帶有應力補償的塗層的針對紅外線範圍的光學結構元件的製作方法

2023-05-04 06:59:56 3

帶有應力補償的塗層的針對紅外線範圍的光學結構元件的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於構造針對紅外線範圍的光學結構元件（1）的方法，在該方法中，確定光學結構元件（1）的期望的技術特性，模擬出光學結構元件（1）並且這個模擬的光學結構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）的層構成的層序列，其中，低折射層的折射率處於1.35至1.7的範圍內，高折射層的折射率處於3至5的範圍內。緊接著以如下方式產生經修改的模擬的光學結構元件，即，將模擬的光學結構元件的至少一個低折射層（L1至L6）劃分成至少兩個部分層並且將中等折射層（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）的折射率處於1.8至2.5的範圍內並且其應力係數具有與每個低折射層（L1至L6）和每個高折射層（H1至H10）的應力係數相反的符號。經修改的模擬的光學結構元件的層厚度通過另外的模擬以如下方式進行調節，即，使得經修改的模擬的光學結構元件具有所期望的技術特性。本發明也涉及一種針對紅外線範圍的光學結構元件（1）。
【專利說明】帶有應力補償的塗層的針對紅外線範圍的光學結構元件
[0001]技術範圍
[0002]本發明涉及一種帶有應力補償的塗層的用於紅外線範圍的光學結構元件，像這種光學結構元件由DE 101 34 157 Al公知的那樣。
【背景技術】
[0003]在光學結構元件的許多應用中越來越多地提出如下要求，S卩，使這些結構元件越來越節省空間地布置，並且結構元件以及它們必要時存在的塗層可以成本越來越低地並且由少量單個組件來製造。
[0004]這種類型的光學結構元件可以用作為所謂的法布裡珀羅幹涉儀(Fabry-Perot-1nterferometer) ο這種法布裡拍羅幹涉儀在其基本結構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厚度的受控制的可變性可以實現法布裡珀羅幹涉儀的可調諧性。
[0005]在示例性說明的文件US 6,618, 199 B2中存在有兩個鏡結構(Spiegelstrukturen),通過它們的間距限定了法布裡拍羅幹涉儀的共振腔,至少其中一個鏡結構包括可運動的膜片，通過它們靜電力能夠作用到鏡層上，由此可以調整兩個鏡結構之間的間距。
[0006]通過文件EP I 882 917 Al描述了一種基於法布裡珀羅幹涉儀的可調諧的雙頻帶法布裡拍羅濾波器(Dual-Band Fabry-Perot-Fi I ter),其用於紅外線測量技術中並且包含兩個環境(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，共振腔的光學厚度是可調整的並且由此法布裡珀羅濾波器是可調諧的。
[0007]共振腔也可以通過一個或者多個光學層來實現，像由文件US 4，756，602 A公知的那樣。在此，共振腔的光學厚度可以在製造層之前選定，但在製成濾波器之後就不再能改變了或者甚至不再能調諧了。
[0008]提到的幹涉儀和濾波器常常藉助MEMS (微機電系統)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，塗層構造得應力很低。對出現的應力的補償，尤其是在對光學結構元件及其塗層的表面(平整度)有很高要求的情況下是必需的，像這迄今為止應用在倫琴射線範圍和光刻技術(EUV)中的情況那樣。
[0009]如果要開發如下雙頻帶反射器，其在兩個彼此分隔開且限定的光譜範圍內(例如:在中波紅外線[mid-ware infrared, MWIR]內或者在LWIR[長波紅外線，long-wareinfrared]內)分別具有預先給定且彼此不同的反射率，那麼為了構造出這樣的光學結構元件，低折射的和高折射的電介質層交替地以層序列上下堆疊，其中，這些層的折射率的差儘可能大地選擇，以便使層序列的總厚度保持得很小。如果在層序列內布置了少量層，那麼這些層相應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成的層的層序列由於出現很高且相同指向的應力，例如拉應力是非常不穩定的。
[0011]為了能夠均衡由這些層發出的壓應力或者拉應力，公知有不同的解決方案。因此，可以將由具有相反的應力係數的材料構成的層組合在一起。
[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係數，但第二層擁有負的壓力係數。以這種解決方案可以補償出現的熱應力。
[0013]針對EUV光刻技術的應用領域，文件WO 00/19247同樣公開了如下可能性，S卩，通過將不同的應力係數的層組合來實現應力補償。
[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層和由氧化鋁構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。當氧化層具有壓應力(正的應力係數)時，通過氧化鋁層存在拉應力(負的應力係數)。如果多個氧化層布置在堆疊體中，那麼該堆疊體應當包括六種(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。在公開的內容中雖然指出了以靈活的方式補償堆疊體的應力的可能性，但是沒有說明至少一個由氧化鋁製成的補償層表現出哪些光學作用。
