带有应力补偿的涂层的针对红外线范围的光学结构元件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于构造针对红外线范围的光学结构元件（1）的方法，在该方法中，确定光学结构元件（1）的期望的技术特性，模拟出光学结构元件（1）并且这个模拟的光学结构元件具有由上下堆叠的具有至少一个低折射层（L1至L6）和高折射层（H1至H10）的层构成的层序列，其中，低折射层的折射率处于1.35至1.7的范围内，高折射层的折射率处于3至5的范围内。紧接着以如下方式产生经修改的模拟的光学结构元件，即，将模拟的光学结构元件的至少一个低折射层（L1至L6）划分成至少两个部分层并且将中等折射层（M1至M14）补入其中至少两个部分层之间，其中，中等折射层（M1至M14）的折射率处于1.8至2.5的范围内并且其应力系数具有与每个低折射层（L1至L6）和每个高折射层（H1至H10）的应力系数相反的符号。经修改的模拟的光学结构元件的层厚度通过另外的模拟以如下方式进行调节，即，使得经修改的模拟的光学结构元件具有所期望的技术特性。本发明也涉及一种针对红外线范围的光学结构元件（1）。
【专利说明】带有应力补偿的涂层的针对红外线范围的光学结构元件
[0001]技术范围
[0002]本发明涉及一种带有应力补偿的涂层的用于红外线范围的光学结构元件，像这种光学结构元件由DE 101 34 157 Al公知的那样。
【背景技术】
[0003]在光学结构元件的许多应用中越来越多地提出如下要求，S卩，使这些结构元件越来越节省空间地布置，并且结构元件以及它们必要时存在的涂层可以成本越来越低地并且由少量单个组件来制造。
[0004]这种类型的光学结构元件可以用作为所谓的法布里珀罗干涉仪(Fabry-Perot-1nterferometer) ο这种法布里拍罗干涉仪在其基本结构中包括至少两个通过被称为共振腔(Re s onator )的中间空间分隔开的彼此相间隔的镜层(Sp i e ge I s ch i cht)。共振腔的尺寸以及进而其光学厚度的受控制的可变性可以实现法布里珀罗干涉仪的可调谐性。
[0005]在示例性说明的文件US 6,618, 199 B2中存在有两个镜结构(Spiegelstrukturen),通过它们的间距限定了法布里拍罗干涉仪的共振腔,至少其中一个镜结构包括可运动的膜片，通过它们静电力能够作用到镜层上，由此可以调整两个镜结构之间的间距。
[0006]通过文件EP I 882 917 Al描述了一种基于法布里珀罗干涉仪的可调谐的双频带法布里拍罗滤波器(Dual-Band Fabry-Perot-Fi I ter),其用于红外线测量技术中并且包含两个环境(atmosphaerisch)窗口(3至5和8至12 μπι)。该滤波器主要由在娃基底之上的层堆叠体构成。这些层交替地是低折射(折射率1.2至2.5)的或者高折射(3至5.9)的。每个堆叠体(Stapel)具有至少各五个低折射层和高折射层。堆叠体分别布置在各自的反射体载体上，其中，反射体载体通过共振腔分隔开，共振腔的光学厚度是可调整的并且由此法布里珀罗滤波器是可调谐的。
[0007]共振腔也可以通过一个或者多个光学层来实现，像由文件US 4，756，602 A公知的那样。在此，共振腔的光学厚度可以在制造层之前选定，但在制成滤波器之后就不再能改变了或者甚至不再能调谐了。
[0008]提到的干涉仪和滤波器常常借助MEMS (微机电系统)或者晶片级封装(Waferlevel-Packaging)装配在娃晶片或者锗晶片上。在此，在要非常薄地实施的层和很薄的晶片中存在如下问题，即，涂层构造得应力很低。对出现的应力的补偿，尤其是在对光学结构元件及其涂层的表面(平整度)有很高要求的情况下是必需的，像这迄今为止应用在伦琴射线范围和光刻技术(EUV)中的情况那样。
[0009]如果要开发如下双频带反射器，其在两个彼此分隔开且限定的光谱范围内(例如:在中波红外线[mid-ware infrared, MWIR]内或者在LWIR[长波红外线，long-wareinfrared]内)分别具有预先给定且彼此不同的反射率，那么为了构造出这样的光学结构元件，低折射的和高折射的电介质层交替地以层序列上下堆叠，其中，这些层的折射率的差尽可能大地选择，以便使层序列的总厚度保持得很小。如果在层序列内布置了少量层，那么这些层相应地具有大的独特的层厚度。
