Расчет многослойных просветляющих и отражающих покрытий

Определение однослойного, двухслойного, трехслойного и многослойного просветляющего покрытия с минимальным коэффициентом отражения для данной длины волны. Оптические толщины, материалы напыляемых покрытий. Спектральные зависимости коэффициента отражения.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 18.03.2013
Размер файла 329,1 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

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

nс=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 л12=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;

Ri,j = |ri,j|2;

Тi,j = 1 - Ri,j

;

;

.

R1,3 = |r1,3|2

Т1,3 = 1 - R1,3

Для построения спектральной характеристики R1,3 = f(в) и R1,3 = 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

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 л12=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

R1,3 = |r1,3|2

Т1,3 = 1 - R1,3

Для построения спектральной характеристики R1,4= f(в) и R1,4 = 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

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= n4h40/4

n2h2 = n3h3= n4h40/4 = 600/4 = 150 нм

Находим показатель преломления n4:

Из таблицы плёнкообразующих материалов выбираем материал с наиболее близким показателем преломления для заданного диапазона л12=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:

;

;

;

;

;

.

R1,5= |r1,52 |

Т1,5= 1 - R1,5

Для построения спектральной характеристики R1,5= f(в) и R1,5 = 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

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 = n4h40/4

n3h30/2

n2h2 = n4h40/4 = 600/4 = 150 нм

n3h30/2=600/2=300 нм

Находим показатель преломления n4:

Из таблицы плёнкообразующих материалов выбираем материал с наиболее близким показателем преломления для заданного диапазона л12=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:

;

;

;

;

;

.

R1,5= |r1,52 |

Т1,5= 1 - R1,5

Для построения спектральной характеристики R1,5= f(в) и R1,5 = 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

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= n5h50/4 = 600/4 = 150 нм

Находим показатель преломления n5:

Из таблицы плёнкообразующих материалов выбираем материал с наиболее близким показателем преломления для заданного диапазона л12=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:

;

;

;

;

;

R1,6= |r1,62 |

Т1,6= 1 - R1,6

Для построения спектральной характеристики R1,6= f(в) и R1,6 = 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

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;

сmin = 0,006;

л1 - л2 = 400 - 800 нм.

Материал подложки: ЛК-1 ГОСТ 3514-94;

nс=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 4х 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 Тподл =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 Тисп. 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;

Тисп = 1136 С;

Тпод =150 С;

U = 6 кВ;

Iн = 10-12 А;

Iэм = 20-60 мА.

052 - Нанесение оптического покрытия LaF3.

Режимы нанесения пленки:

ИЭ Р=10-3 Па;

Тисп = 1750 С;

Тпод =150 С;

U= 6кВ;

Iн = 10-12 А;

Iэм = 20-60 мА.

053 - Нанесение оптического покрытия YF3

Режимы нанесения пленки:

ИЭ Р=10-3 Па;

Тисп = 1136 С;

Тпод =150 С;

U= 6кВ;

Iн = 10-12 А;

Iэм = 20-60 мА.

054 - Нанесение оптического покрытия CaF2.

Режимы нанесения пленки:

ИЭ Р =10 -3 Па;

Тисп.= 1360 С;

Тпод =150 С

U = 6кВ;

Iн = 10-12 А;

Iэм = 20-60 мА.

060 - Разгерметизация вакуумной камеры: после окончания процесса нанесения выключается вращение подложкодержателя. При снижении Тподл 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= nв

n3= nн

n2h2 = л0/4, n2h2 = 600/4 = 150 нм

Из таблицы плёнкообразующих материалов выбираем материал с максимальным показателем преломления для заданного диапазона л12=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:

nв=2.4

nн=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;

Ri,j = |ri,j|2;

Тi,j = 1 - Ri,j

;

;

.

R1,3 = |r1,3|2

Т1,3 = 1 - R1,3

Для построения спектральной характеристики R1,3 = f(в) и R1,3 = 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

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= nв

n3= nн

Находим показатель преломления n3:

Из таблицы плёнкообразующих материалов выбираем материал с минимальным показателем преломления для заданного диапазона л12=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:

nв=2.4

nн=1.23

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

;

;

.

где

R1,3 = |r1,3|2

Т1,3 = 1 - R1,3

Для построения спектральной характеристики R1,4= f(в) и R1,4 = 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

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= n5h50/4 = 600/4 = 150 нм

n2= nв

n3= nн

n4= nв

n5= nн

Находим показатели преломления n4 и n5:

Из таблицы плёнкообразующих материалов выбираем материалы с максимальным nв= n4 и минимальным показателем преломления nн= n5 для заданного диапазона л12=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:

nв=2.4

nн=1.23

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

;

;

;

;

;

R1,6= |r1,62 |

Т1,6= 1 - R1,6

Для построения спектральной характеристики R1,6= f(в) и R1,6 = 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

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;

сmах = 0,42;

л1 - л2 = 400 - 800 нм.

