfte auf die Spiegelstruktur einwirken können, wodurch der Abstand zwischen den zwei Spiegelstrukturen einstellbar ist.
Durch die Schrift EP 1 882 917 A1 ist ein durchstimmbares Dual-Band Fabry-Perot- Filter auf der Basis eines Fabry-Perot-Interferometers beschrieben, dass in der IR- Messtechnik eingesetzt wird und die beiden atmosphärischen Fenster (3 bis 5 und 8 bis 12 μιη) einschließt. Das Filter besteht im Wesentlichen aus Stapeln von Schichten über einem Siliziumsubstrat. Die Schichten sind abwechselnd niedrigbrechend (Brechzahlen 1 ,2 bis 2,5) bzw. hochbrechend (3 bis 5,9). Jeder Stapel weist mindestens je fünf niedrig- und hochbrechende Schichten auf. Jeweils ein Stapel ist auf je einem Reflektorträger angeordnet, wobei die Reflektorträger durch einen Resonator getrennt sind, dessen optische Dicke einstellbar und das Fabry-Perot-Filter dadurch durchstimmbar ist.
Der Resonator kann auch durch eine oder mehrere optische Schichten verwirklicht sein, wie dies aus der Schrift US 4,756,602 A bekannt ist. Dabei ist die optische Dicke des Resonators vor der Herstellung der Schichten wählbar, jedoch nach einer Fertigstellung des Filters nicht mehr veränder- oder gar durchstimmbar.
Die genannten Interferometer und Filter werden oft mit Hilfe der Technologien der MEMS (mikroelektromechanische Systeme) oder Waferlevel-Packaging auf Siliziumoder Germanium-Wafer montiert. Dabei besteht bei sehr dünn auszuführenden Schichten und dünnen Wafern das Problem, die Beschichtungen spannungsarm auszugestalten. Eine Kompensation auftretender Spannungen ist insbesondere bei sehr hohen Anforderungen an die Oberflächen (Ebenheit) der optischen Bauelemente und deren Beschichtungen erforderlich, wie dies bislang bei Anwendungen im Röntgenbereich und der Lithografie (EUV) der Fall ist.
Sollen Dual Band Reflektoren entwickelt werden, die in zwei voneinander getrennten, definierten Spektralbereichen (z. B. im Mittelwellen-IR [mid-wave infrared, MWIR] oder im LWIR [Langwellen-IR, long-wave infrared]) jeweils eine vorgegebene und voneinander verschiedene Reflektivität aufweisen, werden zur Konstruktion solcher optischen Bauelemente niedrigbrechende und hochbrechende dielektrische Schichten alternierend in einer Schichtenfolge übereinander gestapelt, wobei die Differenzen der Brechzahlen der Schichten möglichst groß gewählt werden, um die Gesamtdicke der Schichtenfolge gering zu halten. Werden wenige Schichten in einer Schichtenfolge angeordnet, so weisen diese entsprechend große individuelle Schichtdicken auf.
In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass Schichtenfolgen mit großen Schichtdicken, beispielsweise mit Schichten aus Germanium und Fluoriden, durch auftretende hohe und gleichgerichtete Spannungen, z. B. Zugspannungen, sehr instabil sind. Um die von den Schichten ausgehenden Druck- oder Zugspannungen auszugleichen, sind verschiedene Lösungsansätze bekannt. So können Schichten aus Materialien mit entgegengesetzten Spannungskoeffizienten kombiniert sein.
In der Schrift JP 2006-281766 A sind beispielsweise über einem Substrat zwei Schichten aufgebracht, wobei das Substrat und die erste Schicht einen positiven Spannungskoeffizienten aufweisen, die zweite Schicht aber einen negativen Spannungskoeffizienten besitzt. Mit dieser Lösung sollen auftretende thermische Spannungen kompensiert werden.
Für den Einsatzbereich der EUV-Lithografie offenbart die Schrift WO 00/19247 ebenfalls die Möglichkeit, Spannungskompensationen durch die Kombination von Schichten unterschiedlicher Spannungskoeffizienten zu erreichen.
Ein weiterer Weg wird in der Schrift DE 101 34 157 A1 vorgeschlagen. Beschrieben ist die Kombination mindestens einer oxidischen, optischen Schicht und einer Schicht aus Aluminiumoxid als Kompensationsschicht, wobei die Aluminiumoxidschicht ohne lonenstützung aufzubringen ist. Während die oxidischen Schichten Druckspannungen (positive Spannungskoeffizienten) aufweisen, liegen durch die Aluminiumoxidschicht Zugspannungen (negativer Spannungskoeffizient) an. Sind mehrere oxidische Schichten in einem Stapel angeordnet, soll der Stapel eine sechsfache Abfolge niedrig- und hochbrechender Schichten umfassen. Die Kompensationsschicht kann unter, über oder zwischen den oxidischen Schichten angeordnet sein. In der Offenbarung wird zwar eine Möglichkeit aufgezeigt, in flexibler Weise Spannungen eines Stapels zu kompensieren, jedoch ist nicht angegeben, welche optischen Wirkungen die mindestens eine Kompensationsschicht aus Aluminiumoxid zeigt.
Aus der Schrift US 5,243,458 A sind Antireflexionsbeschichtungen mit jeweils lediglich vier Schichten bekannt, die über einem Substrat aufgestapelt sind. Dabei sind zwischen Schichten aus Materialien mit Zugspannungen, z. B. Germanium (Ge) oder Fluoride, eine Schicht Zinksulfid (ZnS) eingebracht. Die ZnS-Schicht weist Druckspannungen auf, wodurch die Zugspannungen in der Schichtenfolge weitgehend kompensiert werden sollen. Zudem wirkt die ZnS-Schicht zwischen dem Germanium und den Fluoriden haftvermittelnd.
