Расчет многослойных просветляющих и отражающих покрытий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

«Расчет многослойных просветляющих и отражающих покрытий»

Задание 1

Для заданной марки оптического материала произвести расчёт однослойного, двухслойного, трёхслойного и многослойного просветляющего покрытия с минимальным коэффициентом отражения для данной длины волны л₀.

Подобрать оптические толщины и материалы напыляемых покрытий, а также методы их нанесения.

Варьируя оптической толщиной плёнки в заданном интервале длин волн, построить спектральные зависимости коэффициента отражения R=f(в), R=f(л). Для оптимальной конструкции покрытия составить технологическую карту его нанесения.

Исходные данные:

Вариант №1

Материал: ЛК-1 ГОСТ3514-94

n_с=1.441

устойчивость к химическим реагентам - III;

устойчивость к влажной атмосфере - А;

однослойное покрытие: л₀/4;

двухслойное покрытие: л₀/4 - л₀/4;

трёхслойное покрытие: л₀/4 - л₀/2 - л₀/4 (л₀/4 - л₀/4 - л₀/4);

четырехслойное покрытие - л₀/4 - л₀/4 - л₀/4 - л₀/4.

л₀=600±20 нм

л₁ - л₂=400 - 800 нм

1. Расчет многослойного просветляющего покрытия.

1.1 Однослойное просветляющее покрытие

n₁ = 1;

Условие потери полуволны:

n₁< n₂< n₃

n₂h₂ = л₀/4

n₂h₂ = 600/4 = 150 нм

Рассчитываем показатель преломления:

Из таблицы плёнкообразующих материалов выбираем материал с наиболее близким показателем преломления к расчётному для заданного диапазона л₁-л₂=400 - 800 нм

Пленкообразующий материал	Показатель преломления слоя, n	Методы нанесения	Температура плавления, Тпл,° С	Область спектра, 1-2, мкм
фтористый кальций СaF2	1,23 - 1,46	И, ИЭ	1360	0,15-12.

n₂ = 1,23

Рассчитаем минимальный коэффициент отражения по формуле:

Рассчитаем амплитудные и энергетические коэффициенты отражения системы воздух - плёнка - подложка по формулам:

;

,

где i - порядковый номер слоя,

j - число слоёв,

в - угол сдвига фаз:

,

где л - длина волны;

R_i,j = |r_i,j|²;

Т_i,j = 1 - R_i,j

;

;

.

R_1,3 = |r_1,3|²

Т_1,3 = 1 - R_1,3

Для построения спектральной характеристики R_1,3 = f(в) и R_1,3 = f(л) составим таблицы 1.1 и 1.2.:

Таблица 1.1

n2·h2	0	л0/4	л0/2	3л0/4	л0
в	0	р/2	р	3р/2	2р
cos2в	1	-1	1	-1	1
r1,3	-0,1807	-0,0243	-0,1807	-0,0243	-0,1807
R1,3	0,0326	0,0006	0,0326	0,0006	0,0326
T1,3	0,9674	0,9994	0,9674	0,9994	0,9674

Таблица 1.2

л, нм	400	450	500	550	600	650	700	750	800
в	0,7500	0,6667	0,6000	0,5455	0,5000	0,4615	0,4286	0,4000	0,3750
cos2в	0,0000	-0,5000	-0,8090	-0,9595	-1,0000	-0,9709	-0,9010	-0,8090	-0,7071
r1,3	-0,1031	-0,0639	-0,0395	-0,0276	-0,0243	-0,0266	-0,0322	-0,0395	-0,0476
R1,3	0,0106	0,0041	0,0016	0,0008	0,0006	0,0007	0,0010	0,0016	0,0023
T1,3	0,9894	0,9959	0,9984	0,9992	0,9994	0,9993	0,9990	0,9984	0,9977



1.2 Двухслойное просветляющее покрытие

n₂h₂ = n₃h₃= л₀/4 = 600/4 = 150 нм

Рассчитываем показатель преломления n₃:

Из таблицы плёнкообразующих материалов выбираем материал с наиболее близким показателем преломления к расчётному для заданного диапазона л₁-л₂=400 - 800 нм



Пленкообразующий материал	Показатель преломления слоя, n	Методы нанесения	Температура плавления, Тпл,° С	Область спектра, 1-2, мкм
Фтористый иттрий YF3	1,54 - 1,56	И, ИЭ	1136	1>0.3

Рассчитаем минимальный коэффициент отражения по формуле:

Рассчитаем амплитудные и энергетический коэффициент отражения системы воздух - плёнки - подложка:

;

;

.