Материал подложки: ЛК-1 ГОСТ 3514-94;

nс=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 4х 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 Тподл =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 Тисп. 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;

Тисп.= 1360 С;

Тпод =250 С

U = 6кВ;

Iн = 10-12 А;

Iэм = 20-60 мА.

052 - Нанесение оптического покрытия TiO2.

Режимы нанесения пленки:

ИЭ Р=10-3 Па;

Тисп = 1640 С;

Тпод =250 С;

U= 6кВ;

Iн = 10-12 А;

Iэм = 20-60 мА.

053 - Нанесение оптического покрытия CaF2.

Режимы нанесения пленки:

ИЭ Р =10 -3 Па;

Тисп.= 1360 С;

Тпод =250 С

U = 6кВ;

Iн = 10-12 А;

Iэм = 20-60 мА.

054 - Нанесение оптического покрытия TiO2.

Режимы нанесения пленки:

ИЭ Р=10-3 Па;

Тисп = 1640 С;

Тпод =250 С;

U= 6кВ;

Iн = 10-12 А;

Iэм = 20-60 мА.

060 - Разгерметизация вакуумной камеры: после окончания процесса нанесения выключается вращение подложкодержателя. При снижении Тподл 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


Подобные документы

  • Обзор приборов, измеряющих толщину диэлектрических пленок и лакокрасочных покрытий. Исследование принципа работы измерительных преобразователей толщины. Расчет выходного дифференциального каскада, определение наименования и номиналов всех элементов.

    практическая работа [210,4 K], добавлен 21.02.2012

  • Принцип действия, конструкция и технология гибких дисплейных ячеек. Изучение характеристик нанотолщинных композиционных слоистых покрытий на гибких подложках. Влияние толщины нанотолщинного композиционного слоистого покрытия на устойчивость к деформации.

    дипломная работа [3,7 M], добавлен 17.06.2012

  • Определение влияния покрытий стенок на характеристики прямоугольного волновода в полосе частот. Взаимосвязь удельной проводимости материала и коэффициента затухания. Расчет волнового сопротивления, предельной передаваемой мощности; выбор длины волновода.

    курсовая работа [165,3 K], добавлен 05.01.2011

  • Передающие оптоэлектронные модули, их применение. Построение зависимости выходной мощности источника оптического излучения от величины электрического тока. Определение зависимости чувствительности фотодетектора от длины волны оптического излучения.

    контрольная работа [231,3 K], добавлен 05.05.2014

  • Выбор конструкции, материалов и покрытий. Расчет теплового режима. Расчет платы на ударопрочность и вибропрочность. Определение допустимой длины проводников печатной платы. Анализ технологичности оригинальных деталей. Технология общей сборки блока.

    дипломная работа [429,6 K], добавлен 25.05.2012

  • Ознакомление с современным состоянием развития электрофизических методов обработки. Характеристика роботизированных установок для напыления тонкослойных покрытий на поверхность матового листового материала и для нанесения покрытий на диэлектрики.

    контрольная работа [74,0 K], добавлен 20.05.2010

  • Расчет эллиптического фильтра высоких частот Золотарева–Кауэра. Определение неравномерности затухания в полосе пропускания. Связь коэффициента отражения с неравномерностью затухания. Нормирование и преобразование величин. Расчет АЧХ и ФЧХ фильтра.

    курсовая работа [145,5 K], добавлен 09.01.2015

  • Составление m-файла, позволяющего вычислять модули и фазы коэффициентов отражения от границы раздела при произвольных параметрах границы сред. Общая характеристика полного внутреннего отражения. Особенности зависимостей при отражении от частоты сигнала.

    контрольная работа [528,3 K], добавлен 24.01.2011

  • Принцип работы оптического волокна, основанный на эффекте полного внутреннего отражения. Преимущества волоконно-оптических линий связи (ВОЛС), области их применения. Оптические волокна, используемые для построения ВОЛС, технология их изготовления.

    реферат [195,9 K], добавлен 26.03.2019

  • Конструкция антенны и схема питания. Расчет диаграммы направленности и коэффициента усиления антенны. Расчет дальности приема на всех каналах. Определение входного сопротивления и коэффициента стоячей волны. Расчет низкочастотного фильтра прототипа.

    курсовая работа [644,3 K], добавлен 06.01.2012

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.