Optische Beschichtungen

Optische Beschichtungen / PVD Coating

Die Pleiger Laseroptik bietet metallische und dielektrische Beschichtungen (PVD Beschichtungen) für alle Anwendungen vom UV bis Infrarot. Wir beschichten Metalle wie beispielsweise Kupfer und Aluminium sowie Halbleiter und Gläser. Beschichtungen aus Metallen sind aufgrund der guten Reflexion für breitbandige Anwendungen oft ausreichend. Für Laseranwendungen und Systeme entwickeln wir zudem Beschichtungen. Auf Kundenwunsch legen wir diese Beschichtungen auf Kundenspezifikationen aus und passen sie den Anwendungen an. Pleiger beschichtet seit über 20 Jahren im Kundenauftrag und hat in dieser Zeit weit über 1 Millionen Optiken beschichtet. Wir zeichnen uns durch eine große Erfahrung in der Beschichtung von beigestellten Substraten aus. Dies können Einzelteile bis hin zu Großserien sein.

Optische Beschichtungen finden ausschließlich im Hochvakuum statt. Um die gewünschten optischen Eigenschaften zu erreichen, müssen die einzelnen Schichten und ihre Eigenschaften sehr genau eingehalten werden. Die meisten werden durch thermisches Aufdampfen hergestellt. Dazu befinden sich am Boden der Beschichtungsanlage die Verdampfer während man die zu beschichtende Optike in einer drehenden Kalotte fixiert.

Beschichtungen – Metalle

Optische Beschichtungen aus Metallen erhöhen die Reflexion einer Oberfläche. Dabei haben Metalle (Gold, Silber und Aluminium) je nach Bereich ihre Vor- und Nachteile. Die Wahl fällt daher anhand der Anwendung. Wir beschichten Metalle, Halbleiter sowie alle gängigen optischen Gläser.

Gold ist darüber hinaus das Material der Wahl für alle Anwendungen im IR. Es kann jedoch erst ab einer Wellenlängen von 700 nm eingesetzt werden. Aufgrund seiner geringen Härte verkratzt es schnell. Wir empfehlen daher es zusätzlich mit einer dielektrischen Schicht zu versehen.

Datenblatt Gold mit Schut

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Reflexion Silber mit Schutz VIS NIR

Silber wird ferner ausschließlich vom VIS bis IR verwendet. Bei Kontakt mit Luft läuft es jedoch an. Es muss deshalb immer mit einer Schutzschicht abschließend geschützt werden.

Datenblatt Silber mit Schutz

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Reflexion Silber mit Schutz VIS NIR

Aluminium ist leicht zu verdampfen (PVD coating) und wird aus diesem Grund vom UV bis NIR verwendet. Es ist das am häufigsten genutzte Material für die Fertigung von Spiegeln. Die Reflexion von Aluminium fällt jedoch mit der Zeit. Grund ist die Bildung von Oxid auf der Oberfläche. Gleichzeitig schützt dieses die Oberfläche vor weiterer Oxidation.

Datenblatt Aluminium mit Schutz

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Aluminium mit Schutz Beschichtung

Rhodium / Platin / Chrom

Rhodium ist ein hochschmelzendes Edelmetall, welches sehr harte und zudem chemisch stabile metallische Schichten ermöglicht. Es wird daher häufig in der Zahnmedizin eingesetzt.

Platin wird ebenfalls eingesetzt wenn eine hoch stabile Spiegelfläche benötigt ist. Es läuft nicht an und wird weder von aggressiven Gasen noch  Flüssigkeiten angegriffen.

Die Reflexion von Rhodium, Platin und Chrom liegt jedoch unter denen welche metallischen Beschichtungen wie Gold, Silber oder Aluminium erreichen. Aufgrund ihrer Stabilität sind sie trotzdem für Anwendung unter extremen Bedingungen eine Alternative.

optische beschichtungen

Beschichtungen – Laser

Optische Beschichtungen aus Metallen haben teilweise beträchtliche Absorptionsverluste. Aus diesem Grund ist für viele Anwendungen die Reflexion zu gering.

Eine Möglichkeit die Reflexion zu erhöhen ist, auf eine Metallschicht zusätzlich dielektrische Schichten auf zu bringen. Dieses verringert die Absorption und verbessert die Reflexion. Für hochreflektierende Spiegel verwendet man hingegen ausschließlich dielektrische Beschichtungen. Diese transmittieren den nicht reflektierten Teil und können somit sehr niedrige Absorptionswerte erreichen. Diese Schichtsysteme werden auf eine Wellenlänge  bzw. Laser optimiert und erreichen so Reflexionswerte von bis zu 99,9%.