где

R_1,3 = |r_1,3|²

Т_1,3 = 1 - R_1,3

Для построения спектральной характеристики R_1,4= f(в) и R_1,4 = f(л) составим таблицы 1.3 и 1.4:

Таблица 1.3

n2·h2	0	л0/4	л0/2	3л0/4	л0
в	0	р/2	р	3р/2	2р
cos2в	1	-1	1	-1	1
r2,4	-0,0790	-0,1446	-0,0790	-0,1446	-0,0790
r1,4	-0,18066	0,04207	-0,18066	0,04207	-0,18066
R1,4	0,0326	0,0018	0,0326	0,0018	0,0326
T1,4	0,9674	0,9982	0,9674	0,9982	0,9674

Таблица 1.4

л, нм	400	450	500	550	600	650	700	750	800
в	0,7500	0,6667	0,6000	0,5455	0,5000	0,4615	0,4286	0,4000	0,3750
cos2в	0,000	-0,5000	-0,8090	-0,9595	-1,0000	-0,9709	-0,9010	-0,8090	-0,7071
r2,4	-0,1119	-0,1283	-0,1384	-0,1433	-0,1446	-0,1436	-0,1414	-0,1384	-0,1350
r1,4	-0,1031	-0,0393	0,0089	0,0348	0,0421	0,0369	0,0245	0,0089	-0,0077
R1,4	0,0106	0,0015	0,0001	0,0012	0,0018	0,0014	0,0006	0,0001	0,0001
T1,4	0,9894	0,9985	0,9999	0,9988	0,9982	0,9986	0,9994	0,9999	0,9999



1.3 трехслойное просветляющее покрытие

1 вариант: n₂h₂ = n₃h₃= n₄h₄=л₀/4

n₂h₂ = n₃h₃= n₄h₄=л₀/4 = 600/4 = 150 нм

Находим показатель преломления n₄:



Из таблицы плёнкообразующих материалов выбираем материал с наиболее близким показателем преломления для заданного диапазона л₁-л₂=400 - 800 нм

Пленкообразующий материал	Показатель преломления слоя, n	Методы нанесения	Температура плавления, Тпл,° С	Область спектра, 1-2, мкм
Фтористый лантан LaF3	1.59	И, ИЭ	1750	0,22-2

Рассчитаем минимальный коэффициент отражения по формуле:

Рассчитаем амплитудные и энергетический коэффициенты отражения системы воздух - плёнки - подложка:

;

;

;

;

;

.

R_1,5= |r_1,5² |

Т_1,5= 1 - R_1,5

Для построения спектральной характеристики R_1,5= f(в) и R_1,5 = f(л) составим таблицы 1.5 и 1.6:

Таблица 1.5

n4·h4	0	л0/4	л0/2	3л0/4	л0
в	0	р/2	р	3р/2	2р
cos2в	1	-1	1	-1	1
r3,5	0,0332	-0,0651	0,0332	-0,0651	0,0332
r2,5	-0,07900	-0,04717	-0,07900	-0,04717	-0,07900
r1,5	-0,18066	-0,05624	-0,18066	-0,05624	-0,18066
R1,5	0,0326	0,0032	0,0326	0,0032	0,0326
T1,5	0,9674	0,9968	0,9674	0,9968	0,9674

Таблица 1.6

л, нм	400	450	500	550	600	650	700	750	800
в1 (nh=л0/4)	0,7500	0,6667	0,6000	0,5455	0,5000	0,4615	0,4286	0,4000	0,3750
cos2в1	0,0000	-0,5000	-0,8090	-0,9595	-1,0000	-0,9709	-0,9010	-0,8090	-0,7071
r3,5	-0,0160	-0,0405	-0,0557	-0,0631	-0,0651	-0,0637	-0,0602	-0,0557	-0,0507
r2,5	-0,1119	-0,0919	-0,0672	-0,0517	-0,0472	-0,0505	-0,0580	-0,0672	-0,0764
r1,5	-0,1031	-0,0575	-0,0491	-0,0538	-0,0562	-0,0544	-0,0512	-0,0491	-0,0494
R1,5	0,0106	0,0033	0,0024	0,0029	0,0032	0,0030	0,0026	0,0024	0,0024
T1,5	0,9894	0,9967	0,9976	0,9971	0,9968	0,9970	0,9974	0,9976	0,9976

2 вариант: n₂h₂ = n₄h₄=л₀/4

n₃h₃ =л₀/2

n₂h₂ = n₄h₄=л₀/4 = 600/4 = 150 нм

n₃h₃ =л₀/2=600/2=300 нм

Находим показатель преломления n₄:

Из таблицы плёнкообразующих материалов выбираем материал с наиболее близким показателем преломления для заданного диапазона л₁-л₂=400 - 800 нм

Пленкообразующий материал	Показатель преломления слоя, n	Методы нанесения	Температура плавления, Тпл,° С	Область спектра, 1-2, мкм
Фтористый лантан LaF3	1.59	И, ИЭ	1750	0,22-2

Рассчитаем минимальный коэффициент отражения по формуле:

Рассчитаем амплитудные и энергетический коэффициенты отражения системы воздух - плёнки - подложка:

;

;

;

;

;

.

R_1,5= |r_1,5² |

Т_1,5= 1 - R_1,5

Для построения спектральной характеристики R_1,5= f(в) и R_1,5 = f(л) составим таблицы 1.7 и 1.8:

Таблица 1.7

n4·h4	0	л0/4	л0/2	3л0/4	л0
в	0	р/2	р	3р/2	2р
cos2в	1	-1	1	-1	1
r3,5	0,0332	-0,0651	0,0332	-0,0651	0,0332
r2,5	-0,07900	-0,04717	-0,07900	-0,04717	-0,07900
r1,5	-0,18066	-0,05624	-0,18066	-0,05624	-0,18066
R1,5	0,0326	0,0032	0,0326	0,0032	0,0326
T1,5	0,9674	0,9968	0,9674	0,9968	0,9674

Таблица 1.8

л, нм	400	450	500	550	600	650	700	750	800
в1 (nh=л0/4)	0,7500	0,6667	0,6000	0,5455	0,5000	0,4615	0,4286	0,4000	0,3750
в2 (nh=л0/2)	1,5000	1,3333	1,2000	1,0909	1,0000	0,9231	0,8571	0,8000	0,7500
cos2в1	0,0000	-0,5000	-0,8090	-0,9595	-1,0000	-0,9709	-0,9010	-0,8090	-0,7071
cos2в2	-1,0000	-0,5000	0,3090	0,8413	1,0000	0,8855	0,6235	0,3090	0,0000
r3,5	-0,0160	-0,0405	-0,0557	-0,0631	-0,0651	-0,0637	-0,0602	-0,0557	-0,0507
r2,5	-0,0961	-0,0919	-0,1289	-0,1640	-0,1757	-0,1672	-0,1488	-0,1289	-0,1119
r1,5	-0,1031	-0,0575	0,0011	0,0551	0,0739	0,0602	0,0314	0,0011	-0,0242
R1,5	0,0106	0,0033	0,0000	0,0030	0,0055	0,0036	0,0010	0,0000	0,0006
T1,5	0,9894	0,9967	1,0000	0,9970	0,9945	0,9964	0,9990	1,0000	0,9994

1.4 Четырехслойное просветляющее покрытие

n₂h₂ = n₃h₃= n₄h₄= n₅h₅=л₀/4 = 600/4 = 150 нм

Находим показатель преломления n₅:

Из таблицы плёнкообразующих материалов выбираем материал с наиболее близким показателем преломления для заданного диапазона л₁-л₂=400 - 800 нм

Пленкообразующий материал	Показатель преломления слоя, n	Методы нанесения	Температура плавления, Тпл,° С	Область спектра, 1-2, мкм
Фтористый иттрий YF3	1,54 - 1,56	И, ИЭ	1136	1>0.3

Рассчитаем минимальный коэффициент отражения по формуле:



Рассчитаем амплитудные и энергетический коэффициенты отражения системы воздух - плёнки - подложка:

;

;

;

;

;

R_1,6= |r_1,6² |

Т_1,6= 1 - R_1,6

Для построения спектральной характеристики R_1,6= f(в) и R_1,6 = f(л) составим таблицы 1.9 и 1.10:

Таблица 1.9

n4·h4	0	л0/4	л0/2	3л0/4	л0
в	0	р/2	р	3р/2	2р
cos2в	1	-1	1	-1	1
r4,6	0,0492	-0,0172	0,0492	-0,0172	0,0492
r3,6	0,03321	0,00127	0,03321	0,00127	0,03321
r2,6	-0,0790	-0,1132	-0,0790	-0,1132	-0,0790
r1,6	-0,18066	0,01015	-0,18066	0,01015	-0,18066
R1,6	0,0326	0,0001	0,0326	0,0001	0,0326
T1,6	0,9674	0,9999	0,9674	0,9999	0,9674