[0010]但是实践表明，具有大的层厚度的，例如具有由锗和氟化物构成的层的层序列由于出现很高且相同指向的应力，例如拉应力是非常不稳定的。
[0011]为了能够均衡由这些层发出的压应力或者拉应力，公知有不同的解决方案。因此，可以将由具有相反的应力系数的材料构成的层组合在一起。
[0012]例如在文件JP2006-281766A中，在基底之上施加两个层，其中，基底和第一层具有正的压力系数，但第二层拥有负的压力系数。以这种解决方案可以补偿出现的热应力。
[0013]针对EUV光刻技术的应用领域，文件WO 00/19247同样公开了如下可能性，S卩，通过将不同的应力系数的层组合来实现应力补偿。
[0014]在文件DE 101 34 157 Al中提出了另一途径。描述的是，将至少一个氧化光学层和由氧化铝构成的层组合作为补偿层，其中，氧化铝层在无需离子辅助的情况下施加。当氧化层具有压应力(正的应力系数)时，通过氧化铝层存在拉应力(负的应力系数)。如果多个氧化层布置在堆叠体中，那么该堆叠体应当包括六种(sechsfach)低折射层和高折射层的顺序。补偿层可以布置在氧化层之下、之上或者之间。在公开的内容中虽然指出了以灵活的方式补偿堆叠体的应力的可能性，但是没有说明至少一个由氧化铝制成的补偿层表现出哪些光学作用。
[0015]由文件US 5，243，458 A公知了分别仅具有四个堆叠在基底之上的层的防反射涂层。在这里，在由具有拉应力的材料，例如锗(Ge)或者氟化物构成的层之间引入硫化锌(ZnS)层。ZnS层具有压应力，由此会很大程度地补偿在层序列中的拉应力。此外，在锗与氟化物之间的ZnS层起粘合作用。
[0016]但是，通过由现有技术公知的解决方案还是并没有消除在具有大的层厚度的层中不利地出现了高应力。
【发明内容】
[0017]本发明的任务是，提出一种用于使用在红外线范围内的带有应力补偿的涂层和选定的技术特性的光学结构元件。本发明同样应当提出一种用于构造该光学结构元件的方法，借助该方法可以在对所期望的技术特性进行了调整的同时构造出光学结构元件的应力补偿的涂层。
[0018]该任务通过用于构造针对红外线范围的光学结构元件的方法来解决，该方法包括如下步骤:
[0019]a)确定光学结构元件的期望的技术特性，
[0020]b)模拟出具有所期望的技术特性的光学结构元件，其中，模拟的光学结构元件具有带有至少一个低折射层和高折射层的上下堆叠的层的层序列，其中，低折射层的折射率处于1.35至1.7的范围内，高折射层的折射率处于3至5的范围内，
[0021]c)通过将模拟的光学结构元件的至少一个低折射层划分成至少两个部分层并将在其中至少两个部分层之间补入中等折射层的方式产生经修改的模拟的光学结构元件，其中，中等折射层的折射率处于1.8至2.5的范围内并且其应力系数相对于每个低折射层和每个高折射层的应力系数具有相反的符号，[0022]d)借助另外的模拟以如下方式调节经修改的模拟的光学结构元件的层厚度相，即，使得经修改的模拟的光学结构元件具有所期望的技术特性，并且
[0023]e)以如下方式提供另外的模拟的结果，即，把层序列的信息和对层序列的层厚度的说明对使用者开放。
[0024]在下文中，构造的概念是指以虚拟的方式构建出光学结构元件。在这里，光学结构元件在执行根据本发明的方法过程中可以作为数据组存在并且例如以表格形式和/或作为示意图示出。
[0025]所期望的技术特性在最广泛的意义上可以理解为光学结构元件的所有针对其功能相关的特性。因此，例如光学结构元件的光学特性以及机械特性和/或化学特性都可以是技术特性。
[0026]在根据本发明的方法的优选实施方案中，以如下的方式得到所期望的技术特性，即，通过光学结构元件在0.8至16微米的波长范围上实现至少两个区段，光学结构元件在这些区段上分别具有在50至100%的范围内的特定的反射率。特别优选的是，其中每个区段都处于两个所谓的在3至5μπι (丽IR)的范围内或在8至12 μ m (LWIR)的范围内的环境窗口中的一个的区域内。
