CC BY
77
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
УДК 681.7.064.454 DOI: 10.17586/0021-3454-2015-58-6-157-166
ПЯТИСЛОЙНОЕ ЧЕТВЕРТЬВОЛНОВОЕ ПРОСВЕТЛЯЮЩЕЕ ПОКРЫТИЕ ДЛЯ ВИДИМОЙ И БЛИЖНЕЙ ИНФРАКРАСНОЙ ОБЛАСТЕЙ СПЕКТРА
Тан Тай До, Л. А. Губанова
Университет ИТМО, 197101, Санкт-Петербург, Россия E-mail: [email protected]
Представлены практические результаты исследования пятислойного четвертьволнового просветляющего покрытия. Полученное покрытие имеет низкий коэффициент отражения в видимой и ближней инфракрасной областях спектра.
Ключевые слова: просветляющее, пятислойное четвертьволновое покрытие, видимая и ближняя инфракрасная области спектра.
В настоящей работе приведены практические результаты исследований предложенной ранее авторами [см. лит.] структуры интерференционного просветляющего покрытия на основе системы четвертьволновых диэлектрических слоев. Наличие в структуре слоев, толщина которых кратна четверти длины волны, существенно упрощает контроль их параметров в процессе формирования покрытия в вакууме. Структура интерференционного покрытия характеризуется показателем преломления (n1, n2, n3, n4, n5) и оптической толщиной (n1d1, n2d2, n3d3, n4d4, n5d5) слоев, входящих в его состав. Оптическая толщина слоев равна четверти длины волны Х0. Световое излучение с длиной волны X падает из среды с показателем преломления n0, а покрытие сформировано на подложке с показателем преломления nm. Условием просветления данной системы [см. лит.] является следующее соотношение:
(n1n3n5 ) = (n2n4 ) n0nm .
С целью получения минимального отражения в заданном спектральном диапазоне была создана компьютерная программа, позволяющая за счет выбора материала слоев регулировать спектральную область, в которой наблюдается эффект просветления.
В результате проведенных расчетов была получена просветляющая структура для оптического стекла марки К8, которая в диапазоне длин волн 0,45—1,1 мкм обеспечивает интегральный коэффициент отражения 0,8 %, а в интервале 0,45—0,9 — 0,5 %. В качестве пленкообразующих материалов для формирования слоев с высокой механической и лучевой прочностью целесообразно использовать фторид магния (n1 = 1,35), оксид циркония (n2=2,0), оксид гафния (n3=2,2), оксид магния (n4=1,71) и диоксид кремния (n5=1,45). Показатель преломления подложки ^=1,52; X1 = 0,6 мкм.
Были рассмотрены спектральные характеристики просветляющего покрытия при наклонном падении излучения. Как видно из рис. 1 (1 — а=0, 2 — 10, 3 — 30, 4 — 45°), в этом случае наблюдаются смещение спектральной кривой в коротковолновую область и увеличение значения энергетического коэффициента отражения. Спектральная характеристика энергетического коэффициента отражения при угле падения излучения <30° незначительно отличается от спектральной характеристики, полученной при нормальном падении.
Пятислойное четвертьволновое просветляющее покрытие
499
При а=0—45° в спектральном диапазоне, ограниченном длинами волн А2 интегральный коэффициент отражения (Яср) равен 0,8 %, при 30° — увеличивается до 1 % , при 45° — до 1,9 %.
Я
0,03
0,02
0,01
0,4
0,6
0,8
1 X, мкм
Рис. 1
Нулевое значение энергетического коэффициента отражения при угле падения больше 30° отсутствует из-за рассогласования энергетического коэффициента отражения для состояний поляризации ^ и р.
