Auswahlmatrix für optische Beschichtungen: IR-Sperre, AR, Farbe und Quarzfenster

Beschichtungsfamilien sind leicht zu verwechseln, weil sie alle Dünnschichtstapel sind, die in denselben Kammern entstehen. Unterschiedlich ist die Funktion: Manche Beschichtungen maximieren das durchgelassene Licht, manche entfernen ein Band, manche erzeugen Farbe, und manche schützen das Substrat vor der Umgebung. Diese Matrix zeigt, wie man zwischen ihnen wählt und welche Zahlen in die Spezifikation gehören.

Einkaufsleitfäden in der Praxis

Dieser Artikel fasst die praktischen Hinweise zusammen, die wir am häufigsten geben, wenn Kunden uns um die Spezifikation dieser Produktreihe bitten – zusammen mit den Zahlen, die hinter jeder Empfehlung stehen.

Antireflexbeschichtungen: mehr Licht, weniger Blendung

Eine AR-Beschichtung existiert, um die Reflexion an einer Fläche zu reduzieren. Unbeschichtetes optisches Glas reflektiert etwa vier Prozent je Fläche, ein zweiseitiges Fenster verliert also fast acht Prozent des Lichts und erzeugt dabei die Geisterbilder, die Nutzer zuerst bemerken. Eine einlagige Magnesiumfluoridbeschichtung bringt jede Fläche auf etwa eineinhalb Prozent; ein mehrschichtiger Breitbandstapel erreicht unter ein halbes Prozent und bei Präzisionsarbeit unter ein Viertel Prozent. Spezifizieren Sie das Band, die mittlere und die ungünstigste Reflexion, die Trübung und die zulässige Farbe der Restreflexion. In den meisten Systemen trägt die zweite Fläche ebenso viel reflektiertes Licht bei wie die erste, eine Spezifikation, die nur eine Fläche beschichtet, verschenkt also den größten Teil der möglichen Verbesserung.

IR-Sperrbeschichtungen: sichtbares Licht von nahem Infrarot trennen

Siliziumsensoren reagieren auf nahes Infrarot, das sonst die Farbe auswaschen würde. Eine IR-Sperrbeschichtung reflektiert dieses Band mit einem Interferenzstapel, hält das Bauteil kühl und den Übergang steil – typischerweise 10 bis 30 Nanometer – bei einer Transmission im Sichtbaren über 90 Prozent und einer Sperrung von OD2 bis OD4. Der Haken ist der Winkel: Die Kante verschiebt sich mit steigendem Einfallswinkel zu kürzeren Wellenlängen, ein Weitwinkelsystem braucht also entweder einen breiteren Übergang, ein absorbierendes Element oder eine gelockerte Farbtoleranz über das Feld. Spezifizieren Sie die Cut-on-Wellenlänge, die Sperrtiefe, die Kantensteilheit und vor allem den Einfallswinkel, bei dem die Kurve gemessen wird.

Farb- und dichroitische Beschichtungen: eine Wellenlänge erzeugen statt entfernen

Farbfilter, die durch Beschichten statt durch Färben entstehen, behalten ihre Farbe dauerhaft, weil es keinen organischen Farbstoff gibt, der ausbleichen könnte. Das Design legt ein Durchlassband, einen Übergang und ein Sperrniveau außerhalb des Bandes fest, und dasselbe Verfahren kann mehrere Farben auf einer Platte platzieren oder ein Logo in einer definierten Farbe drucken. Die Toleranz teilt sich in zwei Systeme: die spektrale Toleranz, typischerweise plus oder minus fünf Nanometer bei einer dominanten Wellenlänge und zwei Nanometer bei einer Präzisionskante, und die geometrische Passergenauigkeit, typischerweise plus oder minus 0.05 mm bei gemusterten Teilen. Beides gehört auf die Zeichnung, zusammen mit dem Akzeptanzwinkel und dem maximalen Fluss, dem das Bauteil ausgesetzt wird.

Beschichtungen für Quarz-, Saphir- und IR-Fenster

Fenster im Ultravioletten, in Hochenergie-Laserstrahlengängen oder im mittleren Infrarot bauen auf Werkstoffen auf, die sich anders verhalten als gewöhnliches optisches Glas. Quarzglas transmittiert ab etwa 185 Nanometern und toleriert hohe Laserenergie; Saphir ergänzt Härte und reicht bis etwa 4.5 Mikrometer; Germanium, Silizium und Zinkselenid decken die thermischen Bänder ab. Beschichtungen auf diesen Substraten müssen die Absorption beherrschen und nicht nur die Reflexion, denn absorbierte Energie wird Wärme, und Wärme wird Fokusverschiebung. Spezifizieren Sie die Laserzerstörschwelle bei Betriebswellenlänge und Pulslänge und verifizieren Sie sie an Belegmustern aus derselben Materialcharge, statt sich allein auf ein Zertifikat zu verlassen.

Dauerhaftigkeit und Umgebungsbeschichtungen

Der Funktionsstapel ist nur die Hälfte der Spezifikation; die Außenfläche entscheidet, wie sich das Bauteil im Feld verhält. Harte Oxidschichten bestehen Bleistift- und Stahlwolle-Abriebtests, was auf jeder Fläche zählt, die ein Nutzer berührt. Hydrophobe und oleophobe Deckschichten lassen Regen und Fingerabdrücke abperlen statt verschmieren und werden üblicherweise mit einem Wasserkontaktwinkel über 100 Grad plus einer Abriebkennzahl spezifiziert, weil die Schicht durch Wischen verbraucht wird. Antistatische Schichten reduzieren die Staubanziehung, wo Sauberkeit zählt, und Sperrschichten verhindern die Alkalimigration in feuchten Umgebungen auf alkalihaltigen Substraten.

Die Beschichtung auf die Anwendung abstimmen

Die verlässliche Auswahlreihenfolge lautet: das Band bestimmen, das das System durchlassen muss, das Band bestimmen, das es sperren muss, den Akzeptanzwinkel festlegen und dann die Beschichtungsfamilie wählen, die alle drei zu akzeptablen Kosten erfüllt. Erst danach ist es sinnvoll, das Substrat zu wählen, weil das Substrat die effektive optische Dicke jeder Schicht verändert. Die wiederkehrenden Fehler sind eine nur für Sichtbares ausgelegte AR-Beschichtung in einem System, das auch unter 850-Nanometer-Beleuchtung arbeitet, eine dichroitische IR-Sperre vor einem Weitwinkelobjektiv und das Beschichten nur einer Fläche, wenn die Rückseite die dominierende Streulichtquelle ist. Jeder davon ist ein Spezifikationsfehler und kein Fertigungsfehler, und jeder wird behoben, indem man die Anwendung in die Zeichnung schreibt.

Auswahldaten auf einen Blick

Häufig gestellte Fragen

← Alle 200 Artikel