Analyse optischer Oberflächen- und Schichteigenschaften

Unser Leistungsangebot

Streulichtmessung und -modellierung

Streulicht tritt an kleinsten Imperfektionen in optischen Komponenten auf und kann die Performance optischer Systeme erheblich beeinträchtigen. Selbst hochwertige optische Komponenten zeigen ein gewisses Maß an Streulicht, was unter anderem zu optischen Verlusten, Störlicht im optischen System und zur Verschlechterung der Abbildqualität führen kann. Detaillierte Kenntnisse über die Streulichteigenschaften sind somit nicht nur für die Qualitätskontrolle, sondern auch zur Optimierung optischer Komponenten und Systeme entscheidend.

Während die Totale Streuung (TS - Total Scattering) eine einfache Zahl für den Streuverlust einer optischen Komponente liefert, bietet die Winkelaufgelöste Streuung (ARS – Angle Resolved Scattering/ BSDF – Bidirectional Scattering Distribution Function) detailliertere Informationen über die Winkelverteilung des gestreuten Lichts. Sie ist daher ein leistungsstarkes Werkzeug zur Analyse der Streulichtursachen, welches für verschiedenste optische Komponenten Anwendung findet - von polierten und beschichteten Oberflächen bis hin zu Nano- und Mikrostrukturen oder Beugungsgittern.

Je nach Eigenschaften der zu analysierenden Probe und deren spezifische Anwendung kann die Streulichtcharakterisierung dabei eine herausfordernde Aufgabe sein. Sie erfordert sorgfältige Überlegungen und eine durchdachte Planung, um präzise und aussagekräftige Ergebnisse zu erzielen. Wir verfügen über 30 Jahre Erfahrung in der Durchführung hochwertiger Streulichtmessungen in verschiedenen Szenarien, die die Quantifizierung und Modellierung von Streulichteigenschaften in einem breiten Spektrum - vom DUV über das Sichtbare bis zum IR - ermöglichen.

Das Fraunhofer IOF ist auf die Analyse verschiedener optischer Probleme spezialisiert. Wir finden die passende Messstrategie für Ihre Fragestellung, führen hochpräzise Streulichtmessungen durch und interpretieren die Ergebnisse zur Unterstützung Ihrer Entwicklung.

Wir bieten an:

• Durchführung hochpräziser Streulichtmessungen
• Bestimmung von Gesamt-Streulichtverlusten, Identifizierung von Inhomogenitäten, Anisotropien etc.
• Streulichtmodellierung zur Vorhersage der Streuung von Oberflächen, Schichten und optischen Materialien basierend auf der Analyse der Oberflächenrauheit und umgekehrt
• Verknüpfung von Streulichteigenschaften mit Oberflächenimperfektionen (Rauheit, Defekte, Sub-Surface-Damage etc.), Fertigungsprozessen, Optik- und Schichtdesign, sowie funktionalen Eigenschaften (Benetzung, Laserstabilität, etc.)
• Entwicklung kundenspezifischer Messsysteme für Ihre Charakterisierungsaufgaben

Parameter

• ARS oder BSDF entsprechend ISO 19986 oder SEMI/ASTM1392
• TS entsprechend ISO 13696
• Reflexionsgrad, Transmissionsgrad, Beugungseffizienz
• Wellenlängen von DUV (193 nm) bis IR (10,6 µm)
• Höchste Sensitivität, hoher Dynamikbereich (BSDF < 10-8 sr-1 im VIS/NIR)

Streulichtmesssysteme nach Maß
Neben Messungen mit unseren In-House entwickelten Laborsystemen bieten wir die Entwicklung maßgeschneiderter Messsysteme und kompakter Sensoren an, die bei Ihnen vor Ort und sogar direkt in Fertigungsprozessen eingesetzt werden können.

Absolute Absorptionsmessung

In zahlreichen Anwendungsbereichen – von der Lasermaterialbearbeitung bis zur Quantentechnologie und Raumfahrt – erfordern neue Entwicklungen immer niedrigere Lichtabsorptionseigenschaften der optischen Komponenten. Wir adressieren Ihre Anforderungen durch absolute Absorptionsmessungen in optischen Materialien und Dünnschichten über einen breiten Wellenlängenbereich vom tiefen UV bis zum Infrarot. Unsere LID-Technik („Laser induced deflection“) kombiniert auf einzigartige Weise photothermische Messungen mit elektrischer Kalibrierung für zuverlässige absolute Absorptionsdaten.

