基底转移的堆叠光学涂层制造技术

用于制造混合光学涂层和混合反射镜组件的方法，所述方法包括：a)通过外延生长技术在第一主体基底上提供第一光学涂层，所述第一光学涂层具有交替的高折射率和低折射率的结晶材料层；b)通过物理气相沉积(PVD)技术在第二主体基底上提供第二光学涂层，所述第二光学涂层具有交替的高折射率和低折射率的介质材料层；c)将所述第一光学涂层与所述第二光学涂层直接结合；以及d)去除所述第一主体基底。以及d)去除所述第一主体基底。以及d)去除所述第一主体基底。

【技术实现步骤摘要】
基底转移的堆叠光学涂层
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请是2018年9月11日提交的美国专利申请16/128,503的部分延续申请。通过引用，将美国专利申请16/128,503的公开内容并入本文。


[0003]本申请涉及用于制造基底转移的堆叠光学涂层的方法。

技术介绍

[0004]高度反射的光学干涉涂层是现代科学和工业努力不可或缺的工具。具有超低光学损耗(即，百万分率(ppm)水平的散射和吸收)的系统最初是在1970年代后期为建造环形激光陀螺仪而开发的，参见美国专利号4,142,958。作为其结果，离子束溅射(IBS)已被确立为黄金标准工艺技术，用于产生在可见光和近红外(NIR)内超低损耗反射器。典型地，此类多层由交替的无定形金属氧化物、最常见的是高折射率Ta2O5(氧化钽)和低折射率SiO2(二氧化硅)薄膜的层组成，可应用在用于光学原子钟、重力波检测器、腔QED和基础物理学测试的窄线宽激光系统中。这些无定形涂层的限制包括过量的布朗(Brownian)噪声、对精密光学干涉仪的极限性能具有负面影响、导热性差(典型地低于1Wm
‑1K
‑1)以及对超过2μm的波长有显著水平的光学吸收，影响了此类低损耗反射器在中红外(MIR)内的工作。后者限制意味着性能最高的金属氧化物结构虽然在可见光和NIR内展现出非凡的性能，但不能在这个重要的长波长区域中(对于显著长于2μm的波长)以低损耗工作，并且因此需要切换为开发得不太好的无定形II
‑
VI、IV族或IV
‑
VI化合物。
[0005]EP 11010091公开了一种基于与弯曲载体基底结合的单晶布拉格反射镜的反射镜组件以及一种制造所述反射镜组件的方法。另外，EP 11010091描述了一种应用于光学精密测量系统的光学谐振器系统，所述系统包括一对形成光学腔的此类反射镜组件。其中公开的方法从制造的角度来看被证明是非常稳健的，并且与IBS沉积的无定形金属氧化物涂层相比已被证明产生许多改善的性能指标。基于基底转移的GaAs/AlGaAs多层的这些结晶涂层的经证明的优点包括与具有经证明的在室温下<4
×
10
‑5的损耗角和在接近10K的低温温度下约5
×
10
‑6的潜在值的典型介质反射镜系统相比时显著降低布朗噪声、与低光学损耗Ta2O5/SiO2多层的1Wm
‑1K
‑1相比至少30Wm
‑1K
‑1的优越热导率，以及最后是能够实现对于在1μm至10μm范围内的波长而言ppm水平的光学吸收损耗。
[0006]这些单晶涂层典型地通过分子束外延生长，其中由于技术限制，包括在如此长(>20小时)的晶体生长运行期间生长速率的显著漂移、由于晶格失配导致的固有应变累积以及在如此厚的结构中表面缺陷的积累，总厚度有效地限制为约15
‑
20μm。作为这些问题的结果，非常厚的单晶涂层的品质和最终光学性能典型地降低。然而，厚度等于或超过20μm的较厚涂层对于超高反射率反射镜是必需的，特别是对于反射镜中心波长超过2μm而言的中红外光谱区域。
[0007]鉴于在这些长工作波长(主要在从2至10μm的区域内)下对此类低噪声和低光学损
耗端反射镜的兴趣迅速扩大，最终的终端用户现在高度要求进一步改善这些基底转移的结晶涂层的光学性能，特别是光学散射损耗的位置依赖性。