Просветляющие покрытия, в состав которых входят тугоплавкие окислы с температурой испарения выше 1000 °С, целесообразно формировать методом термического испарения веществ в вакууме путем электронно-лучевого нагрева. При нанесении покрытий была использована стандартная вакуумная установка ВУ-2М, снабженная электронно-лучевым испарителем и системой фотометрического контроля СФКТ-751В. При формировании структур по мере увеличения толщины слоев контролировалось пропускание оптического элемента. Величина остаточного давления в вакуумной камере составляла (1—3)-10 Па. Для получения равномерного покрытия оптический элемент вращался внутри вакуумной камеры. Коэффициенты пропускания оптического элемента, изготовленного из стекла марки К8, перед и после нанесения просветляющего покрытия были измерены на спектрофотометре СФ-56.
Из рис. 2 видно, что расчетная и экспериментальная спектральные характеристики энергетического коэффициента пропускания оптического элемента, на двух поверхностях которого было сформировано пятислойное четвертьволновое просветляющее покрытие, достаточно хорошо согласуются между собой (1 — пропускание подложки без просветляющего покрытия, 2 — экспериментальная спектральная характеристика пропускания, 3 — расчетная спектральная характеристика пропускания). Наличие просветляющего покрытия такого типа на оптическом элементе, изготовленном из оптического стекла марки К8, значительно (на 6—8 %) увеличивает его пропускание в широком спектральном диапазоне, охватывающем видимую и ближнюю инфракрасную области (0,45—1,1 мкм) спектра. Среднее значение энергетического коэффициента пропускания оптического элемента в диапазоне 0,6—0,8 мкм составляет 98 %.
Т, % 96
92 88 84 80
0,4
0,6
1 X, мкм
Рис. 2
Расхождение расчетной и экспериментальной спектральных характеристик наблюдается в коротковолновой области спектра (длина волны меньше 0,55 мкм). Это обстоятельство можно объяснить тем, что при электронно-лучевом испарении происходит частичное разложение
0
1
500
Тан Тай До, Л. А. Губанова
окислов в процессе их испарения, что может привести к попаданию поглощающих частиц в состав интерференционной пленки. Это предположение требует дальнейшего исследования.
Работа выполнена при государственной финансовой поддержке ведущих университетов Российской Федерации (субсидия 074-U01).
литература
До Тан Тай, Губанова Л. А., Путилин Э. С., Фам ВанХоа. Пятислойные четвертьволновые просветляющие покрытия для инфракрасного диапазона спектра // Оптический журнал. 2014. Т. 81, № 10. С. 72—76.
Сведения об авторах
Тан Тай До — студент; Университет ИТМО, кафедра оптоинформационных
технологий и материалов; E-mail: [email protected] Людмила Александровна Губанова — д-р техн. наук, доцент; Университет ИТМО, кафедра оптоинформационных технологий и материалов; E-mail: [email protected]
Рекомендована кафедрой Поступила в редакцию
оптоинформационных технологий 12.03.15 г.
и материалов
Ссылка для цитирования: До Тан Тай, Губанова Л. А. Пятислойное четвертьволновое просветляющее покрытие для видимой и ближней инфракрасной областей спектра // Изв. вузов. Приборостроение. 2015. Т. 58, № 6. С. 498—500.
FIVE-LAYER QUARTER-WAVE ANTIREFLECTION COATING FOR THE VISIBLE AND NEAR
INFRARED SPECTRAL RANGE
Tan Tai Do, L. A. Gubanova
ITMO University, 197101, Saint Petersburg, Russia E-mail: [email protected]
Practicable results of investigation of a five-layer quarter-wave antireflection coating are presented. The coating is shown to exhibit a low reflectance in the visible and near infrared spectral ranges.
Keywords: antireflection, five-layer quarter-wave coating, visible and near infrared spectral range.
Data on authors
Tan Tai Do — Student; ITMO University, Department of Optoinformatic Technologies
and Materials; E-mail: [email protected] Ludmila A. Gubanova — Dr. Sci., Associate Professor; ITMO University, Department of Optoinformatic Technologies and Materials; E-mail: [email protected]
Reference for citation: Do Tan Tai, Gubanova L. A. Five-layer quarter-wave antireflection coating for the visible and near infrared spectral range // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedeniy. Priborostroenie. 2015. Vol. 58, N 6. P. 498—500 (in Russian).
DOI: 10.17586/0021-3454-2015-58-6-498-500
