AlF3 en recubrimientos ópticos para el Ultravioleta Lejano

Abstract

Numerosas especies en su estado fundamental presentan líneas de emisión en el Ultravioleta Extremo, UVE (10-100 nm) y Ultravioleta Lejano, UVL (100-200 nm). Estas regiones espectrales son de gran interés en campos como la física solar, la astrofísica y la física de la atmósfera. En el UVE-UVL los materiales que se encuentran en la naturaleza se vuelven fuertemente absorbentes, incluso el aire absorbe está radiación. Por este motivo, las observaciones deben realizarse desde el espacio exterior. Para poder diseñar y desarrollar recubrimientos ópticos en estos intervalos espectrales, es necesario disponer de materiales tanto reflectantes como transparentes en el intervalo de operación. En este trabajo nos centraremos en el intervalo espectral del UVL. De entre los materiales que reflejan el UVL encontramos el Al, uno de los pocos materiales existentes en la naturaleza con alta reflectancia intrínseca en el UVL. En cuanto a materiales transparentes, los fluoruros son los materiales con menor longitud de onda de corte,cut-off (longitud de onda a la cual un material deja de ser transparente para volverse opaco). Los fluoruros con menorcut-off son: MgF2~115 nm, AlF3 ~108 nm y LiF~102 nm. El fluoruro más usado es el MgF2, debido a su alta transparencia y buena estabilidad. Sin embargo, crece poroso cuando se deposita por evaporación térmica, lo que resulta contraproducente, ya que la porosidad de las láminas favorece la contaminación de los recubrimientos y, por tanto, compromete su estabilidad a largo plazo. Por este motivo, parece limitante disponer de un único material para aplicaciones en el UVL, y se pueden dar casos donde el MgF2 no es la mejor elección bajo ciertas condiciones ambientales de operación. El LiF es el fluoruro que tiene menor cut-off , pero es un material higroscópico, lo que dificulta su empleabilidad en atmósferas húmedas. El AlF3 es otro fluoruro concut-off cerca del MgF2, y que puede ser un buen candidato para sustituir al MgF2 cuando sea necesario. En este trabajo de investigación se presenta un estudio sobre el AlF3 en recubrimientos que operan en el UVL. La investigación consta de dos bloques principales, uno dedicado a la obtención de un conjunto congruente de constantes ópticas para el AlF3 a la temperatura óptima de deposición del AlF3; y el otro en implementar el AlF3 en recubrimientos en los que se venía utilizando el MgF2: espejos de alta reflectancia en el UVL, polarizadores tipobeamsplitter (divisor de haz), y filtros de transmitancia.

Numerous species in their ground state exhibit emission lines in the Extreme Ultraviolet (EUV, 10-100 nm) and Far Ultraviolet (FUV, 100-200 nm) regions. These spectral regions are of great interest in fields such as solar physics, astrophysics, and atmospheric physics. In the EUV-FUV range, materials found in nature become highly absorbent, and even air absorbs this radiation. For this reason, observations must be conducted above the Earth’s atmosphere. To design and develop optical coatings in these spectral ranges, it is necessary to have both reflective and transparent materials within the operational range. In this work, we will focus on the FUV spectral range. Among the materials that reflect FUV, aluminum (Al) stands out due to its intrinsically high reflectivity. Regarding transparent materials, fluorides have the lowest cut-off (the wavelength at which a material ceases to be transparent and becomes opaque). The fluorides with the lowest cut-off are: MgF₂ ~115 nm, AlF₃ ~108 nm, and LiF ~102 nm. The most widely used fluoride is MgF₂ due to its high transparency and good stability. However, when deposited by thermal evaporation, it grows porous, which is counterproductive since the porosity of the films promotes contamination of the coatings, and it may compromise the long-term stability of the coating. For this reason, relying on a single material for FUV applications seems limiting, as MgF₂ may be unstable in certain working environments. LiF has the lowest cut-off but is a hygroscopic material, which makes its use challenging in humid atmospheres. AlF₃ is another fluoride with a cut-off close to that of MgF₂ and could be a good candidate to replace MgF₂ when necessary. This research presents a study on AlF₃ in coatings operating in the FUV range. The study consists of two main parts: one dedicated to obtaining a consistent set of optical constants for AlF₃ at its optimal deposition temperature, and the other focused on implementing AlF₃ in coatings where MgF₂ has traditionally been used. Specifically, it explores its application in high-reflectance mirrors in the FUV range, beamsplitter polarizers, and transmission filters.