Расчет многослойных просветляющих и отражающих покрытий

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОУВПО

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ

 

 

 

Кафедра «Компьютерные технологии в оптоэлектронике»

 

 

 

Дисциплина: «Технология оптических покрытий»

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

На тему:

 

 

 

«Расчет многослойных просветляющих и отражающих покрытий»

 

 

 

Вариант № 1

 

 

 

 

 

 

 

 

Работу выполнила: Яловенко В. С.

Курс: 5

специальность: 200204

 

Преподаватель: Гриднева Г. Н.

 

 

 

 

 

 

 

МОСКВА, 2006

 

Задание 1.

 

Для заданной марки оптического материала произвести расчёт однослойного, двухслойного, трёхслойного и многослойного просветляющего покрытия с минимальным 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№1

Материал: ЛК-1 ГОСТ3514-94

nс=1.441

устойчивость к химическим реагентам – III;

устойчивость к влажной атмосфере – А;

однослойное покрытие : λ0/4;

двухслойное покрытие: λ0/4 – λ0/4;

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

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

λ0=600±20нм

λ1 – λ2=400 – 800нм

 

 

 

 

 

I. Расчет многослойного просветляющего  покрытия

 

1. Однослойное просветляющее покрытие

 

 

n1 = 1;

Условие потери полуволны:

n1< n2< n3

n2h2 = λ0/4

n2h2 = 600/4 = 150 нм

Рассчитываем показатель преломления:

Из таблицы плёнкообразующих материалов выбираем материал с наиболее близким показателем преломления к расчётному для заданного диапазона λ1-λ2=400 – 800 нм

 

Пленкообразующий материал	Показатель преломления слоя ,n	Методы нанесения	Температура плавления, Тпл, ° С	Область спектра, l1-l2, 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,

       β – угол сдвига фаз:

,                                                                                                                                

где λ – 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(β) и R1,3  = f(λ) составим таблицы 1.1 и 1.2.:

                                                                                                             таблица 1.1

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	-0,1807	-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

λ, нм	400	450	500	550	600	650	700	750	800
β	0,7500	0,6667	0,6000	0,5455	0,5000	0,4615	0,4286	0,4000	0,3750
cos2β	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

 

 

2. двухслойное  просветляющее покрытие

 

 

n2h2 = n3h3= λ0/4 = 600/4 = 150 нм

 

Рассчитываем показатель преломления n3:

Из таблицы плёнкообразующих материалов выбираем материал с наиболее близким показателем преломления к расчётному для заданного диапазона λ1-λ2=400 – 800 нм

 

Пленкообразующий материал	Показатель преломления слоя ,n	Методы нанесения	Температура плавления, Тпл, ° С	Область спектра, l1-l2, мкм
Фтористый иттрий YF3	1,54– 1,56	И, ИЭ	1136	l1>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(β) и R1,4 = f(λ) составим таблицы 1.3 и 1.4:

 

таблица 1.3

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	-0,0790	-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

λ, нм	400	450	500	550	600	650	700	750	800
β	0,7500	0,6667	0,6000	0,5455	0,5000	0,4615	0,4286	0,4000	0,3750
cos2β	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

 

 

 

3. трехслойное  просветляющее покрытие

 

1 вариант: n2h2 = n3h3= n4h4=λ0/4

 

 

n2h2 = n3h3= n4h4=λ0/4 = 600/4 = 150 нм

 

Находим показатель преломления n4:

 

Из таблицы плёнкообразующих материалов выбираем материал с наиболее близким показателем преломления для заданного диапазона λ1-λ2=400 – 800 нм

 

Пленкообразующий материал	Показатель преломления слоя ,n	Методы нанесения	Температура плавления, Тпл, ° С	Область спектра, l1-l2, 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(β) и R1,5 = f(λ) составим таблицы 1.5 и 1.6:

таблица 1.5

n4·h4	0	λ0/4	λ0/2	3λ0/4	λ0
β	0	π/2	π	3π/2	2π
cos2β	1	-1	1	-1	1
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