帶有應(yīng)力補償?shù)耐繉拥尼槍t外線范圍的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于構(gòu)造針對紅外線范圍的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件（1）的方法，在該方法中，確定光學(xué)結(jié)構(gòu)元件（1）的期望的技術(shù)特性，模擬出光學(xué)結(jié)構(gòu)元件（1）并且這個模擬的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件具有由上下堆疊的具有至少一個低折射層（L1至L6）和高折射層（H1至H10）的層構(gòu)成的層序列，其中，低折射層的折射率處于1.35至1.7的范圍內(nèi)，高折射層的折射率處于3至5的范圍內(nèi)。緊接著以如下方式產(chǎn)生經(jīng)修改的模擬的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件，即，將模擬的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的至少一個低折射層（L1至L6）劃分成至少兩個部分層并且將中等折射層（M1至M14）補入其中至少兩個部分層之間，其中，中等折射層（M1至M14）的折射率處于1.8至2.5的范圍內(nèi)并且其應(yīng)力系數(shù)具有與每個低折射層（L1至L6）和每個高折射層（H1至H10）的應(yīng)力系數(shù)相反的符號。經(jīng)修改的模擬的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的層厚度通過另外的模擬以如下方式進行調(diào)節(jié)，即，使得經(jīng)修改的模擬的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件具有所期望的技術(shù)特性。本發(fā)明也涉及一種針對紅外線范圍的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件（1）。
【專利說明】帶有應(yīng)力補償?shù)耐繉拥尼槍t外線范圍的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件
[0001]技術(shù)范圍
[0002]本發(fā)明涉及一種帶有應(yīng)力補償?shù)耐繉拥挠糜诩t外線范圍的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件，像這種光學(xué)結(jié)構(gòu)元件由DE 101 34 157 Al公知的那樣。
【背景技術(shù)】
[0003]在光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的許多應(yīng)用中越來越多地提出如下要求，S卩，使這些結(jié)構(gòu)元件越來越節(jié)省空間地布置，并且結(jié)構(gòu)元件以及它們必要時存在的涂層可以成本越來越低地并且由少量單個組件來制造。
[0004]這種類型的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件可以用作為所謂的法布里珀羅干涉儀(Fabry-Perot-1nterferometer) ο這種法布里拍羅干涉儀在其基本結(jié)構(gòu)中包括至少兩個通過被稱為共振腔(Re s onator )的中間空間分隔開的彼此相間隔的鏡層(Sp i e ge I s ch i cht)。共振腔的尺寸以及進而其光學(xué)厚度的受控制的可變性可以實現(xiàn)法布里珀羅干涉儀的可調(diào)諧性。
[0005]在示例性說明的文件US 6,618, 199 B2中存在有兩個鏡結(jié)構(gòu)(Spiegelstrukturen),通過它們的間距限定了法布里拍羅干涉儀的共振腔,至少其中一個鏡結(jié)構(gòu)包括可運動的膜片，通過它們靜電力能夠作用到鏡層上，由此可以調(diào)整兩個鏡結(jié)構(gòu)之間的間距。
[0006]通過文件EP I 882 917 Al描述了一種基于法布里珀羅干涉儀的可調(diào)諧的雙頻帶法布里拍羅濾波器(Dual-Band Fabry-Perot-Fi I ter),其用于紅外線測量技術(shù)中并且包含兩個環(huán)境(atmosphaerisch)窗口(3至5和8至12 μπι)。該濾波器主要由在娃基底之上的層堆疊體構(gòu)成。這些層交替地是低折射(折射率1.2至2.5)的或者高折射(3至5.9)的。每個堆疊體(Stapel)具有至少各五個低折射層和高折射層。堆疊體分別布置在各自的反射體載體上，其中，反射體載體通過共振腔分隔開，共振腔的光學(xué)厚度是可調(diào)整的并且由此法布里珀羅濾波器是可調(diào)諧的。
[0007]共振腔也可以通過一個或者多個光學(xué)層來實現(xiàn)，像由文件US 4，756，602 A公知的那樣。在此，共振腔的光學(xué)厚度可以在制造層之前選定，但在制成濾波器之后就不再能改變了或者甚至不再能調(diào)諧了。
[0008]提到的干涉儀和濾波器常常借助MEMS (微機電系統(tǒng))或者晶片級封裝(Waferlevel-Packaging)裝配在娃晶片或者鍺晶片上。在此，在要非常薄地實施的層和很薄的晶片中存在如下問題，即，涂層構(gòu)造得應(yīng)力很低。對出現(xiàn)的應(yīng)力的補償，尤其是在對光學(xué)結(jié)構(gòu)元件及其涂層的表面(平整度)有很高要求的情況下是必需的，像這迄今為止應(yīng)用在倫琴射線范圍和光刻技術(shù)(EUV)中的情況那樣。
