Die derzeit einsetzbaren Materialien für Beschichtungen sind zumeist im UV-Bereich nicht ausreichend transparent und zeigen eine stark eingeschränkte Verwendbarkeit durch ihre geringe optische Brechkraft. Somit können sie nicht für die benötigte Leistungssteigerung für Anwendungen im UV-Bereich genutzt werden. Wissenschaftler des Laser Zentrums Hannover stellten sich in dem abgeschlossenen IGF-Projekt "Quantisierende Nanolaminate für brechwertoptimierte UV-Interferenzfilter" (Quant-UV) dieser Herausforderung und erforschten völlig neue Materialkonzepte, um das Spektrum der verfügbaren Materialeigenschaften für optische Beschichtungen kontrollierbar und mit einem überschaubaren Herstellungsaufwand zu erweitern.
Mit Anpassungen in der Prozessführung und der Beschichtungsanlage mittels Ionenstrahlzerstäubung (engl.: Ion Beam Sputtering, IBS) war es möglich, quantisierende Nanolaminate (QNL) - bis zu mehreren hundert Nanometer dicke alternierende Schichtfolgen binärer Oxide, die aus tausenden Einzelschichten aus ein- bis fünffachen Atomlagen bestehen - zeitgesteuert herzustellen. Durch die Dünnschichtigkeit der Strukturen wird die Beweglichkeit der Elektronen in einer Richtung eingeschränkt, was klassische Verhaltenweisen der dielektrischen Materialien teilweise "blockiert". Für die hergestellten QNL aus ZrO2,TiO2, Nb2O5, Ta2O5 und HfO2, jeweils mit SiO2 als Barrierematerial, konnte eine Erweiterung des Spektralbereichs durch eine "Blauverschiebung" der Bandkante je nach Material von über 100 nm erreicht werden. Mit den QNL konnten sowohl funktionale Beschichtungen mit einfachen Schichtsystemen, wie zur Entspiegelung und für Spiegel, realisiert werden als auch mit komplexen Schichtsystemen, wie für Polarisationsstrahlteiler und Passfilter. Dabei wiesen beispielsweise Einwellenlängenantireflexbeschichtungen sehr geringe Verluste von unter 1 % auf.
Auf Basis der Ergebnisse dieses Projekts können optische Komponenten mit höherer Leistung, z. B. höhere Reflektivitäten und höhere Zerstörschwellen, gefertigt werden. Durch die Erweiterung des Beschichtungs-Materialpools für Anwendungen im UV-Bereich wird die Herstellung von optischen Komponenten unter Verwendung von besser verfügbaren und günstigeren Materialien ermöglicht. Mehrere Hersteller von Beschichtungsanlagen arbeiten bereits an marktfähigen Konzepten zur Herstellung von QNL-Beschichtungen.
Die F.O.M. hat für dieses 36-monatige Projekt IGF-Fördermittel in Höhe von 238.991 Euro eingeworben, die zu 100 % an das Laser Zentrum Hannover e. V. weitergeleitet wurden. Das Projekt wurde durch das BMWE aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Ausführliche Informationen zu diesem erfolgreich abgeschlossenen Projekt finden Sie auf der Projektwebseite und in der Erfolgsnote.