Таблица 1.10

л, нм	400	450	500	550	600	650	700	750	800
в	0,7500	0,6667	0,6000	0,5455	0,5000	0,4615	0,4286	0,4000	0,3750
cos2в	0,0000	-0,5000	-0,8090	-0,9595	-1,0000	-0,9709	-0,9010	-0,8090	-0,7071
r4,6	0,0160	-0,0006	-0,0109	-0,0159	-0,0172	-0,0163	-0,0140	-0,0109	-0,0075
r3,6	-0,0160	-0,0157	-0,0072	-0,0007	0,0013	-0,0002	-0,0034	-0,0072	-0,0107
r2,6	-0,1119	-0,1041	-0,1061	-0,1113	-0,1133	-0,1119	-0,1088	-0,1061	-0,1044
r1,6	-0,1031	-0,0514	-0,0174	0,0037	0,0103	0,0056	-0,0051	-0,0174	-0,0296
R1,6	0,0106	0,0026	0,0003	0,0000	0,0001	0,0000	0,0000	0,0003	0,0009
T1,6	0,9894	0,9974	0,9997	1,0000	0,9999	1,0000	1,0000	0,9997	0,9991
Rсмод	0,0101	0,0025	0,0004	0,0000	0,000103	0,000024	0,000037	0,00034	0,9990

1.5 Анализ результатов расчетов

Для выбора оптимальной конструкции просветляющего покрытия построим графики спектральных зависимостей R= f(л) для всех типов покрытий в единой системе координат.

Оптимальной будет та конструкция, которая обеспечивает минимальный коэффициент отражения на рабочей длине волны л₀=600 нм и более широкую зону просветления в заданной области спектра.

Таким образом, оптимальным является 4-х слойное оптическое покрытие.

Построим графики спектральных зависимостей R= f(л) для 4-хслойного покрытия (теоретический и смоделированный):

Обозначим выбранную конструкцию просветляющего покрытия:

ВД - Просветл. 97ИЭ 112 ИЭ 97 ИЭ 110 ИЭ₁₅₀

л₀ = 600 нм ±20 нм;

с_min = 0,006;

л₁ - л₂ = 400 - 800 нм.

Материал подложки: ЛК-1 ГОСТ 3514-94;

n_с=1.441

Для данной конструкции просветляющего покрытия составим технологический процесс.

Технологический процесс

Технологический процесс включает следующие основные операции:

010 Очистка подложек.

020 Подготовка вакуумной камеры.

030 Ионная очистка подложек.

040 Нагрев подложек до фиксированной температуры.

050 Нанесение оптических покрытий:

051 Нанесение оптического покрытия YF₃.

052 Нанесение оптического покрытия LaF₃.

053 Нанесение оптического покрытия YF₃

054 Нанесение оптического покрытия CaF₂.

060 Разгерметизация вакуумной камеры, выгрузка готовых изделий.

070 Контроль оптических параметров покрытия.

Содержание операций:

010 - Очистка подложек: подложки из стекла ЛК-1 ГОСТ 3514 - 94 обезжиривают в смеси петролейного эфира и этилового спирта в соотношении 75% - 25% и окончательно протирают тампонами обезжиренной ваты, смоченной в абсолютном этиловом спирте. Очищенные детали протирают обезжиренными батистовыми салфетками. Готовые детали вставляют в съёмные оправы подложкодержателя и с поверхностей беличьей кисточкой удаляются ворсинки. Очищенные детали в оправах загружают в подложкодержатель, и подложкодержатель устанавливается в вакуумную камеру. При выполнении этой операции оператор должен работать в резиновых перчатках или напальчниках.

020 - Подготовка вакуумной камеры происходит параллельно с операцией 010:

S Очистка элементов подколпачной аппаратуры (экранов, испарителей, заслонов) от пленок испаряемых материалов и пропитку их спиртом.

S Загрузка исходных пленкообразующих материалов в испарители (YF₃, LaF₃, и CaF₂ в 4^х позиционный тигель электронно-лучевого испарителя).

S Загрузка подложкодержателя с очищенными оптическими деталями.

S Проверка работоспособности механизмов и устройств в вакуумной камере: вращение подложкодержателя, перемещение заслонок, работа фотометра.

S Откачка камеры до давления примерно 2 Па.

030 - Операция ионной очистки подложек проводится в камере (р=2…1.38 Па) в течение 5-10 минут при напряжении 500 В на электроде ионной очистки и токе разряда 150 - 200 мА. При этом включается вращение подложкодержателя с частотой n = 10-20 мин -^1. В процессе ионной очистки ионами остаточных газов с поверхности удаляются пылинки и молекулы тяжелых газов. По окончании ионной очистки камера откачивается до Р = 10 ^-2 - 10 ^-3 Па.