[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塗層。在這裡，在由具有拉應力的材料，例如鍺(Ge)或者氟化物構成的層之間引入硫化鋅(ZnS)層。ZnS層具有壓應力，由此會很大程度地補償在層序列中的拉應力。此外，在鍺與氟化物之間的ZnS層起粘合作用。
[0016]但是，通過由現有技術公知的解決方案還是並沒有消除在具有大的層厚度的層中不利地出現了高應力。

【發明內容】

[0017]本發明的任務是，提出一種用於使用在紅外線範圍內的帶有應力補償的塗層和選定的技術特性的光學結構元件。本發明同樣應當提出一種用於構造該光學結構元件的方法，藉助該方法可以在對所期望的技術特性進行了調整的同時構造出光學結構元件的應力補償的塗層。
[0018]該任務通過用於構造針對紅外線範圍的光學結構元件的方法來解決，該方法包括如下步驟:
[0019]a)確定光學結構元件的期望的技術特性，
[0020]b)模擬出具有所期望的技術特性的光學結構元件，其中，模擬的光學結構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於1.35至1.7的範圍內，高折射層的折射率處於3至5的範圍內，
[0021]c)通過將模擬的光學結構元件的至少一個低折射層劃分成至少兩個部分層並將在其中至少兩個部分層之間補入中等折射層的方式產生經修改的模擬的光學結構元件，其中，中等折射層的折射率處於1.8至2.5的範圍內並且其應力係數相對於每個低折射層和每個高折射層的應力係數具有相反的符號，[0022]d)藉助另外的模擬以如下方式調節經修改的模擬的光學結構元件的層厚度相，即，使得經修改的模擬的光學結構元件具有所期望的技術特性，並且
[0023]e)以如下方式提供另外的模擬的結果，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，構造的概念是指以虛擬的方式構建出光學結構元件。在這裡，光學結構元件在執行根據本發明的方法過程中可以作為數據組存在並且例如以表格形式和/或作為示意圖示出。
[0025]所期望的技術特性在最廣泛的意義上可以理解為光學結構元件的所有針對其功能相關的特性。因此，例如光學結構元件的光學特性以及機械特性和/或化學特性都可以是技術特性。
[0026]在根據本發明的方法的優選實施方案中，以如下的方式得到所期望的技術特性，即，通過光學結構元件在0.8至16微米的波長範圍上實現至少兩個區段，光學結構元件在這些區段上分別具有在50至100%的範圍內的特定的反射率。特別優選的是，其中每個區段都處於兩個所謂的在3至5μπι (麗IR)的範圍內或在8至12 μ m (LWIR)的範圍內的環境窗口中的一個的區域內。
[0027]這些區段的反射率可以自由選定。藉助根據本發明的方法來構造光學結構元件允許與預先給定的選擇相應地對光學結構元件的反射率進行調整。
[0028]為了對模擬出的光學結構元件進行模擬，可以應用每個用於設計具有所期望的技術特性的光學結構元件的手動或計算機輔助的方法。有利的是，藉助合適的本【技術領域】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行。在這裡，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選分別包含層序列的基底在內。
[0029]根據本發明的方法的核心是，設計出由高折射層和低折射層構成的層序列(堆疊體)，通過其導致光學結構元件的所期望的技術特性並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部減少出現的應力。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力，在設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了非常有利的粘合。
[0030]對於本發明重要的是，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並被分配到最初的模擬的層的多個部分層上。這種方式帶來的結果是，至少一個中等折射層直接布置在由相同的材料構成的低折射部分層之間。
[0031]在根據本發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並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]優選的是，選擇在部分層之間補入的具有在20至150nm之間，優選在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於1500nm的層厚度。
[0033]在光學結構元件的層序列中，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結構元件的至少一個高折射層劃分成至少兩個部分層並且在其中至少兩個部分層之間補入中等折射層。