Durch die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen ist jedoch nicht das nacheilige Auftreten hoher Spannungen in Schichten mit großen Schichtdicken behoben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches Bauelement mit einer spannungskompensierten Beschichtung und ausgewählten technischen Eigenschaften für die Verwendung im IR-Bereich vorzuschlagen. Es soll ebenfalls ein Verfahren zur Konstruktion eines optischen Bauelements vorgeschlagen werden, mittels dem spannungskompensierte Beschichtungen des optischen Bauelements bei gleichzeitiger Einstellung gewünschter technischer Eigenschaften konstruiert werden können.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Konstruktion eines optischen Bauelements für den IR-Bereich gelöst, welches die folgenden Schritte umfasst:
a) Festlegen von erwünschten technischen Eigenschaften des optischen Bauelements,
b) Simulieren eines die gewünschten technischen Eigenschaften aufweisenden optischen Bauelements, wobei das simulierte optische Bauelement eine Schichtenfolge von übereinander gestapelten Schichten mit mindestens einer niedrigbrechenden Schicht, deren Brechzahl in einem Bereich von 1 ,35 bis 1 ,7 liegt, und einer hochbrechenden Schicht, deren Brechzahl in einem Bereich von 3 bis 5 liegt, aufweist,
c) Erzeugen eines modifizierten simulierten optischen Bauelements durch Unterteilen mindestens einer niedrigbrechenden Schicht des simulierten optischen Bauelements in mindestens zwei Teilschichten und durch Einfügen einer mittelbrechenden Schicht zwischen mindestens zwei der Teilschichten, wobei die Brechzahl der mittelbrechenden Schicht in einem Bereich von 1 ,8 bis 2,5 liegt und deren Spannungskoeffizient ein entgegengesetztes Vorzeichen zu den Spannungskoeffizienten jeder niedrigbrechenden Schicht und jeder hochbrechenden Schicht aufweist, d) Anpassen der Schichtdicken des modifizierten simulierten optischen Bauelements mittels einer weiteren Simulation so, dass das modifizierte simulierte optische Bauelement die gewünschten technischen Eigenschaften aufweist, und
e) Bereitstellen des Ergebnisses der weiteren Simulation derart, dass Informationen der Schichtenfolge und Angabe der Dicken der Schichten der Schichtenfolge einem Nutzer zugänglich sind.
Nachfolgend ist der Begriff der Konstruktion auf eine Erstellung des optischen Bauelements in virtueller Form bezogen. Dabei kann das optische Bauelement während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als Datensatz vorhanden und beispielsweise tabellarisch und / oder als schematische Graphik dargestellt sein.
Unter gewünschten technischen Eigenschaften sind im breitesten Sinne alle für seine Funktion relevanten Eigenschaften des optischen Bauelements zu verstehen. So können beispielsweise sowohl optische als auch mechanische und / oder chemische Eigenschaften des optischen Bauelements technische Eigenschaften sein.
In einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die gewünschten technischen Eigenschaften dadurch gegeben, dass durch das optische Bauelement über einen Wellenlängenbereich von 0,8 bis 16 Mikrometer mindestens zwei Abschnitte realisiert sind, über die das optische Bauelement jeweils eine bestimmte Reflektivität im Bereich von 50 bis 100% aufweist. Ganz besonders bevorzugt ist, wenn ein jeder der Abschnitte in dem Bereich eines der beiden sogenannten atmosphärischen Fenster im Bereich von 3 bis 5 μιτι (MWIR) beziehungsweise im Bereich von 8 bis 12 μιη (LWIR) liegt.
Die Reflektivitäten der Abschnitte können frei ausgewählt werden. Die Konstruktion des optischen Bauelements mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erlaubt eine Einstellung der Reflektivitäten des optischen Bauelements entsprechend der vorgenommenen Auswahl.
Zur Simulation des simulierten optischen Bauelements kann jedwedes manuelles oder rechnergestütztes Verfahren zum Design eines optischen Bauelements mit gewünschten technischen Eigenschaften verwendet werden. Vorteilhaft erfolgt die Simulation mittels eines geeigneten Simulationsprogramms, wie diese den Fachkreisen bekannt sind. Auch die weitere Simulation wird vorteilhafter Weise unter Nutzung eines Simulationsprogramms durchgeführt werden. Dabei muss die mindestens eine eingefügte mittelbrechende Schicht in der Schichtenfolge berücksichtigt werden. Eine Simulation und eine weitere Simulation schließen vorzugsweise jeweils ein Substrat der Schichtenfolge mit ein.
Kern des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass eine Schichtenfolge (Stapel) aus hoch- und niedrigbrechenden Schichten entworfen wird, durch welche die gewünschten technischen Eigenschaften des optischen Bauelements bewirkt sind und die Schichtenfolge anschließend so modifiziert wird, dass zwischen und innerhalb der Schichten der Schichtenfolge auftretende Spannungen reduziert werden. Um die sehr ungünstigen Spannungen zwischen den hochbrechenden und niedrigbrechenden Schichten zu reduzieren, werden mittelbrechende Schichten in die entworfene Schichtenfolge eingefügt (Kompensationsschicht). Diese mittelbrechende Schichten haben sich auch dahingehend als vorteilhaft herausgestellt, als dass durch diese eine sehr günstige Haftungsvermittlung zwischen hoch- und niedrigbrechenden Schichten, respektive zwischen den für die hoch- und niedrigbrechenden Schichten verwendeten Materialien, erreicht wird.
Erfindungswesentlich ist, dass mindestens eine niedrigbrechende Schicht in Teilschichten unterteilt wird. Dadurch werden ungünstig große Schichtdicken vermieden und auf mehrere Teilschichten einer ursprünglich simulierten Schicht aufgeteilt. Dieses Vorgehen hat zur Folge, dass mindestens eine mittelbrechende Schicht unmittelbar zwischen niedrigbrechenden Teilschichten angeordnet ist, die aus dem gleichen Material bestehen.
Es ist in weiteren Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens auch möglich, dass eine Schicht in mindestens drei Teilschichten unterteilt ist und zwischen zwei der Teilschichten neben einer mittelbrechenden Schicht eine weitere hoch- oder niedrigbrechende Schicht eingefügt wird. Es ist bevorzugt, dass die zwischen die Teilschichten eingefügten mittelbrechenden Schichten (Kompensationsschichten) mit Schichtdicken zwischen 20 und 150 nm, vorzugsweise zwischen 30 und 100 nm gewählt werden. Es ist günstig, wenn die Schichten so unterteilt werden, dass keine der Teilschichten eine Schichtdicke von z. B. mehr als 1500 nm aufweist.
In die Schichtenfolge des optischen Bauelements können weitere mittelbrechende Schichten eingefügt werden. Diese weiteren mittelbrechenden Schichten müssen nicht zwischen Teilschichten eingefügt werden.
Ferner ist es möglich, dass in Schritt c) zusätzlich mindestens eine hochbrechende Schicht des simulierten optischen Bauelements in mindestens zwei Teilschichten unterteilt und zwischen mindestens zwei der Teilschichten eine mittelbrechende Schicht eingefügt wird.