[0009]如果要開發(fā)如下雙頻帶反射器，其在兩個彼此分隔開且限定的光譜范圍內(nèi)(例如:在中波紅外線[mid-ware infrared, MWIR]內(nèi)或者在LWIR[長波紅外線，long-wareinfrared]內(nèi))分別具有預(yù)先給定且彼此不同的反射率，那么為了構(gòu)造出這樣的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件，低折射的和高折射的電介質(zhì)層交替地以層序列上下堆疊，其中，這些層的折射率的差盡可能大地選擇，以便使層序列的總厚度保持得很小。如果在層序列內(nèi)布置了少量層，那么這些層相應(yīng)地具有大的獨特的層厚度。
[0010]但是實踐表明，具有大的層厚度的，例如具有由鍺和氟化物構(gòu)成的層的層序列由于出現(xiàn)很高且相同指向的應(yīng)力，例如拉應(yīng)力是非常不穩(wěn)定的。
[0011]為了能夠均衡由這些層發(fā)出的壓應(yīng)力或者拉應(yīng)力，公知有不同的解決方案。因此，可以將由具有相反的應(yīng)力系數(shù)的材料構(gòu)成的層組合在一起。
[0012]例如在文件JP2006-281766A中，在基底之上施加兩個層，其中，基底和第一層具有正的壓力系數(shù)，但第二層擁有負的壓力系數(shù)。以這種解決方案可以補償出現(xiàn)的熱應(yīng)力。
[0013]針對EUV光刻技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，文件WO 00/19247同樣公開了如下可能性，S卩，通過將不同的應(yīng)力系數(shù)的層組合來實現(xiàn)應(yīng)力補償。
[0014]在文件DE 101 34 157 Al中提出了另一途徑。描述的是，將至少一個氧化光學(xué)層和由氧化鋁構(gòu)成的層組合作為補償層，其中，氧化鋁層在無需離子輔助的情況下施加。當(dāng)氧化層具有壓應(yīng)力(正的應(yīng)力系數(shù))時，通過氧化鋁層存在拉應(yīng)力(負的應(yīng)力系數(shù))。如果多個氧化層布置在堆疊體中，那么該堆疊體應(yīng)當(dāng)包括六種(sechsfach)低折射層和高折射層的順序。補償層可以布置在氧化層之下、之上或者之間。在公開的內(nèi)容中雖然指出了以靈活的方式補償堆疊體的應(yīng)力的可能性，但是沒有說明至少一個由氧化鋁制成的補償層表現(xiàn)出哪些光學(xué)作用。
[0015]由文件US 5，243，458 A公知了分別僅具有四個堆疊在基底之上的層的防反射涂層。在這里，在由具有拉應(yīng)力的材料，例如鍺(Ge)或者氟化物構(gòu)成的層之間引入硫化鋅(ZnS)層。ZnS層具有壓應(yīng)力，由此會很大程度地補償在層序列中的拉應(yīng)力。此外，在鍺與氟化物之間的ZnS層起粘合作用。
[0016]但是，通過由現(xiàn)有技術(shù)公知的解決方案還是并沒有消除在具有大的層厚度的層中不利地出現(xiàn)了高應(yīng)力。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0017]本發(fā)明的任務(wù)是，提出一種用于使用在紅外線范圍內(nèi)的帶有應(yīng)力補償?shù)耐繉雍瓦x定的技術(shù)特性的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件。本發(fā)明同樣應(yīng)當(dāng)提出一種用于構(gòu)造該光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的方法，借助該方法可以在對所期望的技術(shù)特性進行了調(diào)整的同時構(gòu)造出光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的應(yīng)力補償?shù)耐繉印?br>
[0018]該任務(wù)通過用于構(gòu)造針對紅外線范圍的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的方法來解決，該方法包括如下步驟:
[0019]a)確定光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的期望的技術(shù)特性，
[0020]b)模擬出具有所期望的技術(shù)特性的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件，其中，模擬的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件具有帶有至少一個低折射層和高折射層的上下堆疊的層的層序列，其中，低折射層的折射率處于1.35至1.7的范圍內(nèi)，高折射層的折射率處于3至5的范圍內(nèi)，
[0021]c)通過將模擬的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的至少一個低折射層劃分成至少兩個部分層并將在其中至少兩個部分層之間補入中等折射層的方式產(chǎn)生經(jīng)修改的模擬的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件，其中，中等折射層的折射率處于1.8至2.5的范圍內(nèi)并且其應(yīng)力系數(shù)相對于每個低折射層和每個高折射層的應(yīng)力系數(shù)具有相反的符號，[0022]d)借助另外的模擬以如下方式調(diào)節(jié)經(jīng)修改的模擬的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的層厚度相，即，使得經(jīng)修改的模擬的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件具有所期望的技術(shù)特性，并且
[0023]e)以如下方式提供另外的模擬的結(jié)果，即，把層序列的信息和對層序列的層厚度的說明對使用者開放。
[0024]在下文中，構(gòu)造的概念是指以虛擬的方式構(gòu)建出光學(xué)結(jié)構(gòu)元件。在這里，光學(xué)結(jié)構(gòu)元件在執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法過程中可以作為數(shù)據(jù)組存在并且例如以表格形式和/或作為示意圖示出。
