Optische Beschichtung

Optische Beschichtung

Eine optische Beschichtung ist eine oder mehrere dünne Materialschichten, die auf einem optischen Element wie einer Linse oder einem Spiegel abgeschieden werden und die Art und Weise verändern, wie das optische Element Licht reflektiert und durchlässt.Eine Art optischer Beschichtung ist eine Antireflexbeschichtung, die unerwünschte Reflexionen von Oberflächen reduziert, die üblicherweise bei Brillen und Kameraobjektiven verwendet wird.Ein anderer Typ ist eine hochreflektierende Beschichtung, mit der Spiegel hergestellt werden können, die mehr als 99,99 % des Lichts reflektieren.Komplexere optische Beschichtungen, die bei bestimmten Wellenlängen ein höheres Reflexionsvermögen und bei größeren Reichweiten eine Antireflexion aufweisen, ermöglichen die Herstellung von dichroitischen Dünnschichtfiltern.

Beschichtungstyp

Reflexions- und Wellenlängenkurven bei normalem Einfall für Metallspiegel aus Aluminium (Al), Silber (Ag) und Gold (Au).

Die einfachsten optischen Beschichtungen sind dünne Metallschichten wie Aluminium, die auf einem Glassubstrat abgeschieden werden, um die Glasoberfläche zu bilden, ein Prozess, der als Versilbern bezeichnet wird.Das verwendete Metall bestimmt die Reflexionseigenschaften des Spiegels;Aluminium ist die billigste und gebräuchlichste Beschichtung mit einem Reflexionsgrad von etwa 88 % bis 92 % im sichtbaren Spektrum.Teurer ist Silber, das selbst im fernen Infrarot einen Reflexionsgrad von 95 % bis 99 % aufweist, im blauen und ultravioletten Spektralbereich jedoch einen geringeren Reflexionsgrad (< 90 %) aufweist.Das teuerste ist Gold, das volles Infrarot ist.Bietet ein hervorragendes Reflexionsvermögen (98 %–99 %), aber ein begrenztes Reflexionsvermögen bei Wellenlängen unter 550 nm, was zu einer unverwechselbaren goldenen Farbe führt.

Durch Steuern der Dicke und Dichte der Metallbeschichtung kann das Reflexionsvermögen verringert und die Oberflächendurchlässigkeit erhöht werden, was zu einem halbsilbernen Spiegel führt.Diese werden manchmal als "Einwegspiegel" verwendet.

Ein weiterer wichtiger Typ der optischen Beschichtung ist die dielektrische Beschichtung (d. h. die Verwendung von Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes als Substrat).Sie bestehen aus dünnen Materialschichten wie Magnesiumfluorid, Calciumfluorid und verschiedenen Metalloxiden, die auf optischen Substraten abgeschieden werden.Durch sorgfältige Auswahl der genauen Zusammensetzung, Dicke und Anzahl dieser Schichten können das Reflexionsvermögen und die Durchlässigkeit der Beschichtung so eingestellt werden, dass praktisch jede gewünschte Eigenschaft erzeugt wird.Der Reflexionskoeffizient der Oberfläche kann auf unter 0,2 % reduziert werden, was zu einer Antireflexbeschichtung (AR) führt.Im Gegensatz dazu kann mit hochreflektierenden (HR) Beschichtungen die Reflektivität auf über 99,99 % gesteigert werden.Auch die Reflektivität lässt sich auf einen bestimmten Wert einstellen, um beispielsweise einen Spiegel in bestimmten Wellenlängenbereichen zu 90 % zu reflektieren und 10 % des einfallenden Lichts durchzulassen.Solche Spiegel werden üblicherweise als Ausgangskoppler in Strahlteilern und Lasern verwendet.Alternativ kann die Beschichtung so gestaltet werden, dass der Spiegel nur ein schmales Wellenlängenband reflektiert, wodurch ein optischer Filter entsteht.

Die Vielseitigkeit dielektrischer Beschichtungen hat zu ihrer Verwendung in vielen wissenschaftlichen optischen Instrumenten wie Lasern, optischen Mikroskopen, Refraktorteleskopen und Interferometern sowie in Verbrauchergeräten wie Ferngläsern, Brillen und Fotoobjektiven geführt.

Dielektrische Schichten werden manchmal über Metallfilmen aufgebracht, um eine Schutzschicht bereitzustellen (z. B. Siliziumdioxid auf Aluminium) oder um das Reflexionsvermögen des Metallfilms zu erhöhen.Metall- und Dielektrikum-Kombinationen werden auch verwendet, um fortschrittliche Beschichtungen herzustellen, die auf andere Weise nicht hergestellt werden können.Ein Beispiel ist der sogenannte "perfekte Spiegel", der eine hohe (aber unvollkommene) Reflexion mit ungewöhnlich geringer Empfindlichkeit gegenüber Wellenlänge, Winkel und Polarisation aufweist.