DE3830364C1 - - Google Patents
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C03B23/02—Re-forming glass sheets
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Description
Verfahren zur Herstellung eines mit einem reflektierenden, entspiegelnden,
polarisierenden, als Interferenz-Filter oder als Strahlteiler wirkenden
dielektrischen Schichtsystem belegten planaren Glassubstrats, wobei die
Schichten mittels eines CVD-Beschichtungsverfahrens erzeugt werden.
Mit dielektrischen Schichtsystemen belegte Glassubstrate werden als reflek
tierende, entspiegelnde oder polarisierende Optiken sowie als Interferenz-
Filter und Strahlteiler eingesetzt. Üblicherweise werden für die Erzeugung
der Schichten Aufdampf- und Sputtertechniken eingesetzt, so z.B. Elektronen
strahlverdampfen, Ionplating, Sputtering, Ionbeam-Sputtering, Ion Beam as
sisted Depostion. Auch Tauchverfahren zum Aufbringen der Schichten sind
bekannt. Nachteilig bei diesen Verfahren ist jedoch, daß die Eigenschaften
des aufgebrachten Materials nicht denen des Massivmaterials entsprechen.
Verunreinigungen, z. B. Tiegelmaterial, Fehler in der Grenzstruktur und
inhomogene Flächenbeschichtung bewirken Absorption, Streuung und Depolari
sation.
Es ist bekannt, daß sich mittels CVD-Verfahren dielektrische Schichten höch
ster Qualität abscheiden lassen. Diese Verfahren sind dem Fachmann wohl
bekannt und z.B. beschrieben in: Pure & Appl. Chem., Vol. 57, No. 9 pp.
1299 bis 1310, 1985; Journal of the Electrochemical Society, Band 123, Nr. 7,
Juli 1976, Seiten 1079 bis 1083; Tingye Li, Optical Fiber Communication
Vol. 1, Fiber Fabrication, Academic Press FNC (1985) sowie in EP-OS 5 963,
GB-OS 20 79 267, US-PS 42 62 035 oder US-PS 43 49 582. Es sind auch Ver
fahren zur Herstellung von Lichtleitfasern bekannt, z.B. DE-PS 2 33 203
oder DE-PS 23 28 930, bei dem das Innere eines Glasrohres oder ein Stab
auf seiner Außenseite mit einer oder mehreren Schichten eines Glases mit
unterschiedlichem Brechungsindex belegt wird. Das Glasrohr wird zu einem
Stab kollabiert und wie der außen beschichtete Stab dann zu einer Faser
ausgezogen. Ein Hinweis auf planare Schichtsysteme wird nicht gegeben.
Der Aufbau von dielektrischen Schichten zur Herstellung von reflektierenden,
antireflektierenden, polarisierenden usw. optischen Elementen ist Stand
der Technik und z.B. in dem Standardwerk: Anders, Dünne Schichten für die
Optik, Wissenschaftl. Verlags-GmbH, Stuttgart, 1965 erschöpfend beschrieben.
Die optischen Eigenschaften des mit den Schichten belegten Substrats sind
von der Schichtdicke der einzelnen Schichten abhängig. Für Wellenlängen
im Bereich von 0,4 bis 1,6 µm sind die nach diesen bekannten Verfahren
erzeugbaren Schichten im allgemeinen zu dick. Da die optischen Eigen
schaften von der Dicke der einzelnen Schichten abhängen, ist es erforder
lich, für unterschiedliche Anwendungszwecke auch Substrate mit unter
schiedlichen Schichtdicken der dielektrischen Schichten herzustellen.
Diese Herstellung ist aber verhältnismäßig aufwendig, da der Übergang
auf eine andere Schichtdicke mit erheblichen Justierungsarbeiten an der
Apparatur verbunden ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren zu finden,
mit dem sich ein mit einem dielektrischen Schichtsystem belegtes Glas
substrat erzeugen läßt, bei dem die einzelnen Schichten so dünn sein kön
nen, daß sie auch in einem Wellenbereich von 0,4 bis 1,6 µm aktiv sind
und bei dem sich ferner die Schichtdicke der einzelnen Schicht sehr leicht
auf eine gewünschtes Maß einstellen läßt, ohne daß die Eigenschaften der
Schichtmaterialien im Vergleich zum entsprechenden Massivmaterial verändert
werden.