Beschichtungen für CO2 Laser sind ausgelegt und hergestellt für höchste Ansprüche. Eingesetzt werden sie in den Bereichen Laser Schneiden, Laser Markieren und bei internen Optiken.

  • Optimiert für 10,6 µm

Datenblatt-CO2

  • Optimiert für 10,6 µm und 633 nm

Datenblatt-CO2 & 633

  • Optimiert für 10,6 µm / Cavity

Datenblatt-CO2 cavities

optische Beschichtungen

Für YAG und Faser Laser bieten wir optische PVD Beschichtungen als all-dielectric oder Enhanced Gold.

  • Nd:YAG Laser: 1064 nm
  • Faserlaser: 940-970 nm

Datenblatt-YAG/Faser

 

Andere Lasertypen auf Anfrage.

optische Beschichtungen

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Materialien

Pleiger beschichtet beigestellte Optiken aus einer großen Anzahl Materialien. Metalle wie Kupfer und Aluminium werden beispielsweise als Spiegel eingesetzt. Bei Halbleitern und Gläsern sind Anwendungen als Spiegel aber auch als Linse möglich. Die bereitgestellte Optik reinigen und kontrollieren wir vor der Beschichtung von Hand.

Metalle: Kupfer, Aluminium, Messing, Beryllium, Edelstahl

Halbleiter: Silizium, Germanium, ZnS, ZnSe, SiC

Gläser: BK7, Zerodur, Quarz, und alle gängigen Gläser

Optical Mirrors

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Hier finden Sie unsere Übersicht zu optischen Spiegeln.

PVD Technologie

Optiken werden mit einer PVD Beschichtung veredelt um eine Oberfläche gegen Umwelteinflüsse zu schützen oder ihre optischen Eigenschaften zu verbessern. Die dazu aufgebrachten Schichtdicken liegen  zwischen wenigen Nanometer und einigen Mikrometer. PVD Beschichtungen werden in Gruppen eingeteilt. Man unterscheidet zwischen metallischen und dielektrischen Schichten. Metallische Schichten haben aufgrund ihrer hohen Absorption einen eingeschränkten Einsatzbereich. Dagegen haben dielektrische Beschichtungen eine geringe Absorption und sind daher besonders geeignet für Lasersysteme.

optische Beschichtungen
Chamber

Das Aufbringen von optischen Schichten ist ein komplexer Prozess. Wichtige Parameter sind der Brechnungsindex, die Temperatur des Substrates, das Vakuum sowie die Beschichtungsgeschwindigkeit. Die Wahl der Materialien erfolgt dagegen anhand der optischen, mechanischen und chemischen Eigenschaften.

Der Beschichtungsprozess besteht im wesentlichen aus 7 Schritten. Im ersten Arbeitsschritt bereitet man die Anlage für die Beschichtung vor. Die Verdampfer werden mit Material gefüllt. Bei eine PVD Beschichtung sind dies typischerweise Oxide, Fluoride, Sulfide und Metalle wie Gold, Chrom, Silber und Aluminium. Im zweiten Schritt fixiert man die gereinigten Optiken in der Anlage. Anschließend schließt man die Vakuumkammer und startet die Vakuumpumpen. Nach Erreichen des Startdrucks wird im nächsten Schritt mit der Beschichtung begonnen.

Bei einer rein thermischen Verdampfung aus einem Schiffchen (Molybdän oder Tantal) wird dieses durch Stromfluss aufgeheizt bis der Schmelzpunkt des Beschichtungsmaterials erreicht ist. Die Abscheidung erfolgt dann auf den Optiken mit einer Geschwindigkeit von wenigen nm pro Sekunde.  Die Schichtdicke eines Materials ist abhängig von seiner Funktion. Die meisten Metalle sind ab ~ 100 nm blickdicht. Transparente Materialien wie Oxide werden in ihrer Schichtdicke angepasst auf die Anwendung. So besteht die Möglichkeit die optischen Eigenschaften einer Beschichtung auf eine Welllenlänge, einen Einfallswinkel oder Polarisation anzupassen.

Am Ende der Beschichtung lässt man die Optiken im Vakuum abkühlen und belüftet die Kammer anschließend. Im letzten Schritt werden die optischen Eigenschaften wie Reflexion und Transmission gemessen. Hinzu kommen Tests der mechanischen Eigenschaften wie Haftung, Abriebfestigkeit und Stabilität gegenüber hoher Luftfeuchtigkeit. Thermisch aufgebracht Schichtsysteme zeichnen sich durch ihre geringen Schichtspannungen aus.

Pleiger Laseroptik is a member of the Pleiger Group. More information at www.pleiger.de

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