Arbeitsschwerpunkte

Die Bewertung funktionaler Oberflächen hinsichtlich ihrer optischen Übertragungscharakteristik ist einer der Kernbereiche der Gruppe Charakterisierung in der Abteilung Laserkomponenten. Hierfür werden kontinuierlich Mess-plätze unter Berücksichtigung der jeweiligen Anforderun-gen erstellt bzw. bestehende Messaufbauten entsprechend adaptiert. Die Konformität zu adäquaten ISO Normen, in denen experimentelle Messtechniken und Methoden zur Datenauswertung beschrieben sind, steht hierbei im Vordergrund. Eingegliedert sind die Arbeiten primär in aktuelle Forschungsprojekte, die sich mit der Optimierung optischer Komponenten auseinandersetzen. Dabei spielen sowohl Trägermaterialien (Substrate, Kristalle, etc.) als auch dielektrische Funktionsschichten eine wesentliche Rolle. Über die gruppeninternen Forschungsprojekte hinaus stehen die Messplätze zur Optikcharakterisierung auch Firmen, Instituten oder anderen Forschungseinrichtungen als Serviceapparaturen zur Verfügung.

Die Gruppe Charakterisierung hält deutschlandweit die mit Abstand größte Palette normgerechter Messverfahren für optische Laserkomponenten vor. Ein Schwerpunkt innerhalb der Arbeitsgruppe stellt die Untersuchung von Materialien im vakuumultravioletten (VUV) und extrem ultravioletten (EUV) Spektralbereich dar. Für diese Wellenlängen stehen Spektralphotometer zur Verfügung, die am LZH konzipiert und aufgebaut wurden. Insbesondere für das spektrale Intervall der EUV-Strahlung wird zurzeit das bestehende System, das den Wellenlängenbereich von 8 nm bis 20 nm abdeckt, in den hochenergetischen Bereich des „Wasser“-Fensters (2,3 nm – 4,4 nm) erweitert. Basierend auf fundamentalen spektralen Charakteristiken von Materialien in diesem Spektralbereich können Aussagen über Oberflächenverunreinigungen, chemische Zusammensetzungen und sogar chemische Bindungsverhältnisse getroffen werden.

Neben der Evaluation der optischen Größen Reflexion und Transmission in speziellen Spektralbereichen ist der Fokus der
Arbeiten auf die Bestimmung optischer Verluste gerichtet. In besonderem Maße wurde in der Vergangenheit das Messverfahren für die Charakterisierung der Absorption optimiert und kommerzialisiert. Mittels Laserkalorimetrie kann hier mit einer Nachweisempfindlichkeit von etwa 0,1 ppm bei ausgewählten Wellenlängen die Absorption hochempfindlich bestimmt werden (ISO 11551). Dazu zählen typische Wellenlängen des Excimerlasers, eines fs-Ti:Saphir-Lasers sowie die höheren Harmonischen des Nd:YAG-Lasers. Darüber hinaus bietet eine durchstimmbare Laserstrahlquelle mit mittlerer Leistung zwischen 650 nm und 2.200 nm die Möglichkeit, Absorptionsbanden (z. B. durch OHGehalt) spektral aufzulösen.

Eine weitere zentrale Aufgabenstellung stellt die Untersuchung von Optiken hinsichtlich ihrer Resistenz und Stabilität gegenüber hochintensiver Laserstrahlung dar. Das dabei eingesetzte Messverfahren (nach ISO 11254) ist bei den Harmonischen des Nd:YAG-Lasers bis 266 nm und bei der Wellenlänge des ArF-Excimerlasers (193 nm) bei hohen Pulsenergien verfügbar. Zusätzlich können auch im Ultrakurzpulsbereich an einem adäquaten Messsystem Untersuchungen zur Leistungsverträglichkeit durchgeführt werden. Die Bereitstellung dieser Messmethode bei zahlreichen Wellenlängen trägt somit den steigenden Anforderungen der Industrie und Forschung Rechnung. In diesem Zusammenhang steht auch die Möglichkeit der Durchführung dieser Untersuchungen unter Vakuumbedingungen, die für Weltraum basierte Anwendungen von zentraler Bedeutung sind. Die bislang noch unzureichend verstandenen Mechanismen der vorzeitigen Alterung von optischen Funktionsschichten unter dem Einfluss von Vakuum werden hierbei erforscht. In diesem Kontext sind weitere Messplätze zu nennen, die Fragestellungen zur Umweltverträglichkeit (ISO 9211 3 bzw. MIL C 48497) und zur Kontamination von Oberflächen (ISO 10110 7) aufklären. Dabei wird zwischen der Belegung einer Oberfläche mit organischen respektive anorganischen Schichten und der Verunreinigung mit Partikeln differenziert. Der Bestimmung von Partikelgrößen und deren korrespondierende Anzahl wurde ein entsprechender Messplatz gewidmet, der innerhalb sehr kurzer Zeit die vollständige Kartierung einer Optik vornehmen kann. Dieses schnelle Messverfahren ist geeignet, um im Fertigungsprozess eine Qualitätseingangs- und Qualitätsausgangskontrolle vorzunehmen.