Diese Aufgebe wird durch das in Patentanspruch 1 beschriebene Verfahren
gelöst.
Es ist bekannt, deß sich die Wandstärke oder die Dicke eines Glases durch
Ausziehen vermindern läßt. Zieht man ein mit einem dielektrischen Schicht
system belegtes Glassubstrat aus, so nimmt die Schichtdicke der einzelnen
Schichten im gleichen Verhältnis wie die Dicke das Glassubstrates ab.
Die mittels dar CVD-Beschichtungsverfahren erzeugten Schichten sind dabei
so gut, daß auch nach dem Ausziehen, d.h. nach der Dickenreduktion der
Schichten, für optische Zwecke geeignete dielektrische Schichtsysteme
vorhanden sind.
Dielektrische Schichtsysteme können aus einer Anzahl von weniger 10 bis
weit über 1000 einzelnen Schichten bestehen. Wie weit sich ein mit einem
dielektrischen Schichtsystem belegtes Glassubstrat ausziehen läßt, hängt
einmal von der Stärke bzw. Dicke des Glassubstrats ab, zum anderen von
der Stärke einer einzelnen dielektrischen Schicht und ist zweckmäßigerweise
für ein vorhandenes Glassubstrat mit einem vorhandenen Schichtsystem ein
mal experimentell festzustellen. Normalerweise wird man bei den üblicher
weise verwendeten Dicken für das Glassubstrat von 1 bis 10 mm und Schicht
dicken für eine einzelne Schicht von 1 bis 10 µm nicht weiter als auf
das bis zu 20-fache der ursprünglichen Oberfläche des Glassubstrats aus
ziehen. In der Praxis ist es kaum lohnend, Substrate auf weniger als das
2-fache ihrer ursprünglichen Oberfläche auszuziehen, da die doch nur ver
hältnismäßig geringe Schichtdickenabnahme den Aufwand für das Ausziehen
nur in Ausnahmefällen noch rechtfertigt. Es wird ferner bevorzugt, daß
man das Substrat nur soweit auszieht, daß eine Schichtdicke einer einzelnen
dielektrischen Schicht von 0,05 bis 1 µm nicht unterschritten wird. Zieht
man weiter aus, so besteht die Gefahr, daß Fehler in den dielektrischen
Schichten auftreten.
Das Ausziehen des Glassubstrats erfolgt nach den an sich bekannten, der
äußeren Form des Glassubstrates angepaßten Techniken. Geht man von einem
planaren Glassubstrat, z.B. einer beschichteten Scheibe, aus, so kann
das Ausziehen durch Walzen des erweichten Glassubstrats zwischen polierten
Walzen, durch Pressen zwischen polierten Platten oder durch "Bügeln" des
Glassubstrats erfolgen. Geht man von einem beschichteten Rohr aus, wobei
das Rohr die Schichten sowohl auf der Innenseite als auch auf der Außen
seite tragen kann, so kann das Ausziehen durch Aufblasen des Rohres, unter
Vergrößerung der Querschnittsfläche erfolgen, oder durch Ausziehen unter
Beibehaltung der Querschnittsfläche, wobei das beschichtete Rohr dann
entsprechend länger wird. Um eine ggfls. auftretende Kollabiertendenz
zu unterbinden, kann es zweckmäßig sein, innerhalb des Rohres einen ge
ringen Überdruck aufrecht zu erhalten, um dem Kollabieren entgegenzuwirken.