[0027]这些区段的反射率可以自由选定。借助根据本发明的方法来构造光学结构元件允许与预先给定的选择相应地对光学结构元件的反射率进行调整。
[0028]为了对模拟出的光学结构元件进行模拟，可以应用每个用于设计具有所期望的技术特性的光学结构元件的手动或计算机辅助的方法。有利的是，借助合适的本【技术领域】公知的模拟程序进行模拟。另外的模拟也以有利的方式在利用模拟程序的情况下执行。在这里，必须考虑到层序列中的至少一个补入的中等折射层。模拟和另外的模拟优选分别包含层序列的基底在内。
[0029]根据本发明的方法的核心是，设计出由高折射层和低折射层构成的层序列(堆叠体)，通过其导致光学结构元件的所期望的技术特性并且紧接着以如下方式修改层序列，即，在层序列的层之间以及内部减少出现的应力。为了能够减少在高折射层与低折射层之间的非常不利的应力，在设计好的层序列中补入中等折射层(补偿层)。这些中等折射层也被证实是有利的，因为通过这些中等折射层，在高折射层与低折射层之间或分别在针对高折射层和低折射层所使用的材料之间实现了非常有利的粘合。
[0030]对于本发明重要的是，将至少一个低折射层划分成部分层。由此，避免了不利地大的层厚度并被分配到最初的模拟的层的多个部分层上。这种方式带来的结果是，至少一个中等折射层直接布置在由相同的材料构成的低折射部分层之间。
[0031]在根据本发明的方法的另一实施方案中，也可以将层划分成至少三个部分层并且在其中两个部分层之间除中等折射层外补入另外的高折射层或者低折射层。
[0032]优选的是，选择在部分层之间补入的具有在20至150nm之间，优选在30至IOOnm之间的层厚度的中等折射层(补偿层)。有利的是，以如下方式划分层，即，其中没有部分层具有例如大于1500nm的层厚度。
[0033]在光学结构元件的层序列中，可以补入另外的中等折射层。这些另外的中等折射层不必补入部分层之间。
[0034]此外，可行的是，在步骤c)中额外地将模拟的光学结构元件的至少一个高折射层划分成至少两个部分层并且在其中至少两个部分层之间补入中等折射层。
[0035]在根据本发明的方法的其他实施方案中，也可以在另外的模拟中在步骤d)中仅调节一个中等折射层的或多个中等折射层的层厚度。于是，在维持模拟的光学结构元件的低折射和高折射层的模拟的层厚度的情况下并且在改变中等折射层的层厚度的情况下调整出所期望的技术特性。
[0036]在根据本发明的方法的另一实施方案中，在对经修改的模拟的光学结构元件的另外的模拟中，除中等折射层外也可以调节低折射层和高折射层，或者仅分别调节低折射层或者高折射层。
[0037]对低折射层的划分可以虚拟地通过独特的预定值，例如通过模拟程序的操作员来进行。对划分的方式(例如一个、多个或者所有的部分层的部分层的数量、厚度或厚度范围)和位置(选定在堆叠体内要划分的层)的相关的决定可以作为数据组输送给模拟程序。在根据本发明的方法的其他实施方案中，一些或全部关于划分的方式和位置的决定，例如以规则的形式，已经预先作为数据组存储起来。于是，对低折射层(必要时也对高折射层)的划分以及补入中等折射层也可以在考虑到预先存储的数据组的情况下自动化地进行。
[0038]根据本发明的方法可以用于制造光学结构元件。为此，光学结构元件像前面所说明的那样来构造并且借助另外的模拟的在步骤e)中获得并提供的结果通过合适的公知的方法来制造。
[0039]此外，该任务通过针对红外线范围的通过基底和由在基底上上下堆叠的分别具有独特的层厚度的光学层构成的堆叠体构成的光学结构元件来解决。堆叠体具有至少一个其折射率处于1.35至1.7的范围内的低折射层和其折射率处于3至5的范围内的高折射层。至少一个低折射层划分成至少两个部分层。在其中至少两个部分层之间存在有中等折射层，其折射率处于1.8至2.5的范围内并且其应力系数具有与每个低折射层和每个高折射层的应力系数相反的符号。堆叠体的层序列以如下方式选定，即，在0.8至16 μ m的波长范围内，涂层的反射率在这个波长范围的至少两个区段上选出并且是在50至100%的反射率的范围内的相互独立的值。