[0025]所期望的技術(shù)特性在最廣泛的意義上可以理解為光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的所有針對其功能相關(guān)的特性。因此，例如光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的光學(xué)特性以及機械特性和/或化學(xué)特性都可以是技術(shù)特性。
[0026]在根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選實施方案中，以如下的方式得到所期望的技術(shù)特性，即，通過光學(xué)結(jié)構(gòu)元件在0.8至16微米的波長范圍上實現(xiàn)至少兩個區(qū)段，光學(xué)結(jié)構(gòu)元件在這些區(qū)段上分別具有在50至100%的范圍內(nèi)的特定的反射率。特別優(yōu)選的是，其中每個區(qū)段都處于兩個所謂的在3至5μπι (麗IR)的范圍內(nèi)或在8至12 μ m (LWIR)的范圍內(nèi)的環(huán)境窗口中的一個的區(qū)域內(nèi)。
[0027]這些區(qū)段的反射率可以自由選定。借助根據(jù)本發(fā)明的方法來構(gòu)造光學(xué)結(jié)構(gòu)元件允許與預(yù)先給定的選擇相應(yīng)地對光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的反射率進行調(diào)整。
[0028]為了對模擬出的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件進行模擬，可以應(yīng)用每個用于設(shè)計具有所期望的技術(shù)特性的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的手動或計算機輔助的方法。有利的是，借助合適的本【技術(shù)領(lǐng)域】公知的模擬程序進行模擬。另外的模擬也以有利的方式在利用模擬程序的情況下執(zhí)行。在這里，必須考慮到層序列中的至少一個補入的中等折射層。模擬和另外的模擬優(yōu)選分別包含層序列的基底在內(nèi)。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的方法的核心是，設(shè)計出由高折射層和低折射層構(gòu)成的層序列(堆疊體)，通過其導(dǎo)致光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的所期望的技術(shù)特性并且緊接著以如下方式修改層序列，即，在層序列的層之間以及內(nèi)部減少出現(xiàn)的應(yīng)力。為了能夠減少在高折射層與低折射層之間的非常不利的應(yīng)力，在設(shè)計好的層序列中補入中等折射層(補償層)。這些中等折射層也被證實是有利的，因為通過這些中等折射層，在高折射層與低折射層之間或分別在針對高折射層和低折射層所使用的材料之間實現(xiàn)了非常有利的粘合。
[0030]對于本發(fā)明重要的是，將至少一個低折射層劃分成部分層。由此，避免了不利地大的層厚度并被分配到最初的模擬的層的多個部分層上。這種方式帶來的結(jié)果是，至少一個中等折射層直接布置在由相同的材料構(gòu)成的低折射部分層之間。
[0031]在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一實施方案中，也可以將層劃分成至少三個部分層并且在其中兩個部分層之間除中等折射層外補入另外的高折射層或者低折射層。
[0032]優(yōu)選的是，選擇在部分層之間補入的具有在20至150nm之間，優(yōu)選在30至IOOnm之間的層厚度的中等折射層(補償層)。有利的是，以如下方式劃分層，即，其中沒有部分層具有例如大于1500nm的層厚度。
[0033]在光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的層序列中，可以補入另外的中等折射層。這些另外的中等折射層不必補入部分層之間。
[0034]此外，可行的是，在步驟c)中額外地將模擬的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的至少一個高折射層劃分成至少兩個部分層并且在其中至少兩個部分層之間補入中等折射層。
[0035]在根據(jù)本發(fā)明的方法的其他實施方案中，也可以在另外的模擬中在步驟d)中僅調(diào)節(jié)一個中等折射層的或多個中等折射層的層厚度。于是，在維持模擬的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的低折射和高折射層的模擬的層厚度的情況下并且在改變中等折射層的層厚度的情況下調(diào)整出所期望的技術(shù)特性。
[0036]在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一實施方案中，在對經(jīng)修改的模擬的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的另外的模擬中，除中等折射層外也可以調(diào)節(jié)低折射層和高折射層，或者僅分別調(diào)節(jié)低折射層或者高折射層。
[0037]對低折射層的劃分可以虛擬地通過獨特的預(yù)定值，例如通過模擬程序的操作員來進行。對劃分的方式(例如一個、多個或者所有的部分層的部分層的數(shù)量、厚度或厚度范圍)和位置(選定在堆疊體內(nèi)要劃分的層)的相關(guān)的決定可以作為數(shù)據(jù)組輸送給模擬程序。在根據(jù)本發(fā)明的方法的其他實施方案中，一些或全部關(guān)于劃分的方式和位置的決定，例如以規(guī)則的形式，已經(jīng)預(yù)先作為數(shù)據(jù)組存儲起來。于是，對低折射層(必要時也對高折射層)的劃分以及補入中等折射層也可以在考慮到預(yù)先存儲的數(shù)據(jù)組的情況下自動化地進行。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的方法可以用于制造光學(xué)結(jié)構(gòu)元件。為此，光學(xué)結(jié)構(gòu)元件像前面所說明的那樣來構(gòu)造并且借助另外的模擬的在步驟e)中獲得并提供的結(jié)果通過合適的公知的方法來制造。