[0035]在根據本發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)中僅調節一個中等折射層的或多個中等折射層的層厚度。於是，在維持模擬的光學結構元件的低折射和高折射層的模擬的層厚度的情況下並且在改變中等折射層的層厚度的情況下調整出所期望的技術特性。
[0036]在根據本發明的方法的另一實施方案中，在對經修改的模擬的光學結構元件的另外的模擬中，除中等折射層外也可以調節低折射層和高折射層，或者僅分別調節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量、厚度或厚度範圍)和位置(選定在堆疊體內要劃分的層)的相關的決定可以作為數據組輸送給模擬程序。在根據本發明的方法的其他實施方案中，一些或全部關於劃分的方式和位置的決定，例如以規則的形式，已經預先作為數據組存儲起來。於是，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先存儲的數據組的情況下自動化地進行。
[0038]根據本發明的方法可以用於製造光學結構元件。為此，光學結構元件像前面所說明的那樣來構造並且藉助另外的模擬的在步驟e)中獲得並提供的結果通過合適的公知的方法來製造。
[0039]此外，該任務通過針對紅外線範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層構成的堆疊體構成的光學結構元件來解決。堆疊體具有至少一個其折射率處於1.35至1.7的範圍內的低折射層和其折射率處於3至5的範圍內的高折射層。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，其折射率處於1.8至2.5的範圍內並且其應力係數具有與每個低折射層和每個高折射層的應力係數相反的符號。堆疊體的層序列以如下方式選定，即，在0.8至16 μ m的波長範圍內，塗層的反射率在這個波長範圍的至少兩個區段上選出並且是在50至100%的反射率的範圍內的相互獨立的值。
[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，光學結構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於其他部分層之間，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]優選地，藉助光學結構元件在0.8至16 μ m的波長範圍上產生至少兩個區段，它們設有具有在50至100%之間的值的相互獨立的反射率。優選地，光學結構元件的結構以如下方式選定，即，在每個環境窗口( 3至5以及8至12 μ m)的至少一個分區段上產生至少一個具有在50至100%之間的反射率的區段。
[0043]波長範圍的至少兩個區段也可以稱為光譜波長帶(spektrale WelIenIangenbander)或者雙頻帶。
[0044]在根據本發明的光學結構元件的優選實施方案中，其中每個存在於堆疊體內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，優選30至lOOnm。此外優選的是，中等折射層佔堆疊體的總厚度的百分比為至少20%，優選25%。中等折射層具有應力係數，其符號與每個低折射層和每個高折射層的應力係數相反。[0045]本發明的優點在於，反射率可以通過選擇其中至少一個現有的中等折射層的層厚度來選定。也就是說可行的是，在維持堆疊體的剩餘的層的數量、順序、層厚度和材料的情況下，要製造的根據本發明的光學結構元件的反射率可以與從光學結構元件的所設置的應用中得出的要求相應地進行調整，從而可以實現光學結構元件的預先給定的反射率。在這裡，調整可以理解為，堆疊體例如通過藉助PVD或者其他公知方法進行沉積的方式施加在基底上，並且對反射率的調整通過至少一個中等折射層在施加過程中的相應的構造來實現。根據本發明的光學結構元件優選地藉助根據本發明的方法來構造。
[0046]在光學結構元件的其他實施方案中，也可以通過如下方式選擇並調整堆疊體的存在於光學結構元件內的其他層的順序、層厚度、數量和材料，即，實現所期望的光學作用。尤其是，要製造的光學結構元件的反射率與從光學結構元件的所設置的應用中得出的要求相應地進行調整。
[0047]在這裡，反射率的可調整性以存在有部分層和位於它們之間的中等折射層為前提，與根據本發明的光學結構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、數量或材料無關。
[0048]根據本發明的光學結構元件的優選實施方案是中等折射層的應力係數是正的，也就是說中等折射層的材料將壓應力引入到堆疊體內。
[0049]高折射層的材料優選針對其中每個高折射層單獨地從包括元素:鍺(Ge)、矽(Si)以及化合物:碲化鉛(PbTe)和碲化鎘(CdTe)的組中選出。
[0050]同樣地，根據本發明的光學結構元件的優選實施方案是，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的範圍內的折射率的氧化物，例如氧化矽。
[0052]基底的材料優選從包括元素: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]本發明令人吃驚地被證實，通過至少一個中間折射率層除應力補償和對反射率的可調整性外，通過應用ZnS實現了尤其是在Ge與YbF3之間的改進的粘合。
