Antireflexbeschichtung für stark gekrümmte Linsen mittels ALD

Antireflex (AR)-Beschichtungen werden standardmäßig in modernen optischen Systemen für verschiedene optische Elemente verwendet. Ohne sie würden sich an jeder Grenzfläche die Intensität des transmittierten Lichtes und damit die Effizienz des gesamten Systems verringern. Zudem führen Reflexe an den Oberflächen zu Geisterbildern und verschlechtern die Auflösung. Zunehmend kommen sehr stark gekrümmte Linsen insbesondere in Objektiven zum Einsatz. Eine gleichmäßige Beschichtung dieser Elemente mittels konventioneller Beschichtungstechnologien ist äußerst schwierig.

Forschern des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena ist es nun gelungen, Antireflexbeschichtungen zu demonstrieren, die auf dem Verfahren der Atomlagenabscheidung (engl. »Atomic layer deposition«, ALD) basieren. Dabei handelt es sich um eine chemische Beschichtungstechnologie bei dem die Ausgangsstoffe (sogenannte Präkursoren) sequentiell in die Reaktionskammer gepulst werden. Das Schichtwachstum entsteht durch selbstlimitierende Oberflächenreaktionen der Präkursoren mit aktiven Gruppen an der Oberfläche. Dreidimensional geformte Substrate können formtreu und mit hoher Schichtdickengenauigkeit beschichtet werden. Während die ALD-Technologie in der Halbleiterindustrie schon etabliert ist, wird sie in der Optik wegen der geringen Wachstumsraten noch kaum eingesetzt. Ziel der Forschergruppe am Fraunhofer IOF Jena um Gruppenleiterin Dr. Adriana Szeghalmi ist es, ALD-Anwendungen für die Optik aufzuzeigen und zu etablieren.

Aktuelle Ergebnisse »Antireflection Coatings for Strongly Curved Glass Lenses by Atomic Layer Deposition« wurden in der Fachzeitschrift „Coatings“ veröffentlicht. Die ALD-Schichtsysteme aus Al2O3/TiO2/SiO2 bzw. Al2O3/Ta2O5/SiO2 gewährleisten eine Entspieglung im sichtbaren Spektralbereich. Im Bereich von 400 nm bis 750 nm wurde auf eine Quarzglas-Halbkugellinse mit einem Durchmesser von 4 mm eine mittlere Restreflexion von kleiner als 0,3 % erreicht. Entlang der gesamten Linsenoberfläche wurden dabei nahezu identische Reflexionsspektren gemessen.

Die Forscher sind überzeugt, dass ALD ein großes Potenzial hat, um dünne optische Schichten abzuscheiden. Aufgrund der sehr guten Konformität von ALD-Beschichtungen gehen sie davon aus, dass das Verfahren zukünftig vermehrt bei der Beschichtung optischer Komponenten, wie z. B. Asphären, konvexen und konkaven Linsen, Zylindern, Kugellinsen und diffraktiven Optiken zum Einsatz kommen wird.


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