040 - Нагрев подложек до фиксированной температуры Т_подл =150⁰С, происходит в высоком вакууме при одновременном вращении подложкодержателя. При этом с поверхности оптических деталей удаляются пары воды и молекулы легких газов. Время нагрева 5 - 15 минут.

050 - Нанесение оптического покрытия начинают после обезгаживания пленкообразующих материалов при закрытой заслонке. Для этого материал нагревают до температуры на 100 ⁰С ниже, чем Т_исп. В процессе прогрева давление вакуумной камеры повышается, а потом понижается до Р = 10^-3 Па. Обезгаживание считается законченным, когда давление восстанавливается до первоначального значения. Далее включают фотометр, выводят нагреватель или ЭЛИ на режим испарения, открывают заслонку и проводят испарение материала, фиксируя параметры испарителя или ЭП. Контроль за нанесением испарителя ведут по фотометру. При нанесении просветляющих покрытий метод контроля на пропускание раздельный, так как m ?3, и экстремальный.

051 - Нанесение оптического покрытия YF₃.

Режимы нанесения пленки:

ИЭ Р=10^-3 Па;

Т_исп = 1136 С;

Т_под =150 С;

U = 6 кВ;

I_н = 10-12 А;

I_эм = 20-60 мА.

052 - Нанесение оптического покрытия LaF₃.

Режимы нанесения пленки:

ИЭ Р=10^-3 Па;

Т_исп = 1750 С;

Т_под =150 С;

U= 6кВ;

I_н = 10-12 А;

I_эм = 20-60 мА.

053 - Нанесение оптического покрытия YF₃

Режимы нанесения пленки:

ИЭ Р=10^-3 Па;

Т_исп = 1136 С;

Т_под =150 С;

U= 6кВ;

I_н = 10-12 А;

I_эм = 20-60 мА.

054 - Нанесение оптического покрытия CaF₂.

Режимы нанесения пленки:

ИЭ Р =10 ^-3 Па;

Т_исп.= 1360 С;

Т_под =150 С

U = 6кВ;

I_н = 10-12 А;

I_эм = 20-60 мА.

060 - Разгерметизация вакуумной камеры: после окончания процесса нанесения выключается вращение подложкодержателя. При снижении Т_подл до 50єС камера отсекается высоковакуумным затвором от высоковакуумной системы откачки, производится напуск воздуха, открывается вакуумная камера и производится выгрузка оптических деталей в специальную кассету.

070 - Контроль. В связи с проведением группового технологического процесса нанесения покрытий на контроль попадают от 2 до 3 штук из партии, проверяют параметры =f(), =f() на фотометре СФ-8 или СФ-4 и сравнивают полученные характеристики с расчетными. Определяют группу механической прочности на установке СД-500.

Построим графики зависимости от разности фаз:

i. Для первого свидетеля (на отражении):

ii. Для второго свидетеля (на отражении):

Номер свидетеля	лфотом	Фазовая толщина
1 свидетель	546	1,56384
	546	1,56569
	546	1,56569
2 свидетель	546	1,56384

2. Расчет многослойного отражающего покрытия

2.1 Однослойное отражающее покрытие

n₁ = 1;

n₁< n₂ >n₃

n₂= n_в

n₃= n_н

n₂h₂ = л₀/4, n₂h₂ = 600/4 = 150 нм

Из таблицы плёнкообразующих материалов выбираем материал с максимальным показателем преломления для заданного диапазона л₁-л₂=400 - 800 нм

Пленкообразующий материал	Показатель преломления слоя, n	Методы нанесения	Температура плавления, Тпл,° С	Область спектра, 1-2, мкм
Двуокись титана TiO2	2.4	ИЭ	1640	0,35-12.

n₂ = 2.4

Рассчитаем интегральный коэффициент отражения по формуле:



n_в=2.4

n_н=1.441

Рассчитаем амплитудные и энергетический коэффициенты отражения системы воздух - плёнка - подложка по формулам:

;

,

где i - порядковый номер слоя,

j - число слоёв,

в - угол сдвига фаз:

,

где л - длина волны;

R_i,j = |r_i,j|²;

Т_i,j = 1 - R_i,j

;

;

.