[0054]為了達到所期望的技術特性，像例如特定的光學作用所需的根據本發明的光學結構元件的具體的設計方案可以藉助合適的計算機輔助模擬來實現。
[0055]根據本發明的光學結構元件可以是MEMS構件。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。即使根據本發明的光學元件具有多個頻帶，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結構元件的有利實施方案進行詳細說明。在附圖中:
[0057]圖1示出根據本發明的光學結構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關係；[0059]圖3示出根據本發明的光學結構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關係；
[0061]圖5示出根據本發明的光學結構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關係；
[0063]圖7示出根據本發明的光學結構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關係；
[0065]圖9示出根據本發明的光學結構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關係；
[0067]圖11示出根據本發明的光學結構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關係；
[0069]圖13示出根據本發明的光學結構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關係；
【具體實施方式】
[0071]在根據本發明的光學結構元件I的根據圖1的第一實施方案中，在這裡由ZnS(硫化鋅)製成的基底3上堆疊有由八個層構成的堆疊體2，其中，兩個層是由YbF3 (氟化鐿)構成並且具有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)構成並且具有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)構成並且具有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具有壓應力，低折射層LI和L2以及高折射層Hl至H3具有拉應力。[0072]如在圖2中示意性示出的那樣，根據第一實施方案的光學結構元件I在第一環境窗口(3至5μπι)的大約3.3至4.8μπι的波長範圍內並且在第二環境窗口(8至12 μπι)的大約6.4至12.75 μπι的波長範圍內具有大於50%的反射率，其中，在大約3.75至4.25 μ m的波長範圍內以及在大約7.25至9.75的波長範圍內存在大於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的波長範圍內達到。
[0073]在根據圖3的第二實施方案中，在這裡由Si (矽)製成的基底3上堆疊有由二十一個層構成的堆疊體2，其中，兩個層是由YbF3構成並且具有1220nm和399nm的獨特的層厚度的低折射層L1、L2 ;十個層是由ZnS構成並且具有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構成並且具有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具有壓應力，低折射層LI和L2以及高折射層Hl至H9具有拉應力。
[0074]如在圖4中示意性示出的那樣，根據第二實施方案的光學結構元件I在第一環境窗口(3至5μπι)的大約3.0至4.1 μπι的波長範圍內以及在第二環境窗口(8至12 μπι)的大約7.1至最少14 μ m的波長範圍內具有大於50%的反射率，其中，在大約3.0至3.8 μ m的波長範圍內以及在大約7.6至13 μ m的波長範圍內存在大於90%的反射率。反射率的最高值在3.0至3.8 μ m的波長範圍內達到(90%)以及在8.0至12.0 μ m的波長範圍內達到(94%)ο[0075]在根據圖5的第三實施方案中，在這裡由CaF2 (氟化鈣)製成的基底3上堆疊有由十九個層構成的堆疊體2，其中，兩個層是由YbF3構成並且具有1370nm和399nm的獨特的層厚度的低折射層L1、L2 ;九個層是由ZnS構成並且具有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構成並且具有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具有壓應力，低折射層LI和L2以及高折射層Hl至HS具有拉應力。
[0076]如在圖6中不意性不出的那樣,根據第三實施方案的光學結構兀件I在第一環境窗口(3至5μπι)的大約3.0至4.1 μπι的波長範圍內以及在第二環境窗口(8至12 μπι)的大約7.1至最少14 μ m的波長範圍內具有大於50%的反射率，其中，在大約3.0至3.8 μ m的波長範圍內以及在大約7.4至14 μ m的波長範圍內存在至少80%的反射率。反射率的最高值在3.0至3.8 μ m的波長範圍內達到(80%)以及在8.0至12.0 μ m的波長範圍內達到(94%)ο
