bedrijfsnieuws over Een Gids voor Filtercoatingtypes en -selecties

Een Gids voor Filtercoatingtypes en -selecties

I. Kerncoatingtypes en -functies
De functionele diversiteit van filters komt voornamelijk voort uit combinaties van verschillende coatinglagen in hun ontwerp:

1. 1. Anti-reflectie (AR) Coating:

   • Functie: Primaire doel is het verminderen van reflectieverlies op optische oppervlakken voor specifieke golflengten of banden, waardoor de transmissie aanzienlijk wordt verbeterd. Het is de meest gebruikte basiscoating.

   • Principe: Maakt gebruik van interferentie-annulering van enkele of meerlaagse films om gereflecteerde lichtgolven elkaar te laten opheffen.

   • Toepassing: Te vinden op oppervlakken van bijna alle hoogwaardige optische componenten (lenzen, prisma's, vensters, sensorbeschermers). Enkellaagse AR-coatings (bijv. MgF₂) zijn gebruikelijk voor centrale zichtbare golflengten, terwijl breedband AR-coatings (bijv. meerlaagse breedband AR) bredere spectra dekken (bijv. het gehele zichtbare of NIR). Belangrijkste specificaties zijn minimale reflectie, werkbandbreedte, tolerantie voor invalshoek en milieuduurzaamheid.

   • 
     

2. 2. Cut-Off Coating:

   • Functie: Vormt de functionele kernlaag voor spectrale "uitsnijding":

     • Shortpass: Zendt licht door dat korter is dan een specifieke afsnijgolflengte, en reflecteert/absorbeert langere golflengten.

     • Longpass: Zendt licht door dat langer is dan een specifieke afsnijgolflengte, en reflecteert/absorbeert kortere golflengten.

     • 
       

3. 3. Bandpass Coating: Maakt het mogelijk dat een specifiek golflengtebereik (doorlaatband) wordt doorgelaten, terwijl het licht aan beide zijden sterk wordt gereflecteerd/geabsorbeerd.

4. 4. Notch Coating: Reflecteert/absorbeert sterk een zeer smal/breed specifiek golflengtebereik (notch-golflengte) terwijl het andere golflengten doorlaat.

   • Principe: Gebruikt zorgvuldig ontworpen meerlaagse stapels van afwisselende materialen met hoge/lage brekingsindex (bijv. TiO₂/SiO₂, Ta₂O₅/SiO₂, Nb₂O₅/SiO₂) om hoge reflectie (cut-off) in specifieke gebieden te creëren via interferentie.

   • Toepassing: Absolute kern van verschillende functionele filters (fluorescentiefilters, laserbeschermingsglazen, kleurenwielen, spectrometercomponenten, biosensing, machine vision). Specificaties zijn streng: centrale golflengte, afsnijgolflengte, doorlaatbandbreedte, gemiddelde doorlaatbandtransmissie, afsnijdiepte, afsnijbreedte, doorlaatbandrimpel, randsteilheid, hoekgevoeligheid, temperatuurstabiliteit, laserbeschadigingsdrempel (LDT).

   • 
     

5. 5. Beamsplitter Coating:

   • Functie: Splitst invallend licht op golflengte of energieverhouding in twee of meer stralen.

   • Types:

     • Dichroïsch: Reflecteert één band, zendt een andere door (een speciale cut-off toepassing).

     • Neutraal: Reflecteert en zendt invallend licht door in een vaste verhouding (bijv. 50:50, 70:30) over een breed spectrum, waarbij de spectrale neutraliteit behouden blijft.

   • Toepassing: Beamsplitters/combiners in microscopen, projectoren, lasersystemen, optische instrumenten. Belangrijkste specificaties: splitsingsverhoudingnauwkeurigheid, spectrale vlakheid, polarisatieafhankelijkheid, hoekafhankelijkheid, apertuuruniformiteit, LDT.

   • 
     

6. 6. Hoog-reflecterende (HR) Coating:

   • Functie: Bereikt een zeer hoge reflectie (>99,9%) bij specifieke golflengten of brede banden.

   • Principe: Gebruikt meerlaagse periodieke structuren (DBR) van materialen met een hoog indexcontrast (bijv. TiO₂/SiO₂) of metaalfilms (Al, Ag, Au).

   • Toepassing: Laserkaviteitsspiegels, interferometerspiegels, reflecterende filters. Belangrijkste specificaties: piekreflectie, bandbreedte, absorptie/strooiverlies, LDT, spanningscontrole.

   • 
     

7. 7. Metaalcoating:

   • Functie: Maakt gebruik van de inherente breed-spectrum absorptie/reflectie van metalen (Al voor UV-Vis, Ag voor Vis-NIR, Au voor IR, Cr voor absorptie).