Es ist in weiteren Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, dass in der weiteren Simulation in Schritt d) nur die Schichtdicke der mittelbrechenden Schicht bzw. der mittelbrechenden Schichten angepasst wird. Die gewünschten technischen Eigenschaften werden dann unter Beibehaltung der simulierten Schichtdicken der niedrig- und hochbrechenden Schichten des simulierten optischen Bauelements und unter Veränderung der Schichtdicken der mittelbrechenden Schichten eingestellt.
In einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können in der weiteren Simulation an dem modifizierten simulierten optischen Bauelement zusätzlich zu den mittelbrechenden Schichten auch die niedrigbrechenden und hochbrechenden Schichten oder nur jeweils die niedrigbrechenden oder die hochbrechenden Schichten angepasst werden.
Das Unterteilen der niedrigbrechenden Schicht kann virtuell durch individuelle Vorgaben z. B. durch einen Bediener des Simulationsprogramms erfolgen. Die getroffenen Entscheidungen zu Art (z. B. Anzahl der Teilschichten, Dicke oder Dickenbereiche einer, mehrerer oder aller Teilschichten) und Ort (Auswahl der zu unterteilenden Schichten in dem Stapel) der Unterteilungen können als Datensatz dem Simulationsprogramm zugeführt werden. In weiteren Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens können auch einige oder alle Entscheidungen zu Art und Ort der Unterteilungen, beispielsweise in Form von Regeln, bereits vorab als Datensätze abgelegt sein. Das Unterteilen von niedrigbrechenden Schichten - gegebenenfalls auch von hochbrechenden Schichten - und das Einfügen von mittelbrechenden Schichten können dann auch automatisiert unter Berücksichtigung der vorab abgelegten Datensätze erfolgen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Herstellung eines optischen Bauelements verwendet werden. Dazu wird das optische Bauelement wie vorstehend erläutert konstruiert und anhand der in Schritt e) erhaltenen und bereitgestellten Ergebnisse der weiteren Simulation mittels geeigneter bekannter Verfahren hergestellt.
Die Aufgabe wird weiterhin durch ein optisches Bauelement für den IR-Bereich, bestehend aus einem Substrat und einem Stapel von übereinander auf dem Substrat gestapelten optischen Schichten mit jeweils individueller Schichtdicke, gelöst. Der Stapel weist mindestens eine niedrigbrechende Schicht, deren Brechzahl in einem Bereich von 1 ,35 bis 1 ,7 liegt, und eine hochbrechende Schicht auf, deren Brechzahl in einem Bereich von 3 bis 5 liegt. Mindestens eine niedrigbrechende Schicht ist in mindestens zwei Teilschichten unterteilt. Zwischen mindestens zwei der Teilschichten ist eine mittelbrechende Schicht, deren Brechzahl in einem Bereich von 1 ,8 bis 2,5 liegt und deren Spannungskoeffizienten entgegengesetzte Vorzeichen zu den Spannungskoeffizienten jeder niedrigbrechenden Schicht und jeder hochbrechenden Schicht aufweist vorhanden. Eine Folge der Schichten des Stapels ist so gewählt, dass in einem Wellenlängenbereich von 0,8 bis 16 μιτι über mindestens zwei Abschnitte dieses Wellenlängenbereichs die Reflektivität der Beschichtung ausgewählte und voneinander unabhängige Werte in einem Bereich von 50 bis 100% Reflektivität betragen.
Die Begriffe Stapel und Schichtenfolge werden in der Beschreibung gleichbedeutend verwendet. Das optische Bauelement kann neben der zwischen den zwei Teilschichten vorhandenen mittelbrechenden Schicht weitere mittelbrechende Schichten aufweisen. Diese können zwischen weiteren Teilschichten, zwischen niedrigbrechenden Schichten, zwischen hochbrechenden Schichten oder zwischen niedrig- und hochbrechenden Schichten vorhanden sein.
Vorzugsweise sind mittels des optischen Bauelements über den Wellenlängenbereich 0,8 bis 16 μιτι mindestens zwei Abschnitte erzeugt, die voneinander unabhängige Reflektivitäten mit Werten zwischen 50 und 100 % aufweisen. Vorzugsweise ist der Aufbau des optischen Bauelements so gewählt, dass über mindestens einen Teilabschnitt eines jeden atmosphärischen Fensters (3 bis 5 und 8 bis 12 μιη) mindestens ein Abschnitt mit einer Reflektivität zwischen 50 und 100 % erzeugt ist.
Die mindestens zwei Abschnitte des Wellenlängenbereichs können auch als spektrale Wellenlängenbänder oder Dual-Bänder bezeichnet werden.
In bevorzugten Ausführungen des erfindungsgemäßen optischen Bauelements betragen die Schichtdicken jeder der in dem Stapel vorhandenen und zwischen den Teilschichten eingefügten mittelbrechenden Schichten (Kompensationsschichten) 20 bis 150 nm, vorzugsweise 30 bis 100 nm. Es ist weiterhin bevorzugt, dass sich der prozentuale Anteil der mittelbrechenden Schichten an der Gesamtdicke des Stapels auf wenigstens 20 %, vorzugsweise auf wenigstens 25 %, beläuft. Die mittelbrechenden Schichten weisen Spannungskoeffizienten auf, deren Vorzeichen entgegengesetzt zu den Spannungskoeffizienten jeder niedrigbrechenden Schicht und jeder hochbrechenden Schicht sind.
Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass die Reflektivität durch die Wahl der Schichtdicke mindestens einer der vorhandenen mittelbrechenden Schichten wählbar ist. Es ist also möglich, unter Beibehaltung der Anzahl, der Abfolge, der Schichtdicken und der Materialien der übrigen Schichten des Stapels, die Reflektivität eines herzustellenden erfindungsgemäßen optischen Bauelements entsprechend der sich aus der vorgesehenen Verwendung des optischen Bauelements ergebenden Erfordernisse einzustellen, so dass eine vorgegebene Reflektivität des optischen Bauelements realisierbar ist. Dabei ist unter einer Einstellung zu verstehen, dass ein Stapel auf ein Substrat aufzubringen ist, z. B. durch Abscheidung mittels PVD oder anderer bekannter Verfahren, und die Einstellung der Reflektivität durch die entsprechende Ausgestaltung der mindestens einen mittelbrechenden Schicht im Zuge des Aufbringens erfolgt. Das erfindungsgemäße optische Bauelement ist vorzugsweise mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens konstruiert worden.
