Расчет многослойных просветляющих и отражающих покрытий

 

 

таблица 2.6

λ, нм	400	450	500	550	600	650	700	750	800	640
β	3,751	2,234	1,676	1,34	1,117	0,957	0,838	0,745	0,67	1,57
cos2β	0,914	-0,242	-0,978	-0,896	-0,616	-0,337	-0,105	0,081	0,228	-1
r4,6	0,108	0,154	0,183	0,18	0,169	0,158	0,149	0,141	0,135	0,184
r3,6	-0,046	-0,181	-0,315	-0,299	-0,245	-0,196	-0,16	-0,133	-0,114	-0,32
r2,6	0,103	0,187	0,434	0,397	0,289	0,209	0,161	0,134	0,119	0,404
r1,6	-0,223	-0,36	-0, 655	-0, 606	-0,471	-0,382	-0,335	-0,31	-0,295	-0,669
R1,6	0,054	0,129	0,429	0,368	0,222	0,146	0,112	0,096	0,081	0,447
T1,6	0,946	0,871	0,571	0,632	0,778	0,854	0,888	0,904	0,913	0,553

 

 

 

 

 

 

2.4. Анализ результатов расчетов

 

 

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

 

Оптимальной будет та конструкция, которая обеспечивает максимальный коэффициент отражения на рабочей длине  волны λ₀=640нм и более широкую зону отражения в заданной области спектра.

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

Обозначим выбранную конструкцию отражающего покрытия:

 

  –ВД Отраж.  (41 ИЭ 90ИЭ  ) ₃₀₀×2

λ₀ = 640 нм ±20 нм;

ρ_mах = 0,447;

λ₁ – λ₂ = 300 – 1500 нм.

Материал подложки: БФ6-1 ГОСТ 3514-94;

    n_с=1.5724

 

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 SiO2.

052  Нанесение  оптического  покрытия НfO₂.

053  Нанесение оптического покрытия SiO2 .

054  Нанесение оптического  покрытия НfO₂.

060  Разгерметизация  вакуумной камеры , выгрузка готовых  изделий.

070  Контроль оптических  параметров  покрытия.

 

Содержание операций :

 

010 – Очистка подложек: подложки из стекла  БФ-6 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:

 

• Очистка элементов подколпачной аппаратуры (экранов, испарителей, заслонов) от пленок  испаряемых материалов и пропитку их спиртом. 
• Загрузка исходных пленкообразующих материалов в испарители  (НfO₂, и SiO2 в 4^х  позиционный тигель электронно-лучевого испарителя).
• Загрузка подложкодержателя с очищенными оптическими деталями.
• Проверка  работоспособности механизмов и устройств в вакуумной камере: вращение подложкодержателя, перемещение заслонок, работа фотометра.
• 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 =300⁰С, 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 SiO₂.

                Режимы нанесения пленки:

ИЭ   Р =10 ^-3 Па;

Т_исп.= 277° С;

Т_под =300° С

U = 6кВ;

I_н = 10-12 А;

I_эм = 20-60 мА.

                                           

052 – Нанесение оптического покрытия HfO₂. .

Режимы нанесения пленки:

ИЭ    Р=10^-3 Па;

Т_исп    = 1730° С;

Т_под =300° С;

U= 6кВ;   

I_н = 10-12 А;

I_эм = 20-60 мА.

 

053 – Нанесение оптического покрытия SiO₂.

                Режимы нанесения пленки:

ИЭ   Р =10 ^-3 Па;

Т_исп.= 277 ° С;

Т_под =300° С

U = 6кВ;

I_н = 10-12 А;

I_эм = 20-60 мА.

054 – Нанесение оптического покрытия HfO₂. .

Режимы нанесения пленки:

ИЭ    Р=10^-3 Па;

Т_исп    = 1730° С;

Т_под =300° 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 50ºС 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 r_l=f(l), t_l=f(l) на фотометре СФ-8 или СФ-4  и сравнивают полученные  характеристики с расчетными. Определяют группу механической прочности на установке СД-500.       

 

 

 

 

Список использованной литературы

 

 

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, 2004-679с.