[0039]此外，該任務(wù)通過針對紅外線范圍的通過基底和由在基底上上下堆疊的分別具有獨特的層厚度的光學(xué)層構(gòu)成的堆疊體構(gòu)成的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件來解決。堆疊體具有至少一個其折射率處于1.35至1.7的范圍內(nèi)的低折射層和其折射率處于3至5的范圍內(nèi)的高折射層。至少一個低折射層劃分成至少兩個部分層。在其中至少兩個部分層之間存在有中等折射層，其折射率處于1.8至2.5的范圍內(nèi)并且其應(yīng)力系數(shù)具有與每個低折射層和每個高折射層的應(yīng)力系數(shù)相反的符號。堆疊體的層序列以如下方式選定，即，在0.8至16 μ m的波長范圍內(nèi)，涂層的反射率在這個波長范圍的至少兩個區(qū)段上選出并且是在50至100%的反射率的范圍內(nèi)的相互獨立的值。
[0040]堆疊體和層序列的概念在本說明書中表示相同的意思。
[0041]除了在兩個部分層之間存在有中等折射層之外，光學(xué)結(jié)構(gòu)元件還可以具有其他中等折射層。這些中等折射層可以存在于其他部分層之間，即在低折射層之間、在高折射層之間或者在低折射層與高折射層之間。
[0042]優(yōu)選地，借助光學(xué)結(jié)構(gòu)元件在0.8至16 μ m的波長范圍上產(chǎn)生至少兩個區(qū)段，它們設(shè)有具有在50至100%之間的值的相互獨立的反射率。優(yōu)選地，光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的結(jié)構(gòu)以如下方式選定，即，在每個環(huán)境窗口( 3至5以及8至12 μ m)的至少一個分區(qū)段上產(chǎn)生至少一個具有在50至100%之間的反射率的區(qū)段。
[0043]波長范圍的至少兩個區(qū)段也可以稱為光譜波長帶(spektrale WelIenIangenbander)或者雙頻帶。
[0044]在根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的優(yōu)選實施方案中，其中每個存在于堆疊體內(nèi)且補入部分層之間的中等折射層(補償層)的層厚度為20至150nm，優(yōu)選30至lOOnm。此外優(yōu)選的是，中等折射層占堆疊體的總厚度的百分比為至少20%，優(yōu)選25%。中等折射層具有應(yīng)力系數(shù)，其符號與每個低折射層和每個高折射層的應(yīng)力系數(shù)相反。[0045]本發(fā)明的優(yōu)點在于，反射率可以通過選擇其中至少一個現(xiàn)有的中等折射層的層厚度來選定。也就是說可行的是，在維持堆疊體的剩余的層的數(shù)量、順序、層厚度和材料的情況下，要制造的根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的反射率可以與從光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的所設(shè)置的應(yīng)用中得出的要求相應(yīng)地進行調(diào)整，從而可以實現(xiàn)光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的預(yù)先給定的反射率。在這里，調(diào)整可以理解為，堆疊體例如通過借助PVD或者其他公知方法進行沉積的方式施加在基底上，并且對反射率的調(diào)整通過至少一個中等折射層在施加過程中的相應(yīng)的構(gòu)造來實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件優(yōu)選地借助根據(jù)本發(fā)明的方法來構(gòu)造。
[0046]在光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的其他實施方案中，也可以通過如下方式選擇并調(diào)整堆疊體的存在于光學(xué)結(jié)構(gòu)元件內(nèi)的其他層的順序、層厚度、數(shù)量和材料，即，實現(xiàn)所期望的光學(xué)作用。尤其是，要制造的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的反射率與從光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的所設(shè)置的應(yīng)用中得出的要求相應(yīng)地進行調(diào)整。
[0047]在這里，反射率的可調(diào)整性以存在有部分層和位于它們之間的中等折射層為前提，與根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的堆疊體的特定的實施方案，也就是說與特定的層序列、層厚度、數(shù)量或材料無關(guān)。
[0048]根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的優(yōu)選實施方案是中等折射層的應(yīng)力系數(shù)是正的，也就是說中等折射層的材料將壓應(yīng)力引入到堆疊體內(nèi)。
[0049]高折射層的材料優(yōu)選針對其中每個高折射層單獨地從包括元素:鍺(Ge)、硅(Si)以及化合物:碲化鉛(PbTe)和碲化鎘(CdTe)的組中選出。
[0050]同樣地，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的優(yōu)選實施方案是，中等折射層的材料針對其中每個中等折射層單獨地從包括化合物:硫化鋅(ZnS)、硒化鋅(ZnSe)、氧化娃(SiO)以及硫族化物的組中選出。