Wir bieten an:

• Kundenspezifische Messdienstleistungen zur direkten Bestimmung und Analyse der Absorption in verschiedenen optischen Materialien und Schichten
• Maßgeschneiderte Messsystementwicklungen für Ihre Anwendung

Parameter

• Höchste Sensitivität (sub ppm-Niveau)
• Zuverlässige absolute Kalibrierung
• Angepasste Messkonzepte für verschiedene Probengeometrien
• Keine Laser-/Wellenlängeneinschränkungen (gepulste und cw-Lichtquellen, DUV-IR-Spektralbereich)​
• Bulk-Materialien / Schichten / Fasern​

Mit unseren speziell entwickelten Messkonzepten können wir Herausforderungen angehen, die mit anderen Ansätzen schwer zu lösen sind, wie beispielsweise die sensitive Messung auch von Materialien mit geringen photothermischen Reaktionen und die Analyse (im VIS) nicht transparenter Materialien.

Reflexion, Transmission & Optische Schichtparameter

Die optische Performance ist ein zentrales Qualitätsmerkmal für optische Komponenten und Schichten. Das Verständnis zugrundeliegender optischer Parameter und Konstanten (R, T, n, k, etc.) ist daher entscheidend für die Entwicklung und Optimierung. Von Breitband-Antireflexeigenschaften bis hin zu ultrahochreflektierenden Laserspiegeln - je nach Anwendung stehen dabei unterschiedliche Herausforderungen im Vordergrund, die maßgeschneiderte Herangehensweisen für die Messtechnik erfordern. Mit unserem umfangreichen Portfolio an Mess- und Analyseverfahren wählen wir den optimalen Ansatz aus und passen das Messprogramm gezielt an Ihre spezifischen Fragestellungen an:

• Mit Spektralphotometern bestimmen wir Reflexions- und Transmissionseigenschaften über einen breiten Wellenlängenbereich. Die am Fraunhofer IOF speziell entwickelten VN-Messeinsätze erlauben dabei eine Reflexions- und Transmissionsmessung mit identischem Messfleck auf der Probe.
• Für extrem verlustarme Spiegel mit einer Reflexion von mehr als 99,9%, die mit Standard-Reflexionsmessungen wie der Spektralphotometrie nicht mehr zu erreichen sind, setzen wir die Cavity Ring-down (CRD)-Technik ein. Damit werden hochgenaue Reflexionsmessungen von 99,99% oder sogar 99,999% ermöglicht.
• Mittels Ellipsometrie lassen sich optische Schichtkonstanten wie die Brechungsindex n, Absorptionskoeffizient k, Schichtdicke oder Phasenshift spektral oder ortsaufgelöst bestimmen.

Wir bieten an:

• Zugeschnittene Mess- und Analysedienstleistungen (Spektrale R/T-Messungen, hochsensitive Reflexionsmessungen, Bestimmung der optischen Konstanten, Schichtdicke, thermischer und Vakuumshift, Phasenshift)
• Entwicklung von VN-Einsätzen für die Spektralphotometrie (z. B. für die GPOB von Perkin Elmer für Einfallswinkel von 6° und 45°)
• Entwicklung kundenspezifischer CRD-Messsysteme

Parameter
Spektralphotometrie

• Absolutmessung R/T bei variablen Einfallswinkeln (T: 0° - 89°, R: 5,1° - 85°), Spektralbereich 200-2500 nm
• Messungen an gekrümmten und kleinen Oberflächen mit dem Mikrospektrometer (Messfleck 17-70 µm)
• FTIR-Spektralphotometrie mit einem erweiterten Messbereich im IR (Spektralbereich 1.3 – 25 µm)

Cavity Ring Down

• Reflexionswerte > 99,999 %
• Messungen an bis zu 2“ großen Proben bei senkrechtem Einfall und/oder 10° - 45°
• Wellenlängenbereich: 355 – 1550 nm

Ellipsometrie

• Messung unter variablen Winkeln im Spektralbereich 200-2500 nm
• Bildgebende Ellipsometrie im Spektralbereich 360 nm – 1000 nm, laterale Auflösung < 1 µm