R_1,3 = |r_1,3|²

Т_1,3 = 1 - R_1,3

Для построения спектральной характеристики R_1,3 = f(в) и R_1,3 = f(л) составим таблицы 2.1 и 2.2.:

Таблица 2.1

n2·h2	0	л0/4	л0/2	3л0/4	л0
в	0	р/2	р	3р/2	2р
cos2в	1	-1	1	-1	1
r1,3	-0,1807	-0,5998	-0,1807	-0,5998	-0,1807
R1,3	0,0326	0,3597	0,0326	0,3597	0,0326
T1,3	0,9674	0,6403	0,9674	0,6403	0,9674

Таблица 2.2

л, нм	400	450	500	550	600	650	700	750	800
в	0,7500	0,6667	0,6000	0,5455	0,5000	0,4615	0,4286	0,4000	0,3750
cos2в	0,0000	-0,5000	-0,8090	-0,9595	-1,0000	-0,9709	-0,9010	-0,8090	-0,7071
r1,3	-0,4118	-0,5104	-0,5666	-0,5928	-0,5998	-0,5948	-0,5827	-0,5666	-0,5484
R1,3	0,1696	0,2605	0,3211	0,3515	0,3597	0,3538	0,3396	0,3211	0,3008
T1,3	0,8304	0,7395	0,6789	0,6485	0,6403	0,6462	0,6604	0,6789	0,6992

2.2 Двухслойное отражающее покрытие

n₂h₂ = n₃h₃= л₀/4 = 600/4 = 150 нм

n₂= n_в

n₃= n_н

Находим показатель преломления n₃:

Из таблицы плёнкообразующих материалов выбираем материал с минимальным показателем преломления для заданного диапазона л₁-л₂=400 - 800 нм:



Пленкообразующий материал	Показатель преломления слоя, n	Методы нанесения	Температура плавления, Тпл,° С	Область спектра, 1-2, мкм
фтористый кальций СaF2	1,23 - 1,46	И, ИЭ	1360	0,15-12.

n₃ = 1,23

Рассчитаем минимальный коэффициент отражения по формуле:

n_в=2.4

n_н=1.23

Рассчитаем амплитудные и энергетический коэффициенты отражения системы воздух - плёнки - подложка:

;

;

.

где

R_1,3 = |r_1,3|²

Т_1,3 = 1 - R_1,3

Для построения спектральной характеристики R_1,4= f(в) и R_1,4 = f(л) составим таблицы 2.3 и 2.4:

Таблица 2.3

n2·h2	0	л0/4	л0/2	3л0/4	л0
в	0	р/2	р	3р/2	2р
cos2в	1	-1	1	-1	1
r2,4	0,2497	0,3913	0,2497	0,3913	0,2497
r1,4	-0,18066	-0,69166	-0,18066	-0,69166	-0,18066
R1,4	0,0326	0,4784	0,0326	0,4784	0,0326
T1,4	0,9674	0,5216	0,9674	0,5216	0,9674

Таблица 2.4

л, нм	400	450	500	550	600	650	700	750	800
в	0,7500	0,6667	0,6000	0,5455	0,5000	0,4615	0,4286	0,4000	0,3750
cos2в	0,000	-0,5000	-0,8090	-0,9595	-1,0000	-0,9709	-0,9010	-0,8090	-0,7071
r2,4	0,3223	0,3573	0,3784	0,3886	0,3913	0,3894	0,3847	0,3784	0,3715
r1,4	-0,4118	-0,5499	-0,6375	-0,6802	-0,6917	-0,6834	-0,6636	-0,6375	-0,6086
R1,4	0,1696	0,3024	0,4065	0,4627	0,4784	0,4671	0,4404	0,4065	0,3704
T1,4	0,8304	0,6976	0,5935	0,5373	0,5216	0,5329	0,5596	0,5935	0,6296



2.3 Четырехслойное отражающее покрытие

n₂h₂ = n₃h₃= n₄h₄= n₅h₅=л₀/4 = 600/4 = 150 нм

n₂= n_в

n₃= n_н

n₄= n_в

n₅= n_н

Находим показатели преломления n₄ и n₅:

Из таблицы плёнкообразующих материалов выбираем материалы с максимальным n_в= n₄ и минимальным показателем преломления n_н= n₅ для заданного диапазона л₁-л₂=400 - 800 нм



Пленкообразующий материал	Показатель преломления слоя, n	Методы нанесения	Температура плавления, Тпл,° С	Область спектра, 1-2, мкм
Двуокись титана TiO2	2.4	ИЭ	1640	0,35-12.
фтористый кальций СaF2	1,23 - 1,46	И, ИЭ	1360	0,15-12.