技术实现思路

[0008]本申请提供了一种替代解决方案以克服上述限制，即降低总体光学损耗并且改善涂层光学特性的位置依赖性的手段。在使用高机械品质的结晶多层的情况下，它还用于显著降低反射镜材料的布朗噪声，同时展现出与IBS沉积的多层反射镜相当的光学性能，具有将这些性能指标扩展到中红外光谱范围内的益处。
[0009]在申请中，术语结晶、单晶(single crystal)或单晶(monocrystalline)是指如可以通过以下产生的低缺陷密度单晶膜：外延生长技术，诸如分子束外延，MBE；金属有机气相外延，MOVPE；液相外延，LPE；等。在本申请中，术语结晶和单晶可以互换使用。重要的是要注意，单晶(single crystal)或单晶(monocrystalline)材料结构仍将展现出有限数量的缺陷或位错。然而，单晶材料不含晶界和与所述晶界相关的缺陷，分离多晶样品中不同取向的相邻微晶。
[0010]在申请中，术语低吸收应理解为指示最大上限为100ppm的光学吸收水平。优选地，这可以降低至<10ppm或甚至在低于1ppm的范围内。
[0011]在申请中，术语“介质多层涂层”对应于“薄膜涂层”，其也可以称为“多层反射镜”。术语反射镜组件是指与基底一起的多层涂层。
[0012]在申请中，术语主体基底应理解为供体基底以及生长基底的同义词。
[0013]本申请提供了用于制造基底转移的光学涂层的方法，所述方法包括：a)在第一主体基底上提供第一光学涂层，作为基础涂层结构；b)在第二主体基底上提供第二光学涂层；c)将基础涂层结构的光学涂层与第二光学涂层直接结合，从而获得一个组合涂层；d)从组合涂层上脱离第一主体基底和/或第二主体基底中的其中一个主体基底。
[0014]在申请的方法中，涂层结构包括两个或更多个单独的多层，其组合在一起以形成单个转移的光学干涉涂层，称为组合涂层。因此，将至少两个单独的涂层结构在单独的处理步骤中堆叠，以便通过利用直接结合技术产生一个最终涂层结构。
[0015]通过应用这种堆叠程序，可以制造具有基本上任意厚度的单晶光学干涉涂层。此外，可以实现多材料涂层，允许作为组合涂层的组分的单晶和非晶涂层材料的任意混合物。在本文中，混合材料涂层被称为“混合”涂层。
[0016]结合或堆叠步骤也可以被视为如下。第一主体基底和第一涂层(具有有限厚度)均由两个表面构成，其中一个表面可以被鉴定为相应基底的顶面，另一个被鉴定为底面。对于第一主体基底和第一涂层两者，每个基底的两个表面中的其中一个表面将被选择作为在其上施加进一步工作的表面。然后该表面将被分别鉴定为主体基底和涂层的顶面。
[0017]第一光学涂层与第二光学涂层的结合也可以被视为翻转，由此将第一光学涂层或第二光学涂层中的其中一个光学涂层翻转180度，使得两个涂层面对面并且然后通过直接结合过程附接。
[0018]所采用的堆叠方法降低了可能由多层表面上的生长缺陷驱动的散射损耗的影响。堆叠后，此类缺陷将被掩埋在表面下方的结合界面处。生长缺陷不利于与光学基底的结合的品质。生长缺陷可能引起空隙并且因此对波前误差具有负面影响。掩埋的生长缺陷对堆
叠光学涂层中的波前误差具有较小影响，因为可以用平面样品实现更高品质的结合界面，例如，可以为平面几何形状均匀施加高压力。
[0019]在如上所述的方法中，第一主体基底和第二主体基底可以基本上相似。
[0020]可替代地，在如上所述的方法中，第一主体基底本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于制造混合光学反射镜组件的方法，所述方法包括：a)通过外延生长技术在第一主体基底上提供第一光学涂层，所述第一光学涂层具有多个交替的高折射率和低折射率的结晶材料层；b)通过物理气相沉积(PVD)技术在第二主体基底上提供第二光学涂层，所述第二光学涂层具有多个交替的高折射率和低折射率的介质材料层；c)将所述第一光学涂层与所述第二光学涂层直接结合；以及d)去除所述第一主体基底。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个交替的高折射率和低折射率的结晶材料层包括GaAs/AlGaAs层，所述多个交替的高折射率和低折射率的介质材料层包括Si/SiO2层。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个交替的高折射率和低折射率的结晶材料层包括GaAs/AlGaAs层，所述多个交替的高折射率和低折射率的介质材料层包括Ge/ZnS层。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一主体基底包括以下中的至少一项：GaAs、Ge、Si和InP。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二主体基底包括Si或CaF2。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述PVD技术是离子束溅射和/或蒸镀。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述外延生长技术是分子束外延或有机金属气相外延。8.一种用于制造混合光学反射镜组件的方法，所述方法包括：a)通过外延生长技术在第一主体基底上提供第一光学涂层，所述第一光学涂层具有多个交替的高折射率和低折射率的结晶材料层；b)通过物理气相沉积(PVD)技术在所述第一光学涂层上提供第二光学涂层，所述第二光学涂层具有多个交替的高折射率和低折射率的介质材料层；c)将所述第二光学涂层与第二主体基底直接结合；以及d)去除所述第一主体基底。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述多个交替的高折射率和低折射率的结...

【专利技术属性】
技术研发人员：G，
申请(专利权)人：统雷有限公司，
类型：发明
国别省市：