[0051]此外優(yōu)選的是，低折射層的材料針對其中每個低折射層單獨地從包括化合物:氟化鐿(YbF3)、氟化鋇(BaF2)、氟化鎂(MgF2)和氟化鈣(CaF2)的組中選出。低折射層的材料也可以選自具有在1.35至1.7的范圍內(nèi)的折射率的氧化物，例如氧化硅。
[0052]基底的材料優(yōu)選從包括元素:Ge、Si以及化合物:硫族化物玻璃、ZnS, ZnSe、藍寶石、石英、石英玻璃、CaF2和MgF2的組中選出。
[0053]本發(fā)明令人吃驚地被證實，通過至少一個中間折射率層除應(yīng)力補償和對反射率的可調(diào)整性外，通過應(yīng)用ZnS實現(xiàn)了尤其是在Ge與YbF3之間的改進的粘合。
[0054]為了達到所期望的技術(shù)特性，像例如特定的光學(xué)作用所需的根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的具體的設(shè)計方案可以借助合適的計算機輔助模擬來實現(xiàn)。
[0055]根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件可以是MEMS構(gòu)件。同樣地，用作窄帶濾波器以及單頻帶反射鏡、雙頻帶反射鏡或多頻帶反射鏡都是可行的。即使根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)元件具有多個頻帶，在用作單頻帶濾波器的情況下也分別僅利用一個頻帶。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0056]在下文中參照實施例和附圖對光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的有利實施方案進行詳細說明。在附圖中:
[0057]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的第一實施方案的示意性圖示；
[0058]圖2示出在第一實施方案中反射率與波長之間的函數(shù)關(guān)系；[0059]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的第二實施方案的示意性圖示；
[0060]圖4示出在第二實施方案中反射率與波長之間的函數(shù)關(guān)系；
[0061]圖5示出根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的第三實施方案的示意性圖示；
[0062]圖6示出在第三實施方案中反射率與波長之間的函數(shù)關(guān)系；
[0063]圖7示出根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的第四實施方案的示意性圖示；
[0064]圖8示出在第四實施方案中反射率與波長之間的函數(shù)關(guān)系；
[0065]圖9示出根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的第五實施方案的示意性圖示；
[0066]圖10示出在第五實施方案中反射率與波長之間的函數(shù)關(guān)系；
[0067]圖11示出根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的第六實施方案的示意性圖示；
[0068]圖12示出在第六實施方案中反射率與波長之間的函數(shù)關(guān)系；
[0069]圖13示出根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的第七實施方案的示意性圖示；
[0070]圖14示出在第七實施方案中反射率與波長之間的函數(shù)關(guān)系；
【具體實施方式】
[0071]在根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件I的根據(jù)圖1的第一實施方案中，在這里由ZnS(硫化鋅)制成的基底3上堆疊有由八個層構(gòu)成的堆疊體2，其中，兩個層是由YbF3 (氟化鐿)構(gòu)成并且具有320nm和380nm的獨特的層厚度的低折射層L1、L2 ;三個層是由ZnS (硫化鋅)構(gòu)成并且具有30nm、30nm和665nm的獨特的層厚度的中等折射層Ml至M3 ;三個層是由Ge(鍺)構(gòu)成并且具有698nm、685nm和505nm的獨特的層厚度的高折射層Hl至H3。在層LI與L2之間存在有中等折射層M2。由圖1可以獲知在基底3之上的堆疊體2的層順序。中等折射層Ml至M3具有壓應(yīng)力，低折射層LI和L2以及高折射層Hl至H3具有拉應(yīng)力。[0072]如在圖2中示意性示出的那樣，根據(jù)第一實施方案的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件I在第一環(huán)境窗口(3至5μπι)的大約3.3至4.8μπι的波長范圍內(nèi)并且在第二環(huán)境窗口(8至12 μπι)的大約6.4至12.75 μπι的波長范圍內(nèi)具有大于50%的反射率，其中，在大約3.75至4.25 μ m的波長范圍內(nèi)以及在大約7.25至9.75的波長范圍內(nèi)存在大于90%的反射率。反射率的最高值92%分別在3.8至4.2 μ m和7.5至9.3 μ m的波長范圍內(nèi)達到。
[0073]在根據(jù)圖3的第二實施方案中，在這里由Si (硅)制成的基底3上堆疊有由二十一個層構(gòu)成的堆疊體2，其中，兩個層是由YbF3構(gòu)成并且具有1220nm和399nm的獨特的層厚度的低折射層L1、L2 ;十個層是由ZnS構(gòu)成并且具有31至899nm的獨特的層厚度的中等折射層Ml至MlO ;九個層是由Ge構(gòu)成并且具有35至635nm的獨特的層厚度的高折射層Hl至H9。在層LI與L2之間存在有中等折射層M3。由圖3可以獲知在基底3之上的堆疊體2的層順序。中等折射層Ml至MlO具有壓應(yīng)力，低折射層LI和L2以及高折射層Hl至H9具有拉應(yīng)力。