In weiteren Ausführungen des optischen Bauelements können auch die Abfolge, die Schichtdicken, die Anzahl und die Materialien der in einem optischen Bauelement vorhandenen weiteren Schichten des Stapels so gewählt und eingestellt sein, dass die gewünschten optischen Wirkungen erzielt sind. Insbesondere ist die Reflektivität des herzustellenden optischen Bauelements entsprechend der sich aus der vorgesehenen Verwendung des optischen Bauelements ergebenden Erfordernisse eingestellt.
Die Einstellbarkeit der Reflektivität ist dabei, vorbehaltlich des Vorhandenseins der Teilschichten und der dazwischen vorhandenen mittelbrechenden Schicht, nicht an eine bestimmte Ausführung, also nicht an eine bestimmte Abfolge der Schichten, an die Schichtdicken, an die Anzahl oder an die Materialien der Schichten des Stapels des erfindungsgemäßen optischen Bauelements gebunden.
Es ist eine bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen optischen Bauelements, wenn die Spannungskoeffizienten der mittelbrechenden Schichten positiv sind, also durch das Material der mittelbrechenden Schichten Druckspannungen in den Stapel eingebracht sind.
Das Material der hochbrechenden Schichten ist vorzugsweise für jede der hochbrechenden Schichten separat aus einer Gruppe umfassend die Elemente Germanium (Ge), Silizium (Si), und die Verbindungen Bleitellurid (PbTe) und Cadmiumtellurid (CdTe) ausgewählt.
Es ist ebenfalls eine bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen optischen Bauelements, wenn das Material der mittelbrechenden Schichten für jede der mittelbrechenden Schichten separat aus einer Gruppe umfassend die Verbindungen Zinksulfid (ZnS), Zinkselenid (ZnSe), Siliziumoxid (SiO) und Chalkogenide ausgewählt ist.
Ferner ist vorzugsweise das Material der niedrigbrechenden Schichten für jede der niedrigbrechenden Schichten separat aus einer Gruppe umfassend die Verbindungen Ytterbiumfluorid (YbF3), Bariumfluorid (BaF2), Magnesiumfluorid (MgF2) und Kalziumfluorid (CaF2) ausgewählt. Das Material der niedrigbrechenden Schichten kann auch aus Oxiden mit Brechzahlen im Bereich von 1 ,35 bis 1 ,7, beispielsweise SiO, ausgewählt sein.
Das Material des Substrats ist vorzugsweise aus einer Gruppe umfassend die Elemente Ge, Si und die Verbindungen Chalkogenidgläser, ZnS, ZnSe, Saphir, Quarz, Quarzglas, CaF2 und MgF2 ausgewählt.
Es hat sich überraschend herausgestellt, dass durch die mindestens eine mittelbrechende Schicht neben einer Spannungskompensation und einer Einstellbarkeit der Reflektivität auch eine verbesserte Haftvermittlung, insbesondere zwischen Ge und YbF3 durch Verwendung von ZnS, erreicht wird.
Die zur Erreichung von gewünschten technischen Eigenschaften, wie z. B. einer bestimmten optischen Wirkung, erforderliche konkrete Ausgestaltung des erfindungsgemäßen optischen Bauelements kann mittels einer geeigneten rechnergestützten Simulation erfolgen.
Das erfindungsgemäße optische Bauelement kann ein MEMS-Bauteil sein. Ebenfalls ist eine Verwendung als schmalbandiges Filter sowie als Einband-, Dualband- oder Mehrbandspiegel möglich. Bei einer Verwendung als Einbandfilter wird nur jeweils ein Band genutzt, auch wenn das erfindungsgemäße optische Bauelement mehrere Bänder aufweist.
Vorteilhafte Ausführungen des optischen Bauelements sind nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Abbildungen näher erläutert. Es zeigen die Abbildungen: eine schematische Darstellung einer ersten Ausführung des erfindungsgemäßen optischen Bauelements; den funktionalen Zusammenhang zwischen der Reflektivität und der
Wellenlänge bei der ersten Ausführung; eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführung des erfindungsgemäßen optischen Bauelements; den funktionalen Zusammenhang zwischen der Reflektivität und der
Wellenlänge bei der zweiten Ausführung; eine schematische Darstellung einer dritten Ausführung des erfindungsgemäßen optischen Bauelements; den funktionalen Zusammenhang zwischen der Reflektivität und der
Wellenlänge bei der dritten Ausführung; eine schematische Darstellung einer vierten Ausführung des erfindungsgemäßen optischen Bauelements; den funktionalen Zusammenhang zwischen der Reflektivität und der
Wellenlänge bei der vierten Ausführung. eine schematische Darstellung einer fünften Ausführung des erfindungsgemäßen optischen Bauelements; den funktionalen Zusammenhang zwischen der Reflektivität und der Wellenlänge bei der fünften Ausführung; eine schematische Darstellung einer sechsten Ausführung des erfindungsgemäßen optischen Bauelements; Fig. 12 den funktionalen Zusammenhang zwischen der Reflektivität und der Wellenlänge bei der sechsten Ausführung;
Fig. 13 eine schematische Darstellung einer siebenten Ausführung des erfindungsgemäßen optischen Bauelements;
Fig. 14 den funktionalen Zusammenhang zwischen der Reflektivität
Wellenlänge bei der siebenten Ausführung.
In einer ersten Ausführung des erfindungsgemäßen optischen Bauelements 1 gemäß Fig. 1 ist auf einem Substrat 3, hier aus ZnS (Zinksulfid), ein Stapel 2 aus acht Schichten aufgestapelt, wovon zwei Schichten niedrigbrechende Schichten L1 , L2 sind, aus YbF3 (Ytterbiumfluorid) bestehen und individuelle Schichtdicken von 322 nm und 380 nm aufweisen; drei Schichten mittelbrechende Schichten M1 bis M3 sind, aus ZnS (Zinksulfid) bestehen und individuelle Schichtdicken von 30 nm, 30 nm und 665 nm aufweisen; drei Schichten hochbrechende Schichten H1 bis H3 sind, aus Ge (Germanium) bestehen und individuelle Schichtdicken von 698 nm, 685 nm und 505 nm aufweisen. Zwischen den Schichten L1 und L2 ist die mittelbrechende Schicht M2 vorhanden. Die Abfolge der Schichten des Stapels 2 über dem Substrat 3 ist Fig. 1 zu entnehmen. Die mittelbrechenden Schichten M1 bis M3 weisen Druckspannungen, die niedrigbrechenden Schichten L1 und L2 sowie die hochbrechenden Schichten H1 bis H3 weisen Zugspannungen auf.
