IBS离子束溅射镀膜工艺助力高损伤阈值激光镜片制备
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作者:陈亚辉 海科思锐
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发布时间 :1天前
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自20世纪30年代左右起，光学镀膜的工业生产已确立了四种基本方法。除溶胶-凝胶沉积（浸涂）和原子层沉积（ALD）外，目前市场上占据主导地位的两种技术为：
LAYERTEC公司会针对每一项应用，结合客户的需求，选择在技术和经济上最为适宜的镀膜技术。本文重点介绍离子束溅射（Ion Beam Sputtering, IBS）镀膜。
Fig. 1 Overview of coating technologies offered by LAYERTEC and their properties
离子束溅射（Ion Beam Sputtering, IBS）镀膜，是当前光学镀膜领域公认的顶级技术之一，尤其适合对性能要求极端苛刻的应用场。简单来说，它的核心优势可以用三个词概括：致密、低损耗、高损伤阈值。
Fig. 2 Schematic of ion beam sputtering (IBS)
离子束溅射（IBS）技术配合射频离子源工作，这类设备通常用于卫星推进。氩离子在大约 1.5 kV 的电压下被加速，轰击金属靶材。靶材上的镀膜材料被溅射下来，并凝结在垂直旋转的基片夹具上。对于标准离子束溅射设备，均匀的镀膜分布范围仅限于直径约 30 厘米的区域。在离子束溅射（IBS）中，离子在独立的离子源中产生，并被精确地导向靶材。该结构可对工艺参数进行精准调控，并通过工艺区域的空间分离最大限度地减少污染。 在先进系统中，反应性气体（通常为氧气）通过第二个离子源引入，从而提高反应活性，获得致密且均匀的涂层。 与磁控溅射不同，IBS中离子源、靶材和基片这三个关键部件在物理上相互分离，因而可制备出光学性能更优、表面极为光滑且重复性极高的涂层。
核心技术优势
IBS技术通过高能离子束轰击靶材，使溅射出的原子以极高能量沉积在基底上，形成了其他技术难以比拟的薄膜特性：▲近乎完美的致密性：IBS薄膜的密度接近块状材料，几乎没有微观孔隙。这使得薄膜完全不吸收水汽，光学性能在各种温度、湿度环境下都异常稳定，甚至可以用于太空环境。▲极低的光学损耗：由于薄膜极其光滑（粗糙度可至原子级）且致密，它对光的吸收和散射损耗极低。这是它能制造出反射率大于99.99%的超级反射镜的根本原因。▲超高激光损伤阈值（LIDT）：高致密性和极低的缺陷密度，使IBS镀膜能够承受极高功率的激光照射。例如，在1064nm波长下，典型损伤阈值可达30 J/cm²，部分甚至能超过60 J/cm²，是高能激光器件的首选。
主要应用领域
▲高功率激光系统：用于制造激光反射镜、窗口、透镜等，能够承受连续或脉冲高能激光的冲击。▲超快（飞秒）激光：通过精确控制群延迟色散（GDD），实现对超短脉冲宽度的保持或补偿。▲精密测量与导航：例如激光陀螺仪和引力波探测（如LIGO），这些设施需要损耗低至百万分之一（ppm）级别的反射镜，IBS是唯一能满足要求的技术。▲高端光谱与通讯：制造具有陡峭过渡带、极高温度稳定性的密集波分复用（
总结
离子束溅射镀膜（IBS）工艺可制备出致密的、耐久强且损伤阈值高的镀膜。当用户对于镀膜的性能非常注重时，离子束溅射镀膜（IBS）工艺是绝佳的选择。Layertec GmbH公司采用了专有的原位工艺控制技术，能够以极高的精度沉积复杂的薄膜结构。通过直接监控基板上的沉积薄膜以及使用端到端自动化技术，离子束溅射镀膜（IBS）工艺生产的Layertec反射镜能够沉积几百层薄膜，并确保每层都达到纳米级的重复精度。
Fif. 3 LAYERTEC’s technical manufacturing capabilities
关于 LAYERTEC
LAYERTEC 公司成立于 1990 年，是耶拿弗里德里希·席勒大学的衍生企业。我们为激光应用生产最高品质的光学元件，波长范围覆盖从真空紫外（130 nm）到近红外（约 7 μm）。自 20 世纪 90 年代初以来，我们的产品已广泛应用于世界各地的工业、大学和研究机构。近年来激光技术领域的许多重要发展都得到了 LAYERTEC 产品的支持。 我公司将高精度光学制造与多种先进镀膜系统（磁控溅射和离子束溅射、热蒸发、离子辅助电子束蒸发）相结合。这种独特的组合使我们能够从研磨、抛光、清洗到最终镀膜的整个生产过程中，全程控制和确保光学元件的质量。 目前，LAYERTEC 在精密光学制造领域拥有约 400 名员工，并运营着 45 套最先进的镀膜系统。多样的镀膜技术使我们能够通过溅射镀膜和蒸发镀膜、氟化物和氧化物、电介质和金属，覆盖从真空紫外到近红外的整个波长范围。这些设备的不同产能使我们既能面向大客户生产系列产品，也能为研究机构生产小批量产品，以及为研发提供原型样品。
Fig. 4 LAYERTEC in Numbers 北京海科思锐光电仪器有限公司作为Layertec公司在中国的正式授权代理商，负责其宣布产品在中国的市场推广、销售以及售后服务。随着中国激光技术的高速发展，北京海科思锐对Layertec激光镜片的销售额保持着年均30%以上的增长速度，已经与众多国内激光器核激光设备企业和科研单位建立了长期的合作关系，成为高端激光镜片最重要的供应商之一。