[0040]堆叠体和层序列的概念在本说明书中表示相同的意思。
[0041]除了在两个部分层之间存在有中等折射层之外，光学结构元件还可以具有其他中等折射层。这些中等折射层可以存在于其他部分层之间，即在低折射层之间、在高折射层之间或者在低折射层与高折射层之间。
[0042]优选地，借助光学结构元件在0.8至16 μ m的波长范围上产生至少两个区段，它们设有具有在50至100%之间的值的相互独立的反射率。优选地，光学结构元件的结构以如下方式选定，即，在每个环境窗口( 3至5以及8至12 μ m)的至少一个分区段上产生至少一个具有在50至100%之间的反射率的区段。
[0043]波长范围的至少两个区段也可以称为光谱波长带(spektrale WelIenIangenbander)或者双频带。
[0044]在根据本发明的光学结构元件的优选实施方案中，其中每个存在于堆叠体内且补入部分层之间的中等折射层(补偿层)的层厚度为20至150nm，优选30至lOOnm。此外优选的是，中等折射层占堆叠体的总厚度的百分比为至少20%，优选25%。中等折射层具有应力系数，其符号与每个低折射层和每个高折射层的应力系数相反。[0045]本发明的优点在于，反射率可以通过选择其中至少一个现有的中等折射层的层厚度来选定。也就是说可行的是，在维持堆叠体的剩余的层的数量、顺序、层厚度和材料的情况下，要制造的根据本发明的光学结构元件的反射率可以与从光学结构元件的所设置的应用中得出的要求相应地进行调整，从而可以实现光学结构元件的预先给定的反射率。在这里，调整可以理解为，堆叠体例如通过借助PVD或者其他公知方法进行沉积的方式施加在基底上，并且对反射率的调整通过至少一个中等折射层在施加过程中的相应的构造来实现。根据本发明的光学结构元件优选地借助根据本发明的方法来构造。
[0046]在光学结构元件的其他实施方案中，也可以通过如下方式选择并调整堆叠体的存在于光学结构元件内的其他层的顺序、层厚度、数量和材料，即，实现所期望的光学作用。尤其是，要制造的光学结构元件的反射率与从光学结构元件的所设置的应用中得出的要求相应地进行调整。
[0047]在这里，反射率的可调整性以存在有部分层和位于它们之间的中等折射层为前提，与根据本发明的光学结构元件的堆叠体的特定的实施方案，也就是说与特定的层序列、层厚度、数量或材料无关。
[0048]根据本发明的光学结构元件的优选实施方案是中等折射层的应力系数是正的，也就是说中等折射层的材料将压应力引入到堆叠体内。
[0049]高折射层的材料优选针对其中每个高折射层单独地从包括元素:锗(Ge)、硅(Si)以及化合物:碲化铅(PbTe)和碲化镉(CdTe)的组中选出。
[0050]同样地，根据本发明的光学结构元件的优选实施方案是，中等折射层的材料针对其中每个中等折射层单独地从包括化合物:硫化锌(ZnS)、硒化锌(ZnSe)、氧化娃(SiO)以及硫族化物的组中选出。
[0051]此外优选的是，低折射层的材料针对其中每个低折射层单独地从包括化合物:氟化镱(YbF3)、氟化钡(BaF2)、氟化镁(MgF2)和氟化钙(CaF2)的组中选出。低折射层的材料也可以选自具有在1.35至1.7的范围内的折射率的氧化物，例如氧化硅。
[0052]基底的材料优选从包括元素:Ge、Si以及化合物:硫族化物玻璃、ZnS, ZnSe、蓝宝石、石英、石英玻璃、CaF2和MgF2的组中选出。
[0053]本发明令人吃惊地被证实，通过至少一个中间折射率层除应力补偿和对反射率的可调整性外，通过应用ZnS实现了尤其是在Ge与YbF3之间的改进的粘合。
[0054]为了达到所期望的技术特性，像例如特定的光学作用所需的根据本发明的光学结构元件的具体的设计方案可以借助合适的计算机辅助模拟来实现。
[0055]根据本发明的光学结构元件可以是MEMS构件。同样地，用作窄带滤波器以及单频带反射镜、双频带反射镜或多频带反射镜都是可行的。即使根据本发明的光学元件具有多个频带，在用作单频带滤波器的情况下也分别仅利用一个频带。
【专利附图】
【附图说明】