Das optische Bauelement 1 gemäß der ersten Ausführung weist, wie in Fig. 2 schematisch gezeigt, in einem Wellenlängenbereich eines ersten atmosphärischen Fensters (3 bis 5 μιη) von etwa 3,3 bis 4,8 μιτι sowie in einem Wellenlängenbereich eines zweiten atmosphärischen Fensters (8 bis 12 μιτι) von etwa 6,4 bis 12,75 μιτι eine Reflektivität von mehr als 50 % auf, wobei in einem Wellenlängenbereich von etwa 3,75 bis 4,25 μιτι sowie in einem Wellenlängenbereich von etwa 7,25 bis 9,75 eine Reflektivität von mehr als 90 % vorliegt. Die Höchstwerte der Reflektivität von jeweils 92 % werden in den Wellenlängenbereichen von 3.8 - 4.2 μιη und 7.5 - 9.3 μιτι erreicht. In einer zweiten Ausführung gemäß Fig. 3 ist auf einem Substrat 3, hier aus Si (Silizium), ein Stapel 2 aus einundzwanzig Schichten aufgestapelt, wovon zwei Schichten niedrigbrechende Schichten L1 , L2 sind, aus YbF3 bestehen und individuelle Schichtdicken von 1220 nm und 399 nm aufweisen; zehn Schichten mittelbrechende Schichten M1 bis M10 sind, aus ZnS bestehen und individuelle Schichtdicken von 31 bis 899 nm aufweisen; neun Schichten hochbrechende Schichten H1 bis H9 sind, aus Ge bestehen und individuelle Schichtdicken von 35 bis 635 nm aufweisen. Zwischen den Schichten L1 und L2 ist die mittelbrechende Schicht M3 vorhanden. Die Abfolge der Schichten des Stapels 2 über dem Substrat 3 ist Fig. 3 zu entnehmen. Die mittelbrechenden Schichten M1 bis M10 weisen Druckspannungen, die niedrigbrechenden Schichten L1 und L2 sowie die hochbrechenden Schichten H1 bis H9 weisen Zugspannungen auf.
Das optische Bauelement 1 gemäß der zweiten Ausführung weist, wie in Fig. 4 schematisch gezeigt, in einem Wellenlängenbereich eines ersten atmosphärischen Fensters (3 bis 5 μιη) von etwa 3,0 bis 4,1 μιη sowie in einem Wellenlängenbereich eines zweiten atmosphärischen Fensters (8 bis 12 μιη) von etwa 7,1 bis mindestens 14 μιη eine Reflektivität von mehr als 50 % auf, wobei in einem Wellenlängenbereich von etwa 3,0 bis 3,8 μιτι sowie in einem Wellenlängenbereich von etwa 7,6 bis 13 μιτι eine Reflektivität von mindestens 90 % vorliegt. Die Höchstwerte der Reflektivität werden in den Wellenlängenbereichen von 3.0 - 3.8 μιτι (90 %) und 8.0 - 12.0 μιτι (94 %) erreicht.
In einer dritten Ausführung gemäß Fig. 5 ist auf einem Substrat 3, hier aus CaF2 (Calciumfluorid), ein Stapel 2 aus neunzehn Schichten aufgestapelt, wovon zwei Schichten niedrigbrechende Schichten L1 , L2 sind, aus YbF3 bestehen und individuelle Schichtdicken von 1370 nm und 399 nm aufweisen; neun Schichten mittelbrechende Schichten M1 bis M9 sind, aus ZnS bestehen und individuelle Schichtdicken von 31 bis 835 nm aufweisen; acht Schichten hochbrechende Schichten H1 bis H8 sind, aus Ge bestehen und individuelle Schichtdicken von 44 bis 651 nm aufweisen. Zwischen den Schichten L1 und L2 ist die mittelbrechende Schicht M2 vorhanden. Die Abfolge der Schichten des Stapels 2 über dem Substrat 3 ist Fig. 5 zu entnehmen. Die mittelbrechenden Schichten M1 bis M9 weisen Druckspannungen, die niedrigbrechenden Schichten L1 und L2 sowie die hochbrechenden Schichten H1 bis H8 weisen Zugspannungen auf.
Das optische Bauelement 1 gemäß der dritten Ausführung weist, wie in Fig. 6 schematisch gezeigt, in einem Wellenlängenbereich eines ersten atmosphärischen Fensters (3 bis 5 μιη) von etwa 3,0 bis 4,1 μιη sowie in einem Wellenlängenbereich eines zweiten atmosphärischen Fensters (8 bis 12 μιη) von etwa 7,1 bis mindestens 14 μιη eine Reflektivität von mehr als 50 % auf, wobei in einem Wellenlängenbereich von etwa 3,0 bis 3,8 μιτι sowie in einem Wellenlängenbereich von etwa 7,4 bis 14 μιη eine Reflektivität von mindestens 80 % vorliegt. Die Höchstwerte der Reflektivität werden in den Wellenlängenbereichen von 3.0 - 3.8 μιτι (80 %) und 8.0 - 12.0 μιτι (94 %) erreicht.
In einer vierten Ausführung gemäß Fig. 7 ist auf einem Substrat 3, hier aus Safir, ein Stapel 2 aus siebenundzwanzig Schichten aufgestapelt, wovon sechs Schichten niedrigbrechende Schichten L1 bis L6 sind, aus YbF3 bestehen und individuelle Schichtdicken von 48 bis 828 nm aufweisen; elf Schichten mittelbrechende Schichten M1 bis M1 1 sind, aus ZnS bestehen und individuelle Schichtdicken von 31 bis 464 nm aufweisen; zehn Schichten hochbrechende Schichten H1 bis H10 sind, aus Ge bestehen und individuelle Schichtdicken von 10 bis 575 nm aufweisen. Zwischen den Schichten L3 und L4 sowie zwischen L5 und L6 ist je eine mittelbrechende Schicht M2 bzw. M3 vorhanden. Die Abfolge der Schichten des Stapels 2 über dem Substrat 3 ist Fig. 7 zu entnehmen. Die mittelbrechenden Schichten M1 bis M1 1 weisen Druckspannungen, die niedrigbrechenden Schichten L1 bis L6 sowie die hochbrechenden Schichten H1 bis H10 weisen Zugspannungen auf.