[0074]如在圖4中示意性示出的那樣，根據(jù)第二實施方案的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件I在第一環(huán)境窗口(3至5μπι)的大約3.0至4.1 μπι的波長范圍內(nèi)以及在第二環(huán)境窗口(8至12 μπι)的大約7.1至最少14 μ m的波長范圍內(nèi)具有大于50%的反射率，其中，在大約3.0至3.8 μ m的波長范圍內(nèi)以及在大約7.6至13 μ m的波長范圍內(nèi)存在大于90%的反射率。反射率的最高值在3.0至3.8 μ m的波長范圍內(nèi)達到(90%)以及在8.0至12.0 μ m的波長范圍內(nèi)達到(94%)ο[0075]在根據(jù)圖5的第三實施方案中，在這里由CaF2 (氟化鈣)制成的基底3上堆疊有由十九個層構(gòu)成的堆疊體2，其中，兩個層是由YbF3構(gòu)成并且具有1370nm和399nm的獨特的層厚度的低折射層L1、L2 ;九個層是由ZnS構(gòu)成并且具有31至835nm的獨特的層厚度的中等折射層Ml至M9 ;八個層是由Ge構(gòu)成并且具有44至651nm的獨特的層厚度的高折射層Hl至H8。在層LI與L2之間存在有中等折射層M2。由圖5可以獲知在基底3之上的堆疊體2的層順序。中等折射層Ml至M9具有壓應(yīng)力，低折射層LI和L2以及高折射層Hl至HS具有拉應(yīng)力。
[0076]如在圖6中不意性不出的那樣,根據(jù)第三實施方案的光學(xué)結(jié)構(gòu)兀件I在第一環(huán)境窗口(3至5μπι)的大約3.0至4.1 μπι的波長范圍內(nèi)以及在第二環(huán)境窗口(8至12 μπι)的大約7.1至最少14 μ m的波長范圍內(nèi)具有大于50%的反射率，其中，在大約3.0至3.8 μ m的波長范圍內(nèi)以及在大約7.4至14 μ m的波長范圍內(nèi)存在至少80%的反射率。反射率的最高值在3.0至3.8 μ m的波長范圍內(nèi)達到(80%)以及在8.0至12.0 μ m的波長范圍內(nèi)達到(94%)ο
[0077]在根據(jù)圖7的第四實施方案中，在這里由藍寶石制成的基底3上堆疊有由二十七個層構(gòu)成的堆疊體2，其中，六個層是由YbF3構(gòu)成并且具有48至828nm的獨特的層厚度的低折射層LI至L6 ;十一個層是由ZnS構(gòu)成并且具有31至464nm的獨特的層厚度的中等折射層Ml至Mll ;十個層是由Ge構(gòu)成并且具有10至575nm的獨特的層厚度的高折射層Hl至H10。在層L3和L4之間以及在L5和L6之間分別存在有中等折射層M2或M3。由圖7可以獲知在基底3之上的堆疊體2的層順序。中等折射層Ml至Mll具有壓應(yīng)力，低折射層LI至L6以及高折射層Hl至HlO具有拉應(yīng)力。
[0078]如在圖8中示意性示出的那樣，根據(jù)第四實施方案的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件I在第一環(huán)境窗口(3至5μπι)的大約3.1至5μπι的波長范圍內(nèi)以及在第二環(huán)境窗口(8至12 μπι)的大約7.1至最少14 μ m的波長范圍內(nèi)具有至少50%的反射率，其中，在大約7.6至13 μ m的波長范圍內(nèi)存在至少90%的反射率。反射率的最高值94%在8.0至12.8 μ m的波長范圍內(nèi)達到。
[0079]在根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件I的根據(jù)圖9的第五實施方案中，這里由ZnS(硫化鋅)制成的基底3上堆疊有由九個層構(gòu)成的堆疊體2，其中，兩個層是由YbF3 (氟化鐿)構(gòu)成并且具有獨特322nm和380nm的獨特的層厚度的低折射層L1、L2 ;四個層是由ZnS(硫化鋅)構(gòu)成并且具有30nm、30nm、50nm和665nm的獨特的層厚度的中等折射層Ml至M4 ;三個層是由Ge (鍺)構(gòu)成并且具有698nm、685nm和505nm的獨特的層厚度的高折射層Hl至H3。在(部分)層LI與L2之間存在有中等折射層M2。由圖9可以獲知在基底3之上的堆疊體2的層順序。中等折射層Ml至M4具有壓應(yīng)力，低折射層LI和L2以及高折射層Hl至H3具有拉應(yīng)力。對中等折射層Ml至M4的主要作用在這個實施例中以舉例的方式進行詳細說明。中等折射層M2主要用于減少堆疊體的應(yīng)力，而中等折射層Ml和M3主要用于層Hl與LI或者L2與H2之間的粘合。中等折射層M4主要是光學(xué)層，但是也用于在高折射(部分)層H2與H3之間的應(yīng)力減小。
[0080]如在圖10中示意性示出的那樣，根據(jù)第五實施方案的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件I在第一環(huán)境窗口(3至5μπι)的大約3.4至4.9μπι的波長范圍內(nèi)并且在第二環(huán)境窗口(8至12 μπι)的大約6.4至13 μ m的波長范圍內(nèi)具有至少50%的反射率，其中，在大約3.8至4.3 μ m的波長范圍內(nèi)以及在大約7.3至9.8的波長范圍內(nèi)存在大于90%的反射率。反射率的最高值大約在4.1至4.2μπι和8至9μπι的波長范圍內(nèi)達到。
[0081]在根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件I的根據(jù)圖11的第六實施方案中，在這里由ZnS(硫化鋅)制成的基底3上堆疊有由二十二個層構(gòu)成的堆疊體2，其中，五個層是由YbF3(氟化鐿)構(gòu)成并且具有960nm、345nm、400nm、102nm和233nm的獨特的層厚度的低折射層LI至L5 ;十個層是由 ZnS (硫化鋒)構(gòu)成并且具有 30nm、30nm、30nm、30nm、777nm、30nm、30nm、360nm、1058nm和113nm的獨特的層厚度的中等折射層Ml至MlO ;七個層是由Ge (鍺)構(gòu)成并且具有538nm、638nm、170nm、481nm、60nm、98nm和65nm的獨特的層厚度的高折射層Hl至H7。在層LI與L2之間以及在L2與L3之間存在有中等折射層M2或M3。由圖11可以獲知在基底3之上的堆疊體2的層順序。中等折射層Ml至MlO具有壓應(yīng)力，低折射層LI至L5以及高折射層Hl至H7具有拉應(yīng)力。