[0056]在下文中参照实施例和附图对光学结构元件的有利实施方案进行详细说明。在附图中:
[0057]图1示出根据本发明的光学结构元件的第一实施方案的示意性图示；
[0058]图2示出在第一实施方案中反射率与波长之间的函数关系；[0059]图3示出根据本发明的光学结构元件的第二实施方案的示意性图示；
[0060]图4示出在第二实施方案中反射率与波长之间的函数关系；
[0061]图5示出根据本发明的光学结构元件的第三实施方案的示意性图示；
[0062]图6示出在第三实施方案中反射率与波长之间的函数关系；
[0063]图7示出根据本发明的光学结构元件的第四实施方案的示意性图示；
[0064]图8示出在第四实施方案中反射率与波长之间的函数关系；
[0065]图9示出根据本发明的光学结构元件的第五实施方案的示意性图示；
[0066]图10示出在第五实施方案中反射率与波长之间的函数关系；
[0067]图11示出根据本发明的光学结构元件的第六实施方案的示意性图示；
[0068]图12示出在第六实施方案中反射率与波长之间的函数关系；
[0069]图13示出根据本发明的光学结构元件的第七实施方案的示意性图示；
[0070]图14示出在第七实施方案中反射率与波长之间的函数关系；
【具体实施方式】
[0071]在根据本发明的光学结构元件I的根据图1的第一实施方案中，在这里由ZnS(硫化锌)制成的基底3上堆叠有由八个层构成的堆叠体2，其中，两个层是由YbF3 (氟化镱)构成并且具有320nm和380nm的独特的层厚度的低折射层L1、L2 ;三个层是由ZnS (硫化锌)构成并且具有30nm、30nm和665nm的独特的层厚度的中等折射层Ml至M3 ;三个层是由Ge(锗)构成并且具有698nm、685nm和505nm的独特的层厚度的高折射层Hl至H3。在层LI与L2之间存在有中等折射层M2。由图1可以获知在基底3之上的堆叠体2的层顺序。中等折射层Ml至M3具有压应力，低折射层LI和L2以及高折射层Hl至H3具有拉应力。[0072]如在图2中示意性示出的那样，根据第一实施方案的光学结构元件I在第一环境窗口(3至5μπι)的大约3.3至4.8μπι的波长范围内并且在第二环境窗口(8至12 μπι)的大约6.4至12.75 μπι的波长范围内具有大于50%的反射率，其中，在大约3.75至4.25 μ m的波长范围内以及在大约7.25至9.75的波长范围内存在大于90%的反射率。反射率的最高值92%分别在3.8至4.2 μ m和7.5至9.3 μ m的波长范围内达到。
[0073]在根据图3的第二实施方案中，在这里由Si (硅)制成的基底3上堆叠有由二十一个层构成的堆叠体2，其中，两个层是由YbF3构成并且具有1220nm和399nm的独特的层厚度的低折射层L1、L2 ;十个层是由ZnS构成并且具有31至899nm的独特的层厚度的中等折射层Ml至MlO ;九个层是由Ge构成并且具有35至635nm的独特的层厚度的高折射层Hl至H9。在层LI与L2之间存在有中等折射层M3。由图3可以获知在基底3之上的堆叠体2的层顺序。中等折射层Ml至MlO具有压应力，低折射层LI和L2以及高折射层Hl至H9具有拉应力。
[0074]如在图4中示意性示出的那样，根据第二实施方案的光学结构元件I在第一环境窗口(3至5μπι)的大约3.0至4.1 μπι的波长范围内以及在第二环境窗口(8至12 μπι)的大约7.1至最少14 μ m的波长范围内具有大于50%的反射率，其中，在大约3.0至3.8 μ m的波长范围内以及在大约7.6至13 μ m的波长范围内存在大于90%的反射率。反射率的最高值在3.0至3.8 μ m的波长范围内达到(90%)以及在8.0至12.0 μ m的波长范围内达到(94%)ο[0075]在根据图5的第三实施方案中，在这里由CaF2 (氟化钙)制成的基底3上堆叠有由十九个层构成的堆叠体2，其中，两个层是由YbF3构成并且具有1370nm和399nm的独特的层厚度的低折射层L1、L2 ;九个层是由ZnS构成并且具有31至835nm的独特的层厚度的中等折射层Ml至M9 ;八个层是由Ge构成并且具有44至651nm的独特的层厚度的高折射层Hl至H8。在层LI与L2之间存在有中等折射层M2。由图5可以获知在基底3之上的堆叠体2的层顺序。中等折射层Ml至M9具有压应力，低折射层LI和L2以及高折射层Hl至HS具有拉应力。