Das optische Bauelement 1 gemäß der vierten Ausführung weist, wie in Fig. 8 schematisch gezeigt, in einem Wellenlängenbereich eines ersten atmosphärischen Fensters (3 bis 5 μιη) von etwa 3,1 bis 5 μιτι sowie in einem Wellenlängenbereich eines zweiten atmosphärischen Fensters (8 bis 12 μιη) von etwa 7,1 bis mindestens 14 μιη eine Reflektivität von mindestens 50 % auf, wobei in einem Wellenlängenbereich von etwa 7,6 bis 13 μιτι eine Reflektivität von mindestens 90 % vorliegt. Der Höchstwert der Reflektivität von 94 % wird in dem Wellenlängenbereich von 8.0 - 12.8 μιτι erreicht. In einer fünften Ausführung des erfindungsgemäßen optischen Bauelements 1 gemäß Fig. 9 ist auf einem Substrat 3, hier aus ZnS (Zinksulfid), ein Stapel 2 aus neun Schichten aufgestapelt, wovon zwei Schichten niedrigbrechende Schichten L1 , L2 sind, aus YbF3 (Ytterbiumfluorid) bestehen und individuelle Schichtdicken von 322 nm und 380 nm aufweisen; vier Schichten mittelbrechende Schichten M1 bis M4 sind, aus ZnS (Zinksulfid) bestehen und individuelle Schichtdicken von 30 nm, 30 nm, 50 nm und 665 nm aufweisen; drei Schichten hochbrechende Schichten H1 bis H3 sind, aus Ge (Germanium) bestehen und individuelle Schichtdicken von 698 nm, 685 nm und 505 nm aufweisen. Zwischen den (Teil-)Schichten L1 und L2 ist die mittelbrechende Schicht M2 vorhanden. Die Abfolge der Schichten des Stapels 2 über dem Substrat 3 ist Fig. 9 zu entnehmen. Die mittelbrechenden Schichten M1 bis M4 weisen Druckspannungen, die niedrigbrechenden Schichten L1 und L2 sowie die hochbrechenden Schichten H1 bis H3 weisen Zugspannungen auf. Die hauptsächlichen Wirkungen der mittelbrechenden Schichten M1 bis M4 sind in diesem Ausführungsbeispiel exemplarisch näher angegeben. Die mittelbrechende Schicht M2 dient primär einer Reduzierung der Spannungen des Stapels, während die mittelbrechenden Schichten M1 und M3 primär einer Haftvermittlung zwischen den Schichten H1 und L1 bzw. L2 und H2 dienen. Die mittelbrechende Schicht M4 ist in erster Linie eine optische Schicht, dient aber auch der Spannungsreduzierung zwischen den hochbrechenden (Teil-)Schichten H2 und H3.
Das optische Bauelement 1 gemäß der fünften Ausführung weist, wie in Fig. 10 schematisch gezeigt, in einem Wellenlängenbereich eines ersten atmosphärischen Fensters (3 bis 5 μιη) von etwa 3,4 bis 4,9 μιτι sowie in einem Wellenlängenbereich eines zweiten atmosphärischen Fensters (8 bis 12 μιη) von etwa 6,4 bis 13 μιτι eine Reflektivität von mindestens 50 % auf, wobei in einem Wellenlängenbereich von etwa 3,8 bis 4,3 μιτι sowie in einem Wellenlängenbereich von etwa 7,3 bis 9,8 eine Reflektivität von mehr als 90 % vorliegt. Die Höchstwerte der Reflektivität werden etwa in den Wellenlängenbereichen von 4,1 - 4,2 μιη und 8 - 9 μιτι erreicht.
In einer sechsten Ausführung des erfindungsgemäßen optischen Bauelements 1 gemäß Fig. 1 1 ist auf einem Substrat 3, hier aus ZnS (Zinksulfid), ein Stapel 2 aus zweiundzwanzig Schichten aufgestapelt, wovon fünf Schichten niedrigbrechende Schichten L1 bis L5 sind, aus YbF3 (Ytterbiumfluorid) bestehen und individuelle Schichtdicken von 960 nm, 345 nm, 400 nm, 102 nm, und 233 nm aufweisen; zehn Schichten mittelbrechende Schichten M1 bis M10 sind, aus ZnS (Zinksulfid) bestehen und individuelle Schichtdicken von 30 nm, 30 nm, 30 nm, 30 nm, 777 nm, 30 nm, 30 nm, 360 nm, 1058 nm und 1 13 nm aufweisen; sieben Schichten hochbrechende Schichten H1 bis H7 sind, aus Ge (Germanium) bestehen und individuelle Schichtdicken von 538 nm, 638 nm, 170 nm, 481 nm, 60 nm, 98 nm und 65 nm aufweisen. Zwischen den Schichten L1 und L2 sowie zwischen L2 und L3 ist eine mittelbrechende Schicht M2 bzw. M3 vorhanden. Die Abfolge der Schichten des Stapels 2 über dem Substrat 3 ist Fig. 1 1 zu entnehmen. Die mittelbrechenden Schichten M1 bis M10 weisen Druckspannungen, die niedrigbrechenden Schichten L1 bis L5 sowie die hochbrechenden Schichten H1 bis H7 weisen Zugspannungen auf.
Das optische Bauelement 1 gemäß der sechsten Ausführung weist, wie in Fig. 12 schematisch gezeigt, in einem Wellenlängenbereich eines ersten atmosphärischen Fensters (3 bis 5 μιτι) von etwa 3 bis 4,6 μιτι sowie über einen Wellenlängenbereich eines zweiten atmosphärischen Fensters (8 bis 12 μιη) eine Reflektivität von mindestens 50 % auf, wobei in einem Wellenlängenbereich von etwa 7,7 bis 13 μιτι eine Reflektivität von mehr als 90 % vorliegt. Die Höchstwerte der Reflektivität werden etwa in den Wellenlängenbereichen von 8 bis 1 1 ,5 μιτι erreicht.
In einer siebenten Ausführung des erfindungsgemäßen optischen Bauelements 1 gemäß Fig. 13 ist auf einem Substrat 3, hier aus ZnS (Zinksulfid), ein Stapel 2 aus dreißig Schichten aufgestapelt, wovon sechs Schichten niedrigbrechende Schichten L1 bis L6 sind, aus YbF3 (Ytterbiumfluorid) bestehen und individuelle Schichtdicken von 638 nm, 765 nm, 443 nm, 400 nm, 52 nm, und 501 nm aufweisen; vierzehn Schichten mittelbrechende Schichten M1 bis M14 sind, aus ZnS (Zinksulfid) bestehen und individuelle Schichtdicken von 30 nm, 80 nm, 30 nm, 30 nm, 30 nm, 392 nm, 449 nm, 124 nm, 296 nm, 208 nm, 287 nm, 259 nm, 280 nm und 47 nm aufweisen; zehn Schichten hochbrechende Schichten H1 bis H10 sind, aus Ge (Germanium) bestehen und individuelle Schichtdicken von 422 nm, 20 nm, 581 nm, 390 nm, 1 10 nm, 134 nm, 1 13 nm, 20 nm, 33 nm und 93 nm aufweisen. Zwischen den Schichten L3 und L4 ist die mittelbrechende Schicht M4 vorhanden. Die Abfolge der Schichten des Stapels 2 über dem Substrat 3 ist Fig. 13 zu entnehmen. Die mittelbrechenden Schichten M1 bis M14 weisen Druckspannungen, die niedrigbrechenden Schichten L1 bis L6 sowie die hochbrechenden Schichten H1 bis H10 weisen Zugspannungen auf.
