一、 產(chǎn)品定位：紫外到紅外的寬譜“窗口”

氟化鈣晶體因其從深紫外（Deep UV）到中紅外（Mid-IR）的超寬透射范圍和極低的色散系數(shù)，被譽為“全能型”光學(xué)材料。Hellma的CaF?單晶圓片（Rundscheiben）是該品牌在精密光學(xué)領(lǐng)域的核心產(chǎn)品線，專為需要透光率與極低應(yīng)力雙折射的嚴(yán)苛環(huán)境設(shè)計。

該材料不僅是半導(dǎo)體光刻機照明系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)配置，也是航天遙感器、激光腔體及高能物理診斷設(shè)備的關(guān)鍵組件。

二、 核心光學(xué)與物理參數(shù)

Hellma CaF?圓片之所以能成為，源于其嚴(yán)格管控的理化指標(biāo)。以下是基于技術(shù)手冊的關(guān)鍵數(shù)據(jù)匯總：

參數(shù)類別具體指標(biāo)技術(shù)優(yōu)勢解析

透射波段130 nm - 8 μm (深紫外至中紅外)覆蓋從準(zhǔn)分子激光到熱成像的全波段，一材多用

透射率UV > 90%， VIS > 92%光通量，減少能量損失，特別適用于193nm/248nm光刻

折射率 (nd)1.43384低折射率允許在保持光路的同時設(shè)計更復(fù)雜的多層膜系

阿貝數(shù) (νd)95.23 (極低色散)消色差能力，顯著抑制不同波長光的分離，提升成像銳度

非線性折射率1.9 x 10?1? cm2/W (@1064nm)極低，適用于高功率激光系統(tǒng)，避免因非線性效應(yīng)導(dǎo)致的光束畸變

最大可用尺寸直徑 ≤ 440 mm (多晶) / ≤ 250 mm (單晶)滿足大口徑光學(xué)系統(tǒng)需求，如大型空間相機或高功率激光裝置

厚度范圍1 mm 至 60 mm (圓片) / 最大 150 mm (單晶)靈活支持從分束片到厚窗口的各種機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

熱導(dǎo)率 (λ)9.71 W/(m·K) (@20°C)優(yōu)良的散熱性能，在高能激光照射下維持熱平衡，減小熱透鏡效應(yīng)

熱膨脹系數(shù) (CTE)18.85 x 10?? /K (@20°C)匹配特定金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計，需在光機設(shè)計中預(yù)留間隙

三、 核心技術(shù)解析

1. <111>定向單晶生長工藝

Hellma 采用先進的晶體生長技術(shù)，特別注重<111>晶向的控制。對于氟化鈣而言，<111>方向是應(yīng)力雙折射最小的結(jié)晶學(xué)取向。Hellma通過精密的溫場控制，確保生長的單晶圓片在這一特定方向上的應(yīng)力雙折射值極低（典型值遠(yuǎn)優(yōu)于1 nm/cm），從而保證了光線通過時波前不受畸變，這是實現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)衍射極限性能的關(guān)鍵。

2. 激光損傷閾值

針對193nm ArF（氟化氬）和248nm KrF（氟化氪）準(zhǔn)分子激光的應(yīng)用，Hellma CaF?材料被定義為LD-A高純級。這意味著材料中的雜質(zhì)含量（如過渡金屬離子、羥基）被控制在了極低的水平，消除了紫外波段的吸收中心。這種高純度賦予了材料抗激光損傷閾值，使其能夠在高重復(fù)頻率的紫外激光照射下長期穩(wěn)定工作而不出現(xiàn)色心或性能衰減。

3. 超精密表面加工

作為成品圓片交付時，Hellma提供了多種加工精度等級。除了常規(guī)的研磨坯料，其拋光圓片可達(dá)到表面平整度 λ/10（@633nm）、表面光潔度 20-10（美軍標(biāo)）的嚴(yán)苛標(biāo)準(zhǔn)。高平整度確保了光束在透過圓片時產(chǎn)生的波前誤差最小化，這對于干涉測量和光刻投影系統(tǒng)至關(guān)重要。

四、 典型應(yīng)用場景

基于上述性能，德國Hellma CaF?圓片單晶廣泛應(yīng)用于以下領(lǐng)域：

半導(dǎo)體制造設(shè)備：作為深紫外光刻機（步進掃描投影光刻機）的投影物鏡鏡片坯料和照明系統(tǒng)勻光元件，利用其高透過率改善光刻分辨率和產(chǎn)能。

高能激光系統(tǒng)：用作真空隔離窗口和腔內(nèi)反射鏡基底。其低吸收和非線性特性使其在1064nm、532nm及355nm等高功率固體激光器中表現(xiàn)優(yōu)異。

航天與真空技術(shù)：用于衛(wèi)星光學(xué)遙感器鏡頭及空間模擬倉觀察窗。材料對電離輻射的高抗性和寬溫適應(yīng)性保證了環(huán)境下的可靠性。

分析儀器：作為FT-IR（傅里葉變換紅外光譜儀）分束器或UV-Vis（紫外-可見分光光度計）比色皿，其寬波段透過性可簡化儀器光路設(shè)計。

技術(shù)參數(shù)：

CaF2 圓片

材料：CaF2 紅外級，單晶，晶體取向隨機

圓片：直徑 300.0mm × 60.0mm（雙平面）

公差：外徑（±1 mm）；厚度（±1 mm）

表面粗糙度：研磨（Rq 2µm）

保護倒角：1.5mm