[0076]如在图6中不意性不出的那样,根据第三实施方案的光学结构兀件I在第一环境窗口(3至5μπι)的大约3.0至4.1 μπι的波长范围内以及在第二环境窗口(8至12 μπι)的大约7.1至最少14 μ m的波长范围内具有大于50%的反射率，其中，在大约3.0至3.8 μ m的波长范围内以及在大约7.4至14 μ m的波长范围内存在至少80%的反射率。反射率的最高值在3.0至3.8 μ m的波长范围内达到(80%)以及在8.0至12.0 μ m的波长范围内达到(94%)ο
[0077]在根据图7的第四实施方案中，在这里由蓝宝石制成的基底3上堆叠有由二十七个层构成的堆叠体2，其中，六个层是由YbF3构成并且具有48至828nm的独特的层厚度的低折射层LI至L6 ;十一个层是由ZnS构成并且具有31至464nm的独特的层厚度的中等折射层Ml至Mll ;十个层是由Ge构成并且具有10至575nm的独特的层厚度的高折射层Hl至H10。在层L3和L4之间以及在L5和L6之间分别存在有中等折射层M2或M3。由图7可以获知在基底3之上的堆叠体2的层顺序。中等折射层Ml至Mll具有压应力，低折射层LI至L6以及高折射层Hl至HlO具有拉应力。
[0078]如在图8中示意性示出的那样，根据第四实施方案的光学结构元件I在第一环境窗口(3至5μπι)的大约3.1至5μπι的波长范围内以及在第二环境窗口(8至12 μπι)的大约7.1至最少14 μ m的波长范围内具有至少50%的反射率，其中，在大约7.6至13 μ m的波长范围内存在至少90%的反射率。反射率的最高值94%在8.0至12.8 μ m的波长范围内达到。
[0079]在根据本发明的光学结构元件I的根据图9的第五实施方案中，这里由ZnS(硫化锌)制成的基底3上堆叠有由九个层构成的堆叠体2，其中，两个层是由YbF3 (氟化镱)构成并且具有独特322nm和380nm的独特的层厚度的低折射层L1、L2 ;四个层是由ZnS(硫化锌)构成并且具有30nm、30nm、50nm和665nm的独特的层厚度的中等折射层Ml至M4 ;三个层是由Ge (锗)构成并且具有698nm、685nm和505nm的独特的层厚度的高折射层Hl至H3。在(部分)层LI与L2之间存在有中等折射层M2。由图9可以获知在基底3之上的堆叠体2的层顺序。中等折射层Ml至M4具有压应力，低折射层LI和L2以及高折射层Hl至H3具有拉应力。对中等折射层Ml至M4的主要作用在这个实施例中以举例的方式进行详细说明。中等折射层M2主要用于减少堆叠体的应力，而中等折射层Ml和M3主要用于层Hl与LI或者L2与H2之间的粘合。中等折射层M4主要是光学层，但是也用于在高折射(部分)层H2与H3之间的应力减小。
[0080]如在图10中示意性示出的那样，根据第五实施方案的光学结构元件I在第一环境窗口(3至5μπι)的大约3.4至4.9μπι的波长范围内并且在第二环境窗口(8至12 μπι)的大约6.4至13 μ m的波长范围内具有至少50%的反射率，其中，在大约3.8至4.3 μ m的波长范围内以及在大约7.3至9.8的波长范围内存在大于90%的反射率。反射率的最高值大约在4.1至4.2μπι和8至9μπι的波长范围内达到。
[0081]在根据本发明的光学结构元件I的根据图11的第六实施方案中，在这里由ZnS(硫化锌)制成的基底3上堆叠有由二十二个层构成的堆叠体2，其中，五个层是由YbF3(氟化镱)构成并且具有960nm、345nm、400nm、102nm和233nm的独特的层厚度的低折射层LI至L5 ;十个层是由 ZnS (硫化锋)构成并且具有 30nm、30nm、30nm、30nm、777nm、30nm、30nm、360nm、1058nm和113nm的独特的层厚度的中等折射层Ml至MlO ;七个层是由Ge (锗)构成并且具有538nm、638nm、170nm、481nm、60nm、98nm和65nm的独特的层厚度的高折射层Hl至H7。在层LI与L2之间以及在L2与L3之间存在有中等折射层M2或M3。由图11可以获知在基底3之上的堆叠体2的层顺序。中等折射层Ml至MlO具有压应力，低折射层LI至L5以及高折射层Hl至H7具有拉应力。
