Расчет многослойных просветляющих и отражающих покрытий

                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 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.       

 

Построим графики зависимости  от разности фаз:

1. Для первого свидетеля (на отражении):

 

 

 

Номер свидетеля	λфотом, нм	Фазовая толщина
1 свидетель	585	1,56384
	585	1,56569
	585	1,56569

 

 

Задание 2.

 

Для заданной марки оптического  материала произвести расчёт однослойного, двухслойного и многослойного отражающего покрытия с максимальным коэффициентом отражения для данной длины волны λ₀.

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(β), R=f(λ). Для оптимальной конструкции покрытия составить технологическую карту его нанесения.

Исходные  данные:

 Вариант№17

Материал:стекло БФ-6 ГОСТ3514-94

n_с=1.5724

устойчивость к химическим реагентам – II;

устойчивость к влажной  атмосфере – А;

однослойное покрытие : λ₀/4;

двухслойное покрытие: λ₀/4 – λ₀/4;

трёхслойное покрытие: λ₀/4 – λ₀/2 – λ₀/4 ;

четырехслойное покрытие – λ₀/4 – λ₀/4 – λ₀/4 – λ₀/4.

λ₀=640±20нм

λ₁ – λ₂=300 – 1500нм

 

 

II. Расчет многослойного отражающего покрытия

 

2.1. Однослойное отражающее покрытие

n₁ = 1;

n₁< n₂ >n₃

n₂= n_в

n₃= n_н

n₂h₂ = λ₀/4 , n₂h₂ = 640/4 = 160 нм

 

Из таблицы плёнкообразующих материалов выбираем материал с максималь-ным показателем преломления для заданного диапазона λ₁-λ₂=300 – 1500 нм

 

Пленкообразующий материал	Показатель преломления  слоя ,n	Методы нанесения	Температура плавления, Тпл, ° С	Область спектра, l1-l2, мкм
Двуокись  гафния НfO2	1.94	ИЭ	277	l1>0.24

n₂  = 1.94

 

Рассчитаем интегральный коэффициент отражения по формуле:          

n_в=1.94

n_н=1.5724

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

;                                                                                                                           

,                                                                                                         

где i – порядковый номер слоя,

       j – число слоёв,

       β  – угол сдвига фаз:

,                                                                                                                                

где λ – 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(β) и R_1,3  = f(λ) составим таблицы 2.1 и 2.2.:

таблица 2.1

 

n2·h2	0	λ0/4	λ0/2	3λ0/4	λ0
β	0	π/2	π	3π/2	2π
cos2β	1	-1	1	-1	1
r1,3	-0,223	-0,411	-0,223	-0,411	-0,223
R1,3	0,05	0,169	0,05	0,169	0,05
T1,3	0,95	0,831	0,95	0,831	0,95

 

таблица 2.2

λ, нм	300	450	600	750	900	1050	1200	1350	1500	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
r1,3	-0,231	-0,342	-0,409	-0,401	-0,376	-0,351	-0,33	-0,312	-0,298	-0,411
R1,3	0,053	0,117	0,167	0,161	0, 142	0,123	0,109	0,097	0,089	0,169
T1,3	0,947	0,883	0,833	0,839	0,858	0,877	0,811	0,903	0,911	0,831

 

 

2.2. двухслойное  отражающее покрытие

 

 

n₂h₂ = n₃h₃= λ₀/4 = 640/4 = 160 нм

 

n₂= n_в

n₃= n_н

 

Находим показатель преломления n₃:

Из таблицы плёнкообразующих материалов выбираем материал с минималь-ным показателем преломления для заданного диапазона λ₁-λ₂=300 – 1500 нм:

 

Пленкообразующий материал	Показатель преломления  слоя ,n	Методы нанесения	Температура плавления, Тпл, ° С	Область спектра, l1-l2, мкм
Двуокись кремния SiO2	1,45	ИЭ	1730	0,2-8.

 

n₃  = 1,45

Рассчитаем минимальный  коэффициент отражения по формуле:          

p_max=

n_в=1.94

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(β) и R_1,4 = f(λ) составим таблицы 2.3 и 2.4:

 

таблица 2.3

n2·h2	0	λ0/4	λ0/2	3λ0/4	λ0
β	0	π/2	π	3π/2	2π
cos2β	1	-1	1	-1	1
r2,4	0,105	0,184	0,105	0,184	0,105
r1,4	-0,223	-0,476	-0,223	-0,476	-0,223
R1,4	0,05	0,226	0,05	0,226	0,05
T1,4	0,95	0,774	0,95	0,774	0,95

 

 

 

 

 

 

 

 

 

таблица 2.4

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
r2,4	0,108	0,154	0,183	0,18	0,169	0,158	0,149	0,141	0,135	0,184
r1,4	-0,228	-0,353	-0, 472	-0,457	-0,41	-0,367	-0,334	-0,309	-0,292	-0,476
R1,4	0,052	0,124	0,223	0,209	0,168	0,135	0,111	0,096	0,085	0,226
T1,4	0,948	0,876	0,777	0,791	0,832	0,865	0,889	0,904	0,915	0,774

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3.четырехслойное  отражающее покрытие

 

 

 

n₂h₂ = n₃h₃= n₄h₄= n₅h₅=λ₀/4 = 640/4 = 160 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 λ₁-λ₂=300 – 1500 нм

 

Пленкообразующий  материал	Показатель  преломления слоя ,n	Методы нанесения	Температура плавления, Тпл, ° С	Область спектра, l1-l2, мкм
Двуокись  гафния НfO2	1.94	ИЭ	277	l1>0.24
Двуокись кремния SiO2	1,45	ИЭ	1730	0,2-8.

 

n₄  = 1,94

n₅  = 1,45

 

Рассчитаем интегральный коэффициент отражения по формуле:          

n_в=1,94       n₆=1,5724

n_н=1,45

 

 

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(β) и R_1,6 = f(λ) составим таблицы 2.5 и 2.6:

 

таблица 2.5

n4·h4	0	λ0/4	λ0/2	3λ0/4	λ0
β	0	π/2	π	3π/2	2π
cos2β	1	-1	1	-1	1
r4,6	0,105	-0,04	0,105	-0,04	0,105
r3,6	-0,04	-0,32	-0,04	-0,32	-0,04
r2,6	0,105	0,444	0,105	0,444	0,105
r1,6	-0,223	-0,669	-0,223	-0,669	-0,223
R1,6	0,05	0,447	0,05	0,447	0,05
T1,6	0,95	0,553	0,95	0,553	0,95