光学镀膜的一个主要特点是它的表面质量。 表面质量决定了光学器件本身的性能。 高品质的光学镀膜起始于光滑的超级抛光的光学基板,其均方根粗糙度是0.05纳米。常规镀膜会在增加光学基板表面的粗糙度,粗糙度取决于所使用的技术。 例如,蒸发技术沉积的薄膜表面均方根粗糙度典型值是1纳米,而离子辅助沉积技术获得的表面均方根粗糙度典型值是0.4纳米。 离子束溅射沉积的薄膜表面均方根粗糙度和超级抛光的基板相当, 为0.05纳米。
高品质的光学镀膜应具有低的光损耗。 光学镀膜内的损耗来自散射和吸收。 离子束溅射产生的薄膜具有很低的总损耗,以至于需要精密的仪器来测量它们。已经有两个独立的研究组公布其测量的镜子的损耗小于百万分之二。 这两个小组都使用牛津仪器离子束溅射沉积系统来制作镜子。
| 激光器的谐振腔是由一些镜面所构成的。激光束会从最高效率的一个镜面穿透发射出来,因此必须在一端对光束进行限制,而另一端使光束最低损耗地出射。 这可通过在反射面增加一层增反膜(HR),在出射面增加一层增透膜(AR)实现。 |
![]() |
| 由于激光棒谐振腔各个面镀膜的情况不同,因此激光棒必须安装在一个可靠的装置上,首先对一个面进行沉积镀膜,然后把激光棒翻转,对另外一个面进行沉积镀膜,同时要保证之前那个面不会被污染。 | ![]() |
|
离子束溅射沉积
|
![]() |
| 通过时间控制器或晶体振荡器在40毫秒内关闭进行工艺控制 • Al2O3 大于 20 nm/ min • Si 大于 20 nm/ min • SiO2 大于 20 nm/ min • Ta2O5 大于 25 nm/ min 均匀性优于 +/- 2 % |
典型的离子束溅射装置布局图 对于激光棒的镀膜,我们使用直接沉积的方法: - 这样侧壁的沉积量最少 -得到均匀的沉积面厚度和轮廓 |
|
使用Ionfab500进行RIBD制备高品质镜面 工艺参数
|
|
工艺参数:
|
参数/工艺 |
镜面镀膜 |
|
SiO2速率(SiO2靶) |
0.5到6.6nm/min |
|
Ta2O5速率(Ta靶) |
1到5.4nm/min |
|
TiO2速率(Ti靶) |
0.5到3.3nm/min |
|
10”托盘上的均匀性[±%] |
<±2% |
|
均匀性的重复性[±%] |
<±2% |
|
折射率的重复性[±%] |
<±0.001 R.I. |
|
SiO2/ Ta2O5 mirror2 镜面损耗 |
<40ppm |
|
表面粗糙度增量 |
<0.02nm |
|
初始衬底的均方根(RMS) |
<0.07nm RMS |
注释:
损耗是在洁净间里对合适的衬底进行测量得出的

50ppm mirror的损耗值是在装入Ionfab500前测量的
|
Optofab3000 ![]() 双波长增透膜膜厚使用Cary 500分光光度计(以玻璃为参考)进行测量
投射率(%)VS波长(nm) |
工艺细节
|
|
运行中的白光光学监视器截图
|
增透膜性能:
评价
|
| 晶片内部均匀性测量如下图所示5个点的数据: | 不同批次的均匀性(重复性)通过求取连续5个批次的晶片的平均值获得。 |
![]() |
折射率均匀性的计算方法如下:
折射率均匀性的计算方法如下:
![]() |