Моделирование оптических свойств реальных просветляющих покрытий

• Автор: Абзалова, Гузель Ильдусовна
• Шифр специальности: 05.11.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 166 с. : ил.

* ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ

1.1. Расчет оптических свойств многослойных пленок с заданной конструкцией

1.2. Учет дисперсии диэлектрической функции

1.3. Синтез пленок с заданными оптическими свойствами

Выводы

ГЛАВА 2 УЧЕТ ШЕРОХОВАТОСТЕЙ ГРАНИЦ МНОГОСЛОЙНЫХ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ

2.1. Модель учета поверхностных потерь

ф 2.2 Модель флуктуирующей толщины слоя

2.2 Алгоритм учета флуктуаций толщины слоев без приближений

2.3 Модель описания шероховатости поверхности слоя

2.4 Влияние шероховатости границ на просветляющие покрытия
2.5 Влияние угла падения излучения на поверхность оптической детали
Вывод
ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ АНИЗОТРОПИИ СЛОЕВ ПОКРЫТИЯ НА ЕГО
ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
^ 3.1 Общий алгоритм учета анизотропии в слоях
3.2 Реальная структура пленок и ее связь с анизотропией
3.3 Влияние пористости пленок на оптические свойства просветляющих покрытий. .119 Выводы
ГЛАВА 4. ОЦЕНКА ОПТИЧЕСКОГО КАЧЕСТВА ПРОСВЕТЛЯЮЩИХ
ПОКРЫТИЙ
4.1 Расчет структуры просветляющих покрытий
4.2. Влияние шероховатости поверхностей слоев на оптические свойства просветляющих покрытий
4.3. Влияние сферичности поверхностей оптических элементов на просветление
^ 4.4. Экспериментальная проверка разработанных алгоритмов расчета
Выводы
ЛИТЕРАТУРА

Актуальность темы.
В современном оптическом приборостроении одной из наиболее актуальных задач является разработка просветляющих покрытий. При достаточно большом числе элементов в оптической системе, ее прозрачность в значительной мере снижается из-за потерь излучения на отражение от поверхностей отдельных элементов, что естественным образом отражается на рабочих характеристиках прибора. Для уменьшения потерь излучения в оптической системе все рабочие поверхности просветляются, что позволяет снизить потери до очень малых величин. Теоретически - это нуль или близкая к нулю величина. Практически, получение очень малых коэффициентов отражения не выполняется. Обычно это связывается с неточностью воспроизведения показателей преломления слоев и ошибками в их оптической толщине, допущенными в процессе изготовления. Кроме того, даже теоретическое получение нулевого отражения возможно только в отдельных спектральных точках из всей рабочей спектральной области. Поэтому в последние годы при разработке просветляющих покрытий на оптические детали современных приборов обычно рассматривается задача ахроматического просветления для широких спектральных областей. Получение ахроматического просветления требует использования многослойных интерференционных покрытий, и чем шире рабочая область спектра, тем большее число слоев используется для получения просветляющих покрытий. С теоретической точки зрения число не поглощающих слоев в интерференционной системе не является ограничением. Практически же оказывается, что увеличение числа слоев в просветляющем покрытии приводит к необъяснимым потерям излучения и качество просветления заметно снижается. При этом практически всегда не удается связать появление потерь с ошибками в толщине слоев или с отличием реального показателя преломления слоя от значения, характерного для данного материала. Этот эффект требует специального изучения.
Все теоретические разработки просветляющих интерференционных покрытий, известные в литературе базируются на допущении идеально ровных поверхностей подложки и пленок, полном отсутствии поглощения в подложке и пленках и однородности пленок. Реальные оптические поверхности всегда имеют некоторую шероховатость, что выражается в появлении рассеянного на поверхности излучения. Рассеяние излучения на поверхности является потерями, которые необходимо учитывать в полном балансе излучения. Поверхности пленок также имеют шероховатость, т.е. и на этих поверхностях присутствуют потери. Объем пленок содержит поры, что проявляется в появлении полос поглощения, характерных для воды адсорбирован-, ной в порах и является причиной, по которой происходит уменьшение среднего значения показателя преломления пленки и появления его флуктуаций. Таким образом, все сделанные допущения, используемые при проведении теоретических расчетах, оказываются выполненными только приближенно. То обстоятельство, что расчетные спектральные характеристики интерференционных покрытий в целом хорошо совпадают с экспериментом, говорит о правильности этого приближения. Очевидно, что все названные нами дополнительные факторы достаточно малы. В тоже время, достижение предельно возможных значений пропускания и отражения света интерференционным покрытием может ограничиваться именно сделанными допущениями. Просветляющие покрытия являются именно таким примером, поэтому полезно рассмотреть ситуацию просветления несколько подробнее.
В настоящей работе рассматриваются истинные причины, по которым просветление может оказаться недостаточно эффективным, даже при полном отсутствии ошибок в толщине отдельных слоев и правильном выборе их показателей преломления.
В настоящей работе подробно рассматриваются поправки, связанные с влиянием указанных выше факторов. Основной целью работы было создание
Достаточно общая упрощенная теория просветляющих покрытий была развита в [12]. Основной базой теории является приближенное выражение для коэффициента отражения многослойного покрытия, записываемое в виФ=7сА.о/2А.: л0 - длина волны соответствующая центру интервала просветления, N - число слоев