   • Toepassing: Basis reflecterende lagen (vaak met beschermende lagen), neutrale dichtheidsfilters, straalblokken, openingen. Belangrijkste specificaties: reflectie/absorptiecurve, stabiliteit (oxidatiebestendigheid), oppervlakteafwerking, hechting.

II. Coatingstructuur & Materialen

• 1. Structuur: Enkellaags (eenvoudig), meerlaags (meest voorkomend, afwisselende materialen), gegradueerde index (brekingsindexvariatie voor bredere bandbreedte/hoekprestaties).

• 
  

• 2. Materialen: Diëlektrica (SiO₂, MgF₂, TiO₂, Ta₅O₅, Nb₅O₅, ZnS, ZnSe – weinig verlies) en metalen (Al, Ag, Au, Cr – brede reflectie/absorptie). Selectie gebaseerd op brekingsindex, transparantiebereik, hardheid, stabiliteit, spanning, kosten.

III. Ontwerptheorie & Productie

• 1. Ontwerptheorie: Gebaseerd op dunne-film interferentie (Maxwell's vergelijkingen). Methoden: optische admittantie-matching, vectormethode, computeroptimalisatie (Needle, genetisch algoritme) met software (TFCalc, Essential Macleod).

• 2. Productie:

  • Physical Vapor Deposition (PVD):

    • Thermische verdamping: Traditioneel, lagere kosten, voor middelgrote/kleine batches.

    • Magnetron sputtering: Mainstream high-end proces – dichte lagen, goede hechting, uniformiteit, herhaalbaarheid.

    • Ion Beam Sputtering: Hoogste precisie, beste kwaliteit (lage strooiing/absorptie, hoge LDT), duur.

  • Chemical Vapor Deposition (CVD): Minder gebruikelijk in de optiek.

  • Procescontrole: Diktebewaking (optisch, kwartskristal), afzettingssnelheid, vacuüm/gascontrole, temperatuur, reinheid.

IV. Belangrijkste Toepassingsnormen
Prestaties moeten voldoen aan strenge praktische eisen:

1. 1. Spectrale Prestaties: Centrale/afsnijgolflengte nauwkeurigheid, bandbreedte, transmissie (gemiddeld/piek), afsnijdiepte (OD-waarde, bijv. OD4 = transmissie <0,01%), randsteilheid, doorlaatbandrimpel, achtergrondonderdrukking.

2. 2. Optische Uniformiteit: Consistentie over de opening.

3. 3. Hoekeigenschappen: Spectrale verschuiving met hoek (blauwe verschuiving, bandbreedteverandering).

4. 4. Polarisatie-eigenschappen: Responsverschil op S/P-polarisatie (kritisch bij schuine inval).

5. 5. Oppervlaktekwaliteit: Oppervlakteafwerking (krassen-gaten, bijv. 60-40), vlakheid (bijv. λ/4), golfvoortvervorming.

6. 6. Milieustabiliteit: Temperatuurverschuiving (ppm/°C), vochtbestendigheid (85°C/85% RV), mechanische duurzaamheid (hechting, slijtage), chemische bestendigheid, LDT (voor lasertoepassingen, afhankelijk van golflengte/pulsbreedte).

7. 7. Substraat & Grootte: Glastype (bijv. gesmolten silica, saffier), dikte, afmetingen, afschuining, heldere opening.

V. Toepassingen & Coatingselectie
Coatingtechnologie doordringt alle optische gebieden:

• 1. Beeldvorming & Fotografie: Lens AR, UV/IR cut filters, ND filters, kleurenfilters, polarisatoren.

• 2. Display: Kleurfilters in LCD/OLED, dichroïsche spiegels/kleurenwielen in projectoren.

• 3. Biomedisch/Levenswetenschappen: Fluorescentiemicroscopie (excitatie/emissiefilters, dichroïsch), flowcytometers, analyzers.

• 4. Lasertechnologie: Kaviteitsspiegels, lijnscheidingsfilters, laserveiligheidsbrillen (hoge OD), harmonische generatie kristalcoatings. LDT is cruciaal.

• 5. Spectroscopie: Rooster/prisma AR-coatings; bandpass filters voor golflengteselectie; ND-filters voor intensiteitscontrole.

• 6. Machine Vision/Industriële Inspectie: Kleur/polarisatiefilters voor contrastverbetering/functierecognitie.

• 7. Astronomie: Smalbandfilters voor lichtvervuilingsonderdrukking/specifieke emissielijnen; zonnefilters (hoge veiligheid).

• 8. Communicatie/Sensoren: DWDM-filters in glasvezel; filtering in vezelsensoren.

• 9. Beveiliging/Defensie: IR AR-coatings voor thermische beeldvorming; IR-filters in raketszoekers; laserbeschermingsfilters (hoge OD/LDT).