[0082]如在图12中示意性示出的那样，根据第六实施方案的光学结构元件I在第一环境窗口(3至5μπι)的大约3至4.6μπι的波长范围内以及在第二环境窗口(8至12 μπι)的波长范围上具有至少50%的反射率，其中，在大约7.7至13 μ m的波长范围内存在大于90%的反射率。反射率的最高值大约在8至11.5μπι的波长范围内达到。
[0083]在根据本发明的光学结构元件I的根据图13的第七实施方案中，，在这里由ZnS(硫化锌)制成的基底3上堆叠有由三十个层构成的堆叠体2，其中，六个层是由YbF3 (氟化镱)构成并且具有638nm、765nm、443nm、400nm、52nm和501nm的独特的层厚度的低折射层LI至L6 ;十四个层是由ZnS (硫化锌)构成并且具有30nm、80nm、30nm、30nm、30nm、392nm、449nm、124nm、296nm、208nm、287nm、259nm、280nm 和 47nm 的独特的层厚度的中等折射层 Ml至 M14 ;十个层是 Ge (错)构成并且具有 422nm、20nm、581nm、390nm、llOnm、134nm、113nm、20nm、33nm和93nm的独特的层厚度的高折射的层Hl至H10。在层L3与L4之间存在有中等折射层M4。由图13可以获知在基底3之上的堆叠体2的层顺序。中等折射层Ml至M14具有压应力，低折射层LI至L6以及高折射层Hl至HO具有拉应力。
[0084]如在图14中示意性示出的那样，根据第七实施方案的光学结构元件I在第一环境窗口的大约3.1至5μπι的波长范围内具有力争达到的大约50%的反射率以及在第二环境窗口的大约7.6至13 μ m的波长范围内具有最少90%的反射率。反射率的最高值大约在8至11.5μπι的波长范围内达到。
[0085]应借助根据图1的第一实施例对根据本发明的用于构造针对红外线范围的光学结构元件I的方法就其基本特点进行说明。
[0086]首先，确定要构造的光学结构元件I的期望的技术特性。光学结构元件I应当在第一环境窗口的3.7至4.3 μ m的波长范围内的区段上并且在第二环境窗口的7.5至10 μ m的波长范围内的区段上分别具有至少90%的反射率。在所提到的区段之间的反射率没有预先给定。此外，在光学结构元件内出现的应力应当保持得很小并且应当得到很小的总层厚度。也就是说，应当构造出带有前面提到的技术特性的双频带反射器。作为低折射层的材料应当使用YbF3,作为高折射层的材料应当使用Ge。这二者都具有拉应力(负的应力系数)。
[0087]所期望的技术特性作为输入数据输入到模拟软件中并且执行模拟。作为结果，虚拟地得到了模拟的光学结构元件，它具有由一个高折射层Hl (层厚度:698nm)、一个低折射层L1+L2 (702nm)以及另一高折射层H2+H3 (1190nm)构成的层序列。在此，将低折射层L1+L2划分成两个部分层LI和L2并且补入中等折射层M2作为“补偿层”。高折射层H1+H2也被划分并且补入中等折射层M3。为了在高折射层Hl与低折射(部分)层LI之间的粘合，补入中等折射层Ml。所有的中等折射层都由ZnS制成并且具有压应力(正的应力系数)。以该方式修改的模拟的光学结构元件在另外的模拟中在考虑到所有已进行的修改的情况下重新进行模拟。在这里，经修改的模拟的光学结构元件的层厚度以如下方式进行调节，即，它们的顺序保持不变，但所有层的独特的层厚度重新进行计算。得到具有所期望的技术特性的光学结构元件I。
[0088]在根据本发明的方法的另一实施例中，只对中等折射层的独特的层厚度进行调节。
【权利要求】
