Hellma 氟化钙（CaF₂）折射率注意事项

一、基础折射率定值

1. 关键波长精准折射率（直接用于光学设计建模）

2.色散核心参数（决定镜头色差设计）

阿贝数 Vd=95.23，已知光学材料中色散低一档，193nm 光刻物镜消色差选择；

Sellmeier 色散公式由 Hellma 原厂提供，可代入任意波长精确计算折射率，用于 Zemax/CodeV 仿真建模。

二、折射率选型三大维度

维度 1：晶体晶向选择（对等效折射率 + 双折射决定性影响）

氟化钙为立方晶系，本征折射率数值理论上各向同性，但晶向通过应力双折射、折射率均匀性间接改变光路等效折射率偏差，是 Hellma 选型第一考虑因素：

（1）<111> 晶向

晶格原子密排度高，本征应力双折射低：Hellma LD-A 级可做到≤0.5nm/cm PV；

折射率空间均匀性优：1ppm PV 整版波动，全口径折射率一致性高，波前畸变小；

193nm 高重频激光辐照下折射率稳定性强，不易产生色心导致折射率漂移；

 适用：ArF 193nm 光刻投影物镜、激光谐振腔基底、偏振敏感深紫外干涉系统、高精度波前检测设备。

（2）<100> 晶向

机械加工性能好，研磨抛光面型容易做平，加工应力释放简单；

双折射指标略逊于 111 晶向，折射率均匀性常规 3~5ppm；

 适用：红外光谱仪窗口、普通 248nm 激光透镜。

（3）随机取向

折射率均匀性、双折射无严格管控，仅用于实验室教学、通用红外窗口，不推荐激光 / 光刻精密系统。

维度 2：材料纯度等级（LD 分级，决定折射率均匀性上限）

Hellma 光刻级 CaF₂分为 4 档，折射率均匀性直接绑定等级：

LD-A

折射率均匀性1ppm PV，内部杂质低，193nm 波段无局部折射率突变，半导体浸润式 ArF 光刻机强制指定等级；应力双折射≤0.5nm/cm，折射率温度漂移小。

LD-B：均匀性 3ppm，用于干式 ArF、248nm KrF 光刻；

LD-C：均匀性 5~10ppm，常规准分子激光加工；

LD-D：标准工业级，仅红外、普通紫外窗口使用。

选型铁律：只要涉及193nm 深紫外成像 / 高功率激光，折射率稳定性必须锁定LD-A + (111) 晶向。

维度 3：折射率温度系数（热工况修正选型）

CaF₂折射率温度系数：dn/dT ≈ -1.541×10⁻⁵ /℃，温度升高折射率轻微下降；

Hellma 大尺寸毛坯经过高温去应力退火，温度梯度下折射率梯度畸变被抑制；

高功率激光持续发热场景，必须在光学仿真中代入温漂系数做热透镜补偿，111 晶向热稳定性优。

不同应用场景折射率成套选型方案

方案 1：193nm ArF 光刻系统

晶向：强制(111)

等级：LD-A

设计折射率：n₁₉₃=1.50143

附加指标：均匀性 1ppm、双折射≤0.5nm/cm、气泡夹杂 1×0.1mm 以内

价值：保证整颗镜片折射率一致，纳米级投影无波前畸变

方案 2：248nm KrF 光刻 / 准分子激光打标

晶向：(100) 可降本

等级：LD-B

折射率：n₂₄₈=1.4708

方案 3：红外测温、中红外真空窗口

晶向：随机 /(100) 均可

等级：LD-D 工业级

折射率按 3~5μm 红外波段取值 1.415 左右

方案 4：科研深紫外干涉仪、光束质量检测

晶向：(111)

等级：LD-A

重点管控：折射率空间均匀性、偏振态带来的等效折射率差