Das optische Bauelement 1 gemäß der siebenten Ausführung weist, wie in Fig. 14 schematisch gezeigt, in einem Wellenlängenbereich eines ersten atmosphärischen Fensters von etwa 3,1 bis 5 μιτι eine Reflektivität von angestrebten etwa 50 % sowie über den Wellenlängenbereich des zweiten atmosphärischen Fensters von etwa 7,6 bis 13 μιη) eine Reflektivität von wenigstens 90 % auf. Die Höchstwerte der Reflektivität werden etwa in den Wellenlängenbereichen von 8 bis 1 1 ,5 μιτι erreicht.
Anhand des ersten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 soll das erfindungsgemäße Verfahren zur Konstruktion eines optischen Bauelements 1 für den IR-Bereich in seinen Grundzügen erläutert werden.
Zuerst werden die gewünschten technischen Eigenschaften des zu konstruierenden optischen Bauelements 1 festgelegt. Das optische Bauelement 1 soll über einen Abschnitt im Wellenlängenbereich von 3,7 bis 4,3 μιτι des ersten atmosphärischen Fensters und über einen Abschnitt im Wellenlängenbereich von 7,5 bis 10 μιτι des zweiten atmosphärischen Fensters Reflektivitäten von jeweils mindestens 90 % aufweisen. Eine Reflektivität zwischen den genannten Abschnitten ist nicht vorgegeben. Zudem sollen in dem optischen Bauelement auftretende Spannungen gering gehalten und eine geringe Gesamtschichtdicke erhalten werden Es soll also ein Dual Band Reflektor mit den vorstehend genannten technischen Eigenschaften konstruiert werden. Als Material der niedrigbrechenden Schichten soll YbF3, als Material der hochbrechenden Schichten soll Ge verwendet werden. Beide weisen Zugspannungen (negative Spannungskoeffizienten) auf.
Die gewünschten technischen Eigenschaften werden als Eingangsdaten in eine Simulationssoftware eingegeben und eine Simulation durchgeführt. Als Ergebnis wird virtuell ein simuliertes optisches Bauelement erhalten, das eine Schichtenfolge aus einer hochbrechenden Schicht H1 (Schichtdicke: 698 nm), einer niedrigbrechenden Schicht L1 +L2 (702 nm) sowie einer weiteren hochbrechenden Schicht H2+H3 (1 190 nm) aufweist. Die niedrigbrechende Schicht L1 +L2 wird nun in zwei Teilschichten L1 und L2 unterteilt und eine mittelbrechende Schicht M2 als„Kompensationsschicht" eingefügt. Auch die hochbrechende Schicht H2+H3 wird unterteilt und eine mittelbrechende Schicht M3 eingefügt. Zur Haftvermittlung zwischen der hochbrechenden Schicht H1 und der niedrigbrechenden (Teil-)schicht L1 wird eine mittelbrechende Schicht M1 eingefügt. Alle mittelbrechenden Schichten sind aus ZnS und weisen Druckspannungen (positiver Spannungskoeffizient) auf. Das derart modifizierte simulierte optische Bauelement wird in einer weiteren Simulation unter Berücksichtigung aller vorgenommenen Modifizierungen erneut simuliert. Dabei werden die Schichtdicken des modifizierten simulierten optischen Bauelements so angepasst, dass deren Abfolge unverändert bleibt, die individuellen Schichtdicken aller Schichten aber neu berechnet werden. Es wird ein optisches Bauelement 1 mit den gewünschten technischen Eigenschaften erhalten.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nur die individuellen Schichtdicken der mittelbrechenden Schichten angepasst.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Konstruktion eines optischen Bauelements (1 ) für den IR-Bereich, mit den Schritten:
a) Festlegen von erwünschten technischen Eigenschaften des optischen Bauelements (1 ),
b) Simulieren eines die gewünschten technischen Eigenschaften aufweisenden optischen Bauelements, wobei das simulierte optische Bauelement eine Schichtenfolge (2) von übereinander gestapelten Schichten mit mindestens einer niedrigbrechenden Schicht (L1 bis L6), deren Brechzahl in einem Bereich von 1 ,35 bis 1 ,7 liegt, und einer hochbrechenden Schicht (H1 bis H10), deren Brechzahl in einem Bereich von 3 bis 5 liegt, aufweist, c) Erzeugen eines modifizierten simulierten optischen Bauelements durch Unterteilen mindestens einer niedrigbrechenden Schicht (L1 bis L6) des simulierten optischen Bauelements in mindestens zwei Teilschichten und durch Einfügen einer mittelbrechenden Schicht (M1 bis M14) zwischen mindestens zwei der Teilschichten, wobei die Brechzahl der mittelbrechenden Schicht (M1 bis M14) in einem Bereich von 1 ,8 bis 2,5 liegt und deren Spannungskoeffizient ein entgegengesetztes Vorzeichen zu den Spannungskoeffizienten jeder niedrigbrechenden Schicht (L1 bis L6) und jeder hochbrechenden Schicht (H1 bis H10) aufweist,
d) Anpassen der Schichtdicken des modifizierten simulierten optischen Bauelements mittels einer weiteren Simulation so, dass das modifizierte simulierte optische Bauelement die gewünschten technischen Eigenschaften aufweist, und
e) Bereitstellen des Ergebnisses der weiteren Simulation derart, dass Informationen der Schichtenfolge und Angabe der Dicken der Schichten der Schichtenfolge einem Nutzer zugänglich sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) zusätzlich mindestens eine hochbrechende Schicht (H1 bis H10) des simulierten optischen Bauelements in mindestens zwei Teilschichten unterteilt und zwischen mindestens zwei der Teilschichten eine mittelbrechende Schicht (M1 bis M14) eingefügt wird.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2 in einem Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauelements (1 ).