[0082]如在圖12中示意性示出的那樣，根據(jù)第六實施方案的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件I在第一環(huán)境窗口(3至5μπι)的大約3至4.6μπι的波長范圍內(nèi)以及在第二環(huán)境窗口(8至12 μπι)的波長范圍上具有至少50%的反射率，其中，在大約7.7至13 μ m的波長范圍內(nèi)存在大于90%的反射率。反射率的最高值大約在8至11.5μπι的波長范圍內(nèi)達到。
[0083]在根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件I的根據(jù)圖13的第七實施方案中，，在這里由ZnS(硫化鋅)制成的基底3上堆疊有由三十個層構(gòu)成的堆疊體2，其中，六個層是由YbF3 (氟化鐿)構(gòu)成并且具有638nm、765nm、443nm、400nm、52nm和501nm的獨特的層厚度的低折射層LI至L6 ;十四個層是由ZnS (硫化鋅)構(gòu)成并且具有30nm、80nm、30nm、30nm、30nm、392nm、449nm、124nm、296nm、208nm、287nm、259nm、280nm 和 47nm 的獨特的層厚度的中等折射層 Ml至 M14 ;十個層是 Ge (錯)構(gòu)成并且具有 422nm、20nm、581nm、390nm、llOnm、134nm、113nm、20nm、33nm和93nm的獨特的層厚度的高折射的層Hl至H10。在層L3與L4之間存在有中等折射層M4。由圖13可以獲知在基底3之上的堆疊體2的層順序。中等折射層Ml至M14具有壓應(yīng)力，低折射層LI至L6以及高折射層Hl至HO具有拉應(yīng)力。
[0084]如在圖14中示意性示出的那樣，根據(jù)第七實施方案的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件I在第一環(huán)境窗口的大約3.1至5μπι的波長范圍內(nèi)具有力爭達到的大約50%的反射率以及在第二環(huán)境窗口的大約7.6至13 μ m的波長范圍內(nèi)具有最少90%的反射率。反射率的最高值大約在8至11.5μπι的波長范圍內(nèi)達到。
[0085]應(yīng)借助根據(jù)圖1的第一實施例對根據(jù)本發(fā)明的用于構(gòu)造針對紅外線范圍的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件I的方法就其基本特點進行說明。
[0086]首先，確定要構(gòu)造的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件I的期望的技術(shù)特性。光學(xué)結(jié)構(gòu)元件I應(yīng)當(dāng)在第一環(huán)境窗口的3.7至4.3 μ m的波長范圍內(nèi)的區(qū)段上并且在第二環(huán)境窗口的7.5至10 μ m的波長范圍內(nèi)的區(qū)段上分別具有至少90%的反射率。在所提到的區(qū)段之間的反射率沒有預(yù)先給定。此外，在光學(xué)結(jié)構(gòu)元件內(nèi)出現(xiàn)的應(yīng)力應(yīng)當(dāng)保持得很小并且應(yīng)當(dāng)?shù)玫胶苄〉目倢雍穸?。也就是說，應(yīng)當(dāng)構(gòu)造出帶有前面提到的技術(shù)特性的雙頻帶反射器。作為低折射層的材料應(yīng)當(dāng)使用YbF3,作為高折射層的材料應(yīng)當(dāng)使用Ge。這二者都具有拉應(yīng)力(負的應(yīng)力系數(shù))。
[0087]所期望的技術(shù)特性作為輸入數(shù)據(jù)輸入到模擬軟件中并且執(zhí)行模擬。作為結(jié)果，虛擬地得到了模擬的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件，它具有由一個高折射層Hl (層厚度:698nm)、一個低折射層L1+L2 (702nm)以及另一高折射層H2+H3 (1190nm)構(gòu)成的層序列。在此，將低折射層L1+L2劃分成兩個部分層LI和L2并且補入中等折射層M2作為“補償層”。高折射層H1+H2也被劃分并且補入中等折射層M3。為了在高折射層Hl與低折射(部分)層LI之間的粘合，補入中等折射層Ml。所有的中等折射層都由ZnS制成并且具有壓應(yīng)力(正的應(yīng)力系數(shù))。以該方式修改的模擬的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件在另外的模擬中在考慮到所有已進行的修改的情況下重新進行模擬。在這里，經(jīng)修改的模擬的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的層厚度以如下方式進行調(diào)節(jié)，即，它們的順序保持不變，但所有層的獨特的層厚度重新進行計算。得到具有所期望的技術(shù)特性的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件I。