n₄ = 2,4

n₅ = 1,23

Рассчитаем интегральный коэффициент отражения по формуле:

n_в=2.4

n_н=1.23

Рассчитаем амплитудные и энергетический коэффициенты отражения системы воздух - плёнки - подложка:

;

;

;

;

;

R_1,6= |r_1,6² |

Т_1,6= 1 - R_1,6

Для построения спектральной характеристики R_1,6= f(в) и R_1,6 = f(л) составим таблицы 2.5 и 2.6:

Таблица 2.5

n4·h4	0	л0/4	л0/2	3л0/4	л0
в	0	р/2	р	3р/2	2р
cos2в	1	-1	1	-1	1
r4,6	0,2497	0,3913	0,2497	0,3913	0,2497
r3,6	-0,07900	-0,63372	-0,07900	-0,63372	-0,07900
r2,6	0,2497	0,7939	0,2497	0,7939	0,2497
r1,6	-0,18066	-0,90862	-0,18066	-0,90862	-0,18066
R1,6	0,0326	0,8256	0,0326	0,8256	0,0326
T1,6	0,9674	0,1744	0,9674	0,1744	0,9674



Таблица 2.6

л, нм	400	450	500	550	600	650	700	750	800
в	0,7500	0,6667	0,6000	0,5455	0,5000	0,4615	0,4286	0,4000	0,3750
cos2в	0,0000	-0,5000	-0,8090	-0,9595	-1,0000	-0,9709	-0,9010	-0,8090	-0,7071
r4,6	0,3223	0,3573	0,3784	0,3886	0,3913	0,3894	0,3847	0,3784	0,3715
r3,6	-0,3223	-0,4737	-0,5720	-0,6206	-0,6337	-0,6243	-0,6017	-0,5720	-0,5393
r2,6	0,3223	0,5195	0,6832	0,7700	0,7939	0,7767	0,7358	0,6832	0,6267
r1,6	-0,4118	-0,6066	-0,7857	-0,8822	-0,9086	-0,8897	-0,8443	-0,7857	-0,7230
R1,6	0,1696	0,3680	0,6173	0,7783	0,8256	0,7915	0,7128	0,6173	0,5227
T1,6	0,8304	0,6320	0,3827	0,2217	0,1744	0,2085	0,2872	0,3827	0,4773
Rсмод	0,1737	0,3290	0,5236	0,7086	0,8248	0,7340	0,6335	0,5442	0,5000

2.4 Анализ результатов расчетов

Для выбора оптимальной конструкции отражающего покрытия построим графики спектральных зависимостей R= f(л) для всех типов покрытий в единой системе координат.

Оптимальной будет та конструкция, которая обеспечивает максимальный коэффициент отражения на рабочей длине волны л₀=600 нм и более широкую зону отражения в заданной области спектра.

Таким образом, оптимальным является 4-х слойное оптическое покрытие.

Обозначим выбранную конструкцию просветляющего покрытия:

- ВД Отраж. (110ИЭ 88 ИЭ) ₂₅₀Ч2

л₀ = 600 нм ±20 нм;

с_mах = 0,42;

л₁ - л₂ = 400 - 800 нм.

Материал подложки: ЛК-1 ГОСТ 3514-94;

n_с=1.441

Для данной конструкции отражающего покрытия составим технологический процесс.

Технологический процесс

Технологический процесс включает следующие основные операции:

010 Очистка подложек.

020 Подготовка вакуумной камеры.

030 Ионная очистка подложек.

040 Нагрев подложек до фиксированной температуры.

050 Нанесение оптических покрытий:

051 Нанесение оптического покрытия СаF₂.

052 Нанесение оптического покрытия TiO₂.

053 Нанесение оптического покрытия СаF₂.

054 Нанесение оптического покрытия TiO₂.

060 Разгерметизация вакуумной камеры, выгрузка готовых изделий.

070 Контроль оптических параметров покрытия.

Содержание операций:

010 - Очистка подложек: подложки из стекла ЛК-1 ГОСТ 3514 - 94 обезжиривают в смеси петролейного эфира и этилового спирта в соотношении 75% - 25% и окончательно протирают тампонами обезжиренной ваты, смоченной в абсолютном этиловом спирте. Очищенные детали протирают обезжиренными батистовыми салфетками. Готовые детали вставляют в съёмные оправы подложкодержателя и с поверхностей беличьей кисточкой удаляются ворсинки. Очищенные детали в оправах загружают в подложкодержатель, и подложкодержатель устанавливается в вакуумную камеру. При выполнении этой операции оператор должен работать в резиновых перчатках или напальчниках.