Die Verwendung von Rohren, insbesondere von Rohren mit viereckigem Quer
schnitt, wird bevorzugt, da sich Rohre allgemein besonders gut mit CVD-
Beschichtungsverfahren beschichten lassen und da sich aus einem Rohr mit
rechteckigem oder quadratischem Querschnitt ganz besonders einfach planare
Substrate herstellen lassen. Ein Rohr mit einem rechteckigen oder quadrati
schen Querschnitt muß lediglich an den Kanten aufgetrennt werden und
ergibt so vier planare Glassubstrate. Das Auftrennen der Rohre erfolgt
zweckmäßigerweise erst nach dem Ausziehen. Verwendet man runde Rohre und
will man diese in planare Glassubstrate überführen, so kann man z.B. die
Rohre erweichen und platt quetschen oder das Rohr, entsprechend den alten
Techniken der Fensterglasherstellung, längs aufschneiden und in ein plana
res Substrat überführen ("Bügeln"). Da man normalerweise daran interessiert
ist, möglichst große Glassubstrate mit dielektrischen Schichtsystemen
herzustellen, ist es im Falle der Verwendung von Rohren vorteilhaft, die
Querschnittsfläche der Rohre bei der Beschichtung bereits möglichst groß
zu wählen. Der Durchmesser der in den üblichen Rohr-CVD-Beschichtungs
anlagen beschichteten Rohre liegt üblicherweise bei 15 bis 50 mm.
Es besteht jedoch nicht das geringste Vorurteil dagegen, mit entsprechen
den größeren Beschichtungsanlagen auch Rohre mit größeren Durchmessern
bzw. querschnittsflächen zu beschichten. Das Verfahren ist besonders ge
eignet zum Ausziehen von Substraten, die mit den üblichen CVD-, insbesondere
mit dem MCVD-Verfahren beschichtet wurden, da mit diesen Verfahren nur
verhältnismäßig dicke Schichten abscheidbar sind.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile liegen zum einen darin, daß
Substrate (mit den üblichen CVD-Verfahren, insbesondere MCVD-Verfahren
beschichtet) mit bis dahin nicht erreichbar dünnen dielektrischen Schichten
erzeugt werden können und zum anderen darin, daß die Erzeugung von mit
dielektrischen Schichtsystemen belegten Glassubstraten erheblich verein
facht wird. Es ist nämlich möglich, lediglich Rohlinge, d.h. mit dielektri
schen Schichtsystemen belegte Glassubstrate auf Lager zu halten, und diese
Glassubstrate dann gewünschtenfalls durch Ausziehen auf die erforderliche
Schichtdicke für die dielektrischen Schichtsysteme zu bringen. Da durch
das Ausziehen, ausgehend von dem vorhandenen beschichteten Glassubstrat,
praktisch jede beliebige kleinere Schichtdicke sehr einfach erzeugt wer
den kann, kann das aufwendige Beschichten bzw. Erzeugen von Schichten
mit unterschiedlichen Dicken wegfallen und durch das einfachere Ausziehen
ersetzt werden. Darüber hinaus ergeben sich noch Vorteile in der Lager
haltung, da nicht mehr Glassubstrate mit vielen, verschieden starken
dielektrischen Schichtsystemen vorgehalten werden müssen, sondern da sich
im Bedarfsfall das entsprechende Schichtsystem sehr einfach aus einem
vorhandenen Standardsystem durch Ausziehen herstellen läßt. Der Faktor
des Ausziehens läßt sich dadurch kontrollieren, daß während des Ziehens
die gewünschten optischen Eigenschaften, z.B. Reflexion oder Filtereigen
schaften, gemessen und als Regelgröße verwendet werden. So kann man z.B.
die Reflexion der Schicht für die gewünschte Wellenlänge messen und bei
Erreichen des gewünschten Reflexionsgrades den Ausziehvorgang beenden.
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung eines mit einem reflektierenden, entspie
gelnden, polarisierenden, als Interferenz-Filter oder als Strahlteiler
wirkenden dielektrischen Schichtsystem belegten planaren Glassubstrats,
wobei die Schichten mittels eines CVD-Beschichtungsverfahrens erzeugt
werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Glassubstrat nach der Erzeugung der Schichten bis zur Errei
chung der gewünschten Schichtdicke der dielektrischen Schichten aus
gezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schichten mittels eines MCVD-Verfahrens erzeugt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Substrat auf das 2- bis 20-fache seiner ursprünglichen Ober
fläche ausgezogen wird.
4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Substrat auf eine Schichtdicke einer einzelnen dielektrischen
Schicht von 0,05 bis 1 µm ausgezogen wird.
5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Substrat ein Rohr verwendet wird.
6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß während des Ausziehens die gewünschte optische Eigenschaft der
Beschichtung gemessen wird.
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