[0088]在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一實施例中，只對中等折射層的獨特的層厚度進行調(diào)節(jié)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于構(gòu)造針對紅外線范圍的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件(I)的方法，所述方法具有如下步驟: a)確定光學(xué)結(jié)構(gòu)元件(I)的期望的技術(shù)特性， b)模擬具有所述期望的技術(shù)特性的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件，其中，模擬的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件具有帶有至少一個低折射層(LI至L6)和高折射層(Hl至HlO)的上下堆疊的層的層序列(2)，所述低折射層的折射率處于1.35至1.7的范圍內(nèi)，所述高折射層的折射率處于3至5的范圍內(nèi)， c)通過如下方式產(chǎn)生經(jīng)修改的模擬的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件，即，將模擬的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的至少一個低折射層(LI至L6)劃分成至少兩個部分層并將中等折射層(Ml至M14)補入至少兩個所述部分層之間，其中，中等折射層(Ml至M14)的折射率處于1.8至2.5的范圍內(nèi)并且其應(yīng)力系數(shù)具有與每個低折射層(LI至L6)和每個高折射層(Hl至H10)的應(yīng)力系數(shù)相反的符號， d)將所述經(jīng)修改的模擬的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的層厚度借助另外的模擬以如下方式進行調(diào)節(jié)，即，使得所述經(jīng)修改的模擬的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件具有期望的技術(shù)特性， e)以如下方式提供所述另外的模擬的結(jié)果，即，把層序列的信息和層序列的層厚度的說明對使用者開放。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟c)中額外地將模擬的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件的至少一個高折射 層(Hl至H10)劃分成至少兩個部分層并且在至少兩個所述部分層之間補入中等折射層(Ml至M14)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法在用于制造光學(xué)結(jié)構(gòu)元件(I)的方法中的用途。
4.一種針對紅外線范圍的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件(1)，所述光學(xué)結(jié)構(gòu)元件通過基底(3)和堆疊體(2)構(gòu)成，所述堆疊體由在所述基底(3)上、上下堆疊的具有各自的層厚度的光學(xué)層構(gòu)成，其特征在于， -堆疊體(2)具有至少一個低折射層(LI至L6)和高折射層(Hl至H10)，所述低折射層的折射率處于1.35至1.7的范圍內(nèi)，所述高折射層的折射率處于3至5的范圍內(nèi)， -至少一個低折射層(LI至L6)被劃分成至少兩個部分層并且在至少兩個所述部分層之間補入中等折射層(Ml至M14)，所述中等折射層的折射率處于1.8至2.5的范圍內(nèi)并且所述中等折射層的應(yīng)力系數(shù)具有與每個低折射層(LI至L6)和每個高折射層(Hl至H10)的應(yīng)力系數(shù)相反的符號， -堆疊體(2)的層序列以如下方式選定，即，在0.8至16 μ m的波長范圍內(nèi)，涂層的反射率在所述波長范圍的至少兩個區(qū)段上選出并且是在50%至100%的反射率的范圍內(nèi)的相互獨立的值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件(1)，其特征在于，通過至少一個中等折射層(Ml至M14)的層厚度的選擇能實現(xiàn)光學(xué)結(jié)構(gòu)元件(I)的預(yù)先給定的反射率。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件(I)，其特征在于，中等折射層(Ml至M14)的應(yīng)力系數(shù)是正的。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件(I)，其特征在于，低折射層(LI至L6)的材料針對每個所述低折射層(LI至L6)單獨地從包括YbF3、BaF2^MgF2和CaF2的組中選出。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件(I)，其特征在于，中等折射層(Ml至M14)的材料針對所述每個中等折射層(Ml至M14)單獨地從包括ZnS、ZnSe、SiO和硫族化物的組中選出。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件(I)，其特征在于，高折射層(Hl至HlO)的材料針對每個所述高折射層(Hl至H10)單獨地從包括Ge、Si, PbTe和CdTe的組中選出。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件(1)，其特征在于，基底(3)的材料從包括Ge、S1、硫族化物玻璃、藍寶石、ZnS> ZnSe、石英、石英玻璃、CaF2和MgF2的組中選出。
11.根據(jù)權(quán)利要求4至10中任一項所述的光學(xué)結(jié)構(gòu)元件(1)，其特征在于，光學(xué)結(jié)構(gòu)元件(I)是MEMS構(gòu)件。
12.根據(jù)權(quán)利要求4至10中任一項所述光學(xué)結(jié)構(gòu)元件(I)作為窄帶濾波器的用途。
13.根據(jù)權(quán)利要求4至10中任一項所述光學(xué)結(jié)構(gòu)元件(I)作為單頻帶反射鏡、雙頻帶反射鏡或者多頻帶反 射鏡的用途。
【文檔編號】G02B5/08GK103814326SQ201280045860
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月20日
【發(fā)明者】迪特爾·法佐爾德, 埃爾維拉·吉特爾 申請人:業(yè)納光學(xué)系統(tǒng)有限公司