020 - Подготовка вакуумной камеры происходит параллельно с операцией 010:

S Очистка элементов подколпачной аппаратуры (экранов, испарителей, заслонов) от пленок испаряемых материалов и пропитку их спиртом.

S Загрузка исходных пленкообразующих материалов в испарители (TiO₂, и CaF₂ в 4^х позиционный тигель электронно-лучевого испарителя).

S Загрузка подложкодержателя с очищенными оптическими деталями.

S Проверка работоспособности механизмов и устройств в вакуумной камере: вращение подложкодержателя, перемещение заслонок, работа фотометра.

S Откачка камеры до давления примерно 2 Па.

030 - Операция ионной очистки подложек проводится в камере (р=2…1.38 Па) в течение 5-10 минут при напряжении 500 В на электроде ионной очистки и токе разряда 150 - 200 мА. При этом включается вращение подложкодержателя с частотой n = 10-20 мин -^1. В процессе ионной очистки ионами остаточных газов с поверхности удаляются пылинки и молекулы тяжелых газов. По окончании ионной очистки камера откачивается до Р = 10 ^-2 - 10 ^-3 Па.

040 - Нагрев подложек до фиксированной температуры Т_подл =250⁰С, происходит в высоком вакууме при одновременном вращении подложкодержателя. При этом с поверхности оптических деталей удаляются пары воды и молекулы легких газов. Время нагрева 5 - 15 минут.

050 - Нанесение оптического покрытия начинают после обезгаживания пленкообразующих материалов при закрытой заслонке. Для этого материал нагревают до температуры на 100 ⁰С ниже, чем Т_исп. В процессе прогрева давление вакуумной камеры повышается, а потом понижается до Р = 10^-3 Па. Обезгаживание считается законченным, когда давление восстанавливается до первоначального значения. Далее включают фотометр, выводят нагреватель или ЭЛИ на режим испарения, открывают заслонку и проводят испарение материала, фиксируя параметры испарителя или ЭП. Контроль за нанесением испарителя ведут по фотометру. При нанесении просветляющих покрытий метод контроля на пропускание раздельный, так как m ?3, и экстримальный.

051 - Нанесение оптического покрытия CaF₂.

Режимы нанесения пленки:

ИЭ Р =10 ^-3 Па;

Т_исп.= 1360 С;

Т_под =250 С

U = 6кВ;

I_н = 10-12 А;

I_эм = 20-60 мА.

052 - Нанесение оптического покрытия TiO₂.

Режимы нанесения пленки:

ИЭ Р=10^-3 Па;

Т_исп = 1640 С;

Т_под =250 С;

U= 6кВ;

I_н = 10-12 А;

I_эм = 20-60 мА.

053 - Нанесение оптического покрытия CaF₂.

Режимы нанесения пленки:

ИЭ Р =10 ^-3 Па;

Т_исп.= 1360 С;

Т_под =250 С

U = 6кВ;

I_н = 10-12 А;

I_эм = 20-60 мА.

054 - Нанесение оптического покрытия TiO₂.

Режимы нанесения пленки:

ИЭ Р=10^-3 Па;

Т_исп = 1640 С;

Т_под =250 С;

U= 6кВ;

I_н = 10-12 А;

I_эм = 20-60 мА.

060 - Разгерметизация вакуумной камеры: после окончания процесса нанесения выключается вращение подложкодержателя. При снижении Т_подл до 50єС камера отсекается высоковакуумным затвором от высоковакуумной системы откачки, производится напуск воздуха, открывается вакуумная камера и производится выгрузка оптических деталей в специальную кассету.

070 - Контроль. В связи с проведением группового технологического процесса нанесения покрытий на контроль попадают от 2 до 3 штук из партии, проверяют параметры =f(), =f() на фотометре СФ-8 или СФ-4 и сравнивают полученные характеристики с расчетными. Определяют группу механической прочности на установке СД-500.

Построим графики зависимости от разности фаз:

1. Для первого свидетеля (на отражении):

2. Для второго свидетеля (на отражении)



Номер свидетеля	лфотом	Фазовая толщина
1 свидетель	558	1,56384
		1,57409
		1,57409
2 свидетель	558	1,56384

Список использованной литературы

оптический отражение спектральный

1. Конспект лекций по дисциплине «Оптические покрытия».

2. Справочник технолога-оптика/ М.А. Окатов, Э.А. Антонов, А. Байгоджин и др.; под редакцией М.А. Окатова. - 2-е издание, переработанное и дополненное - СПб.: Политехника, 2009-679 с.

Размещено на Allbest.ru