In-depth analysis of elements and properties of hydrated subsurface layers on optical surfaces of a SiO2-BaO-B2O3 glass with SIMS, IBSCA, RBS and NRA Part 2. Discussion of results

Abstract

In the second part of this contribution it was derived from the comparison of the sputter yields with the specific energy losses within the bulk glass and within the various subsurface layers, that the differences in the matrix effects for SIMS and IBSCA between the bulk glass and the subsurface layers are caused by a decrease of the atomic densities and of the mean atomic bond energies within the subsurface layers as well. The knowledge of the matrix effects and their origin was most important for the interpretation of the SIMS and IBSCA in-depth profiles recorded for samples prepared with variations of the production parameters. E. g., various degrees of hydration and swelling could be distinguished by the influence of the different matrix effects on the in-depth profiles of the elements. The variations in the degrees of hydration of the subsurface layers could be ascribed to the influence of the thermal treatment before coating, to the interaction with slurries of different pH values and to the duration of storage before coating with λ/4-MgF2 layers. It is of importance for the fabrication of optical surfaces that the analysis results and the optical properties of the subsurface layers could be correlated with each other and with respective changes of the production parameters. The results illustrate that the properties of hydrated subsurface layers depend sensitively on a great variety of parameters which may be difficult to keep constant during processing. It is recommended, therefore, that such subsurface layers should be avoided whenever possible in optical fabrication to make it easier to attain the high reproducibility required for the optical properties.

Im vorliegenden zweiten Teil dieser Arbeit wurden die Zerstäubungsausbeuten mit den spezifischen Energieverlusten im kompakten Glas und in den verschiedenen Oberflächenschichten miteinander verglichen. Aus diesem Vergleich konnte abgeleitet werden, daß die Unterschiede in den Matrixeffekten von SIMS und IBSCA für Glas und Oberflächenschichten durch die in den Oberflächenschichten kleineren atomaren Dichten und mittleren Bindungsenergien der Atome verursacht werden. Die Kenntnis der Matrixeffekte und ihrer Ursache war für die Deutung der mit SIMS und IBSCA erhaltenen Element-Tiefenprofile an Proben von Bedeutung, die bei Variation der Produktionsparameter erhalten wurden. So konnten z. B. Unterschiede im Hydratationsgrad und der Quellung aus dem Einfluß der unterschiedlichen Matrixeffekte auf die Element-Tiefenprofile abgeleitet werden. Die Unterschiede im Hydratationsgrad der Oberflächenschichten konnten dem Einfluß der Unterschiede in der Wärmebehandlung vor dem Aufbringen der Vergütungsschicht, der Wechselwirkung mit Polierbrühen mit unterschiedlichen pH-Werten und Unterschieden in der Lagerdauer vor dem Belegen mit λ/4-MgF2-Vergütungsbelägen zugeschrieben werden. Für die Fabrikation optischer Flächen ist von Bedeutung, daß die Analysenergebnisse und die Messung der optischen Eigenschaften der Oberflächenschichten sowie die jeweiligen Änderungen in den Produktionsparametern jeweils miteinander korrellierbar waren. Die Resultate zeigen, daß die Eigenschaften der hydratisierten Oberflächenschichten empfindlich von einer Vielzahl von Prozeßparametern abhängen, deren Konstanz einzuhalten schwierig sein kann. Es wird deshalb empfohlen, die Entstehung solcher Oberflächenschichten in der Fabrikation, wenn immer mögUch, zu vermeiden, um die Einhaltung der verlangten hohen Reproduzierbarkeit der optischen Eigenschaften zu erreichen.