Optisches Bauelement (1 ) für den IR-Bereich, bestehend aus einem Substrat (3) und einem Stapel (2) von übereinander auf dem Substrat (3) gestapelten optischen Schichten mit jeweils individueller Schichtdicke, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Stapel (2) mindestens eine niedrigbrechende Schicht (L1 bis L6), deren Brechzahl in einem Bereich von 1 ,35 bis 1 ,7 liegt, und eine hochbrechende Schicht (H1 bis H10), deren Brechzahl in einem Bereich von 3 bis 5 liegt, aufweist,
- dass mindestens eine niedrigbrechende Schicht (L1 bis L6) in mindestens zwei Teilschichten unterteilt ist und zwischen mindestens zwei der Teilschichten eine mittelbrechende Schicht (M1 bis M14), deren Brechzahl in einem Bereich von 1 ,8 bis 2,
5 liegt und deren Spannungskoeffizienten entgegengesetzte Vorzeichen zu den Spannungskoeffizienten jeder niedrigbrechenden Schicht (L1 bis L6) und jeder hochbrechenden Schicht (H1 bis H10) aufweisen,
- eine Folge der Schichten des Stapels (2) so gewählt, dass in einem Wellenlängenbereich von 0,8 bis 16 μιτι über mindestens zwei Abschnitte dieses Wellenlängenbereichs die Reflektivität der Beschichtung ausgewählte und voneinander unabhängige Werte in einem Bereich von 50 bis 100% Reflektivität betragen.
Optisches Bauelement (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Wahl der Schichtdicke mindestens einer mittelbrechenden Schicht (M1 bis M14) eine vorgegebene Reflektivität des optischen Bauelements (1 ) realisierbar ist.
6. Optisches Bauelement (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungskoeffizienten der mittelbrechenden Schichten (M1 bis M14) positiv sind.
7. Optisches Bauelement (1 ) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Material der niedrigbrechenden Schichten (L1 bis L6) für jede der niedrigbrechenden Schichten (L1 bis L6) separat aus einer Gruppe umfassend YbF3, BaF2, MgF2 und CaF2 ausgewählt ist.
8. Optisches Bauelement (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der mittelbrechenden Schichten (M1 bis M14) für jede der mittelbrechenden Schichten (M1 bis M14) separat aus einer Gruppe umfassend ZnS, ZnSe, SiO und Chalkogenide ausgewählt ist.
9. Optisches Bauelement (1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der hochbrechenden Schichten (H1 bis H10) für jede der hochbrechenden Schichten (H1 bis H10) separat aus einer Gruppe umfassend Ge, Si, PbTe und CdTe ausgewählt ist.
10. Optisches Bauelement (1 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Substrats (3) aus einer Gruppe umfassend Ge, Si, Chalkogenidgläser, Saphir, ZnS, ZnSe, Quarz, Quarzglas, CaF2 und MgF2 ausgewählt ist.
1 1 . Optisches Bauelement (1 ) nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Bauelement (1 ) ein MEMS-Bauteil ist.
12. Verwendung eines optischen Bauelements (1 ) nach einem der Ansprüche 4 bis 10 als schmalbandiges Filter.
13. Verwendung eines optischen Bauelements (1 ) nach einem der Ansprüche 4 bis 10 als Einband-, Dualband oder Mehrbandspiegel.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012010291A1 (de) 2012-05-18 2013-11-21 Jenoptik Optical Systems Gmbh Hybride DLC-Beschichtung für IR-Optiken
US20150192763A1 (en) * 2014-01-06 2015-07-09 Flir Systems, Inc. Coatings for use with long wavelength detection, optical system including the same, and associated methods
US10782460B2 (en) * 2017-05-22 2020-09-22 Viavi Solutions Inc. Multispectral filter
CN109613637B (zh) * 2017-09-30 2021-10-26 张家港康得新光电材料有限公司 装饰膜
CN112363262B (zh) * 2020-10-20 2023-02-24 中国人民解放军国防科技大学 一种用于雷达天线的红外隐身薄膜及其制备方法
CN112596140B (zh) * 2020-11-26 2022-11-01 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种红外长波截止滤光片及制备方法
CN112859208B (zh) * 2021-02-20 2022-05-17 无锡奥夫特光学技术有限公司 一种红外窗口增透保护膜

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3423147A (en) * 1963-10-14 1969-01-21 Optical Coating Laboratory Inc Multilayer filter with wide transmittance band
US3630809A (en) * 1965-01-04 1971-12-28 Monsanto Co Pellucid laminates
US4602847A (en) * 1984-06-04 1986-07-29 Hans Zapfe Method of producing optical elements having interference layers
US4756602A (en) 1987-06-05 1988-07-12 Rockwell International Corporation Narrowband optical filter with partitioned cavity
JP3249992B2 (ja) 1990-12-25 2002-01-28 ミノルタ株式会社 シリコン基板またはゲルマニウム基板用反射防止膜
US6064525A (en) * 1997-03-25 2000-05-16 Glaverbel Optical device including a dichromatic mirror
US6134049A (en) 1998-09-25 2000-10-17 The Regents Of The University Of California Method to adjust multilayer film stress induced deformation of optics
JP3332879B2 (ja) * 1998-12-02 2002-10-07 キヤノン株式会社 ダイクロイックミラー
US6618199B2 (en) 2001-06-05 2003-09-09 Axsun Technologies, Inc. Dual-band fabry-perot mirror coating
DE10134157B4 (de) 2001-07-13 2005-11-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Bauelement mit ultrapräziser Oberfläche und Verfahren zu seiner Herstellung
US6730615B2 (en) * 2002-02-19 2004-05-04 Intel Corporation High reflector tunable stress coating, such as for a MEMS mirror
US7634389B2 (en) * 2003-11-21 2009-12-15 Lsi Corporation Reflectivity optimization for multilayer stacks
JP2006227568A (ja) * 2005-01-19 2006-08-31 Konica Minolta Opto Inc 反射防止膜、光学素子及び光送受信モジュール
CN1808184A (zh) * 2005-01-19 2006-07-26 柯尼卡美能达精密光学株式会社 防反射膜、光学元件和光发送接收模块
TWI249470B (en) 2005-03-09 2006-02-21 Univ Nat Central Structure and method of thermal stress compensation
DE102006034731A1 (de) * 2006-07-27 2008-01-31 Infratec Gmbh Infrarotsensorik Und Messtechnik Durchstimmbares Dualband-Fabry-Perot-Filter

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None *
See also references of WO2013041089A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013041089A1 (de) 2013-03-28
US20140247481A1 (en) 2014-09-04
CN103814326A (zh) 2014-05-21
CN103814326B (zh) 2016-08-17

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