[0077]在根據圖7的第四實施方案中，在這裡由藍寶石製成的基底3上堆疊有由二十七個層構成的堆疊體2，其中，六個層是由YbF3構成並且具有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構成並且具有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構成並且具有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具有壓應力，低折射層LI至L6以及高折射層Hl至HlO具有拉應力。
[0078]如在圖8中示意性示出的那樣，根據第四實施方案的光學結構元件I在第一環境窗口(3至5μπι)的大約3.1至5μπι的波長範圍內以及在第二環境窗口(8至12 μπι)的大約7.1至最少14 μ m的波長範圍內具有至少50%的反射率，其中，在大約7.6至13 μ m的波長範圍內存在至少90%的反射率。反射率的最高值94%在8.0至12.8 μ m的波長範圍內達到。
[0079]在根據本發明的光學結構元件I的根據圖9的第五實施方案中，這裡由ZnS(硫化鋅)製成的基底3上堆疊有由九個層構成的堆疊體2，其中，兩個層是由YbF3 (氟化鐿)構成並且具有獨特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)構成並且具有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)構成並且具有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具有壓應力，低折射層LI和L2以及高折射層Hl至H3具有拉應力。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主要用於減少堆疊體的應力，而中等折射層Ml和M3主要用於層Hl與LI或者L2與H2之間的粘合。中等折射層M4主要是光學層，但是也用於在高折射(部分)層H2與H3之間的應力減小。
[0080]如在圖10中示意性示出的那樣，根據第五實施方案的光學結構元件I在第一環境窗口(3至5μπι)的大約3.4至4.9μπι的波長範圍內並且在第二環境窗口(8至12 μπι)的大約6.4至13 μ m的波長範圍內具有至少50%的反射率，其中，在大約3.8至4.3 μ m的波長範圍內以及在大約7.3至9.8的波長範圍內存在大於90%的反射率。反射率的最高值大約在4.1至4.2μπι和8至9μπι的波長範圍內達到。
[0081]在根據本發明的光學結構元件I的根據圖11的第六實施方案中，在這裡由ZnS(硫化鋅)製成的基底3上堆疊有由二十二個層構成的堆疊體2，其中，五個層是由YbF3(氟化鐿)構成並且具有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)構成並且具有 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)構成並且具有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具有壓應力，低折射層LI至L5以及高折射層Hl至H7具有拉應力。
[0082]如在圖12中示意性示出的那樣，根據第六實施方案的光學結構元件I在第一環境窗口(3至5μπι)的大約3至4.6μπι的波長範圍內以及在第二環境窗口(8至12 μπι)的波長範圍上具有至少50%的反射率，其中，在大約7.7至13 μ m的波長範圍內存在大於90%的反射率。反射率的最高值大約在8至11.5μπι的波長範圍內達到。
[0083]在根據本發明的光學結構元件I的根據圖13的第七實施方案中，，在這裡由ZnS(硫化鋅)製成的基底3上堆疊有由三十個層構成的堆疊體2，其中，六個層是由YbF3 (氟化鐿)構成並且具有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)構成並且具有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)構成並且具有 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具有壓應力，低折射層LI至L6以及高折射層Hl至HO具有拉應力。
[0084]如在圖14中示意性示出的那樣，根據第七實施方案的光學結構元件I在第一環境窗口的大約3.1至5μπι的波長範圍內具有力爭達到的大約50%的反射率以及在第二環境窗口的大約7.6至13 μ m的波長範圍內具有最少90%的反射率。反射率的最高值大約在8至11.5μπι的波長範圍內達到。
[0085]應藉助根據圖1的第一實施例對根據本發明的用於構造針對紅外線範圍的光學結構元件I的方法就其基本特點進行說明。
[0086]首先，確定要構造的光學結構元件I的期望的技術特性。光學結構元件I應當在第一環境窗口的3.7至4.3 μ m的波長範圍內的區段上並且在第二環境窗口的7.5至10 μ m的波長範圍內的區段上分別具有至少90%的反射率。在所提到的區段之間的反射率沒有預先給定。此外，在光學結構元件內出現的應力應當保持得很小並且應當得到很小的總層厚度。也就是說，應當構造出帶有前面提到的技術特性的雙頻帶反射器。作為低折射層的材料應當使用YbF3,作為高折射層的材料應當使用Ge。這二者都具有拉應力(負的應力係數)。