1.一种用于构造针对红外线范围的光学结构元件(I)的方法，所述方法具有如下步骤: a)确定光学结构元件(I)的期望的技术特性， b)模拟具有所述期望的技术特性的光学结构元件，其中，模拟的光学结构元件具有带有至少一个低折射层(LI至L6)和高折射层(Hl至HlO)的上下堆叠的层的层序列(2)，所述低折射层的折射率处于1.35至1.7的范围内，所述高折射层的折射率处于3至5的范围内， c)通过如下方式产生经修改的模拟的光学结构元件，即，将模拟的光学结构元件的至少一个低折射层(LI至L6)划分成至少两个部分层并将中等折射层(Ml至M14)补入至少两个所述部分层之间，其中，中等折射层(Ml至M14)的折射率处于1.8至2.5的范围内并且其应力系数具有与每个低折射层(LI至L6)和每个高折射层(Hl至H10)的应力系数相反的符号， d)将所述经修改的模拟的光学结构元件的层厚度借助另外的模拟以如下方式进行调节，即，使得所述经修改的模拟的光学结构元件具有期望的技术特性， e)以如下方式提供所述另外的模拟的结果，即，把层序列的信息和层序列的层厚度的说明对使用者开放。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤c)中额外地将模拟的光学结构元件的至少一个高折射 层(Hl至H10)划分成至少两个部分层并且在至少两个所述部分层之间补入中等折射层(Ml至M14)。
3.根据权利要求1或2所述的方法在用于制造光学结构元件(I)的方法中的用途。
4.一种针对红外线范围的光学结构元件(1)，所述光学结构元件通过基底(3)和堆叠体(2)构成，所述堆叠体由在所述基底(3)上、上下堆叠的具有各自的层厚度的光学层构成，其特征在于， -堆叠体(2)具有至少一个低折射层(LI至L6)和高折射层(Hl至H10)，所述低折射层的折射率处于1.35至1.7的范围内，所述高折射层的折射率处于3至5的范围内， -至少一个低折射层(LI至L6)被划分成至少两个部分层并且在至少两个所述部分层之间补入中等折射层(Ml至M14)，所述中等折射层的折射率处于1.8至2.5的范围内并且所述中等折射层的应力系数具有与每个低折射层(LI至L6)和每个高折射层(Hl至H10)的应力系数相反的符号， -堆叠体(2)的层序列以如下方式选定，即，在0.8至16 μ m的波长范围内，涂层的反射率在所述波长范围的至少两个区段上选出并且是在50%至100%的反射率的范围内的相互独立的值。
5.根据权利要求4所述的光学结构元件(1)，其特征在于，通过至少一个中等折射层(Ml至M14)的层厚度的选择能实现光学结构元件(I)的预先给定的反射率。
6.根据权利要求5所述的光学结构元件(I)，其特征在于，中等折射层(Ml至M14)的应力系数是正的。
7.根据权利要求4或5所述的光学结构元件(I)，其特征在于，低折射层(LI至L6)的材料针对每个所述低折射层(LI至L6)单独地从包括YbF3、BaF2^MgF2和CaF2的组中选出。
8.根据权利要求7所述的光学结构元件(I)，其特征在于，中等折射层(Ml至M14)的材料针对所述每个中等折射层(Ml至M14)单独地从包括ZnS、ZnSe、SiO和硫族化物的组中选出。
9.根据权利要求8所述的光学结构元件(I)，其特征在于，高折射层(Hl至HlO)的材料针对每个所述高折射层(Hl至H10)单独地从包括Ge、Si, PbTe和CdTe的组中选出。
10.根据权利要求9所述的光学结构元件(1)，其特征在于，基底(3)的材料从包括Ge、S1、硫族化物玻璃、蓝宝石、ZnS> ZnSe、石英、石英玻璃、CaF2和MgF2的组中选出。
11.根据权利要求4至10中任一项所述的光学结构元件(1)，其特征在于，光学结构元件(I)是MEMS构件。
12.根据权利要求4至10中任一项所述光学结构元件(I)作为窄带滤波器的用途。
13.根据权利要求4至10中任一项所述光学结构元件(I)作为单频带反射镜、双频带反射镜或者多频带反 射镜的用途。
【文档编号】G02B5/08GK103814326SQ201280045860
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年9月19日 优先权日:2011年9月20日
【发明者】迪特尔·法佐尔德, 埃尔维拉·吉特尔 申请人:业纳光学系统有限公司