Beschichtungsprozesse / Auftragsfertigung
Abb. 1: Spektrale Charakteristik eines Kurzpassfilters im Design und als hergestelltes Schichtsystem
Die optischen Eigenschaften von Interferenz-Schichtsystemen werden durch die Dicke der einzelnen Schichten, deren Reihenfolge und Dispersionseigenschaften bestimmt. Für die Modellierung des Übertragungsverhaltens optischer Schichtsysteme stehen kommerzielle Computerprogramme zur Verfügung, die bei bekannten Materialparametern Vorschläge für das Design, d.h. den Aufbau des Schichtstapels, liefern und evaluieren können. Eine solche Programm-Umgebung ist beispielsweise die vom LZH entwickelte Software ‚SPEKTRUM’, die besonders auf die Bedürfnisse von industriellen Schichtherstellern ausgerichtet ist (Abb. 1).
Der wesentliche Forschungsaufwand für die Herstellung von Schichtsystemen höchster Qualität liegt heutzutage in der Entwicklung und Optimierung angepasster Depositionsprozesse und Materialkombinationen für die angestrebten Anwendungen. Für die Herstellung werden im industriellen Umfeld immer noch überwiegend thermische Beschichtungsverfahren eingesetzt, bei denen die Schichten durch Aufdampfen der gewünschten Materialien auf die Optikkomponenten im Vakuum aufgebracht werden. Mit den in letzter Zeit stark gestiegenen Qualitätsanforderungen der modernen Präzisionsoptik und insbesondere der Lasertechnik können diese Verfahren jedoch nicht mehr Schritt halten (Abb. 2).
Abb. 2: Beschichtete optische Komponenten für die moderne Präzisionsoptik
Hier wurden verbesserte Prozesskonzepte (IAD: Ion-Assisted Deposition) entwickelt, bei denen die kondensierende Schicht mit einem zusätzlichen niederenergetischen Ionenstrom beaufschlagt wird. Durch Impulsübertrag gewinnen die Beschichtungsmoleküle auf der Schichtoberfläche eine zusätzliche Beweglichkeit und können so die energetisch günstigsten Positionen im wachsenden Schichtgefüge besetzen. Damit verbunden ist eine deutliche Verdichtung der Beschichtung, die dann gegenüber einfach aufgedampften Schichten eine erheblich gesteigerte Stabilität und verbesserte optische Eigenschaften besitzt. Eine weitere Verbesserung erlaubt das Ionenstrahl-Zerstäuben (IBS: Ion Beam Sputtering), bei dem das Beschichtungsmaterial durch hochenergetische Ionen direkt von einem Target abgestäubt wird. Die mit dem Verfahren erzeugten Schichtsysteme besitzen die besten heute bekannten strukturellen und optischen Eigenschaften. Eine anwendungsnahe Optimierung optischer Funktionsschichten schließt die genaue Kenntnis der Wirkungszusammenhänge der Prozessparameter mit den Eigenschaften der hergestellten Beschichtungen mit ein. Eine weitere Herausforderung ist hier auch eine präzise Online-Überwachung der vielen Prozessparameter.