[0087]所期望的技術特性作為輸入數據輸入到模擬軟體中並且執行模擬。作為結果，虛擬地得到了模擬的光學結構元件，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並且補入中等折射層M2作為「補償層」。高折射層H1+H2也被劃分並且補入中等折射層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製成並且具有壓應力(正的應力係數)。以該方式修改的模擬的光學結構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。在這裡，經修改的模擬的光學結構元件的層厚度以如下方式進行調節，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特性的光學結構元件I。
[0088]在根據本發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節。
【權利要求】
1.一種用於構造針對紅外線範圍的光學結構元件(I)的方法，所述方法具有如下步驟: a)確定光學結構元件(I)的期望的技術特性， b)模擬具有所述期望的技術特性的光學結構元件，其中，模擬的光學結構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於1.35至1.7的範圍內，所述高折射層的折射率處於3至5的範圍內， c)通過如下方式產生經修改的模擬的光學結構元件，即，將模擬的光學結構元件的至少一個低折射層(LI至L6)劃分成至少兩個部分層並將中等折射層(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)的折射率處於1.8至2.5的範圍內並且其應力係數具有與每個低折射層(LI至L6)和每個高折射層(Hl至H10)的應力係數相反的符號， d)將所述經修改的模擬的光學結構元件的層厚度藉助另外的模擬以如下方式進行調節，即，使得所述經修改的模擬的光學結構元件具有期望的技術特性， e)以如下方式提供所述另外的模擬的結果，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.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在步驟c)中額外地將模擬的光學結構元件的至少一個高折射 層(Hl至H10)劃分成至少兩個部分層並且在至少兩個所述部分層之間補入中等折射層(Ml至M14)。
3.根據權利要求1或2所述的方法在用於製造光學結構元件(I)的方法中的用途。
4.一種針對紅外線範圍的光學結構元件(1)，所述光學結構元件通過基底(3)和堆疊體(2)構成，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層構成，其特徵在於， -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於1.35至1.7的範圍內，所述高折射層的折射率處於3至5的範圍內， -至少一個低折射層(LI至L6)被劃分成至少兩個部分層並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於1.8至2.5的範圍內並且所述中等折射層的應力係數具有與每個低折射層(LI至L6)和每個高折射層(Hl至H10)的應力係數相反的符號， -堆疊體(2)的層序列以如下方式選定，即，在0.8至16 μ m的波長範圍內，塗層的反射率在所述波長範圍的至少兩個區段上選出並且是在50%至100%的反射率的範圍內的相互獨立的值。
5.根據權利要求4所述的光學結構元件(1)，其特徵在於，通過至少一個中等折射層(Ml至M14)的層厚度的選擇能實現光學結構元件(I)的預先給定的反射率。
6.根據權利要求5所述的光學結構元件(I)，其特徵在於，中等折射層(Ml至M14)的應力係數是正的。
7.根據權利要求4或5所述的光學結構元件(I)，其特徵在於，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.根據權利要求7所述的光學結構元件(I)，其特徵在於，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.根據權利要求8所述的光學結構元件(I)，其特徵在於，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.根據權利要求9所述的光學結構元件(1)，其特徵在於，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.根據權利要求4至10中任一項所述的光學結構元件(1)，其特徵在於，光學結構元件(I)是MEMS構件。
12.根據權利要求4至10中任一項所述光學結構元件(I)作為窄帶濾波器的用途。
13.根據權利要求4至10中任一項所述光學結構元件(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 優先權日:2011年9月20日
【發明者】迪特爾·法佐爾德, 埃爾維拉·吉特爾 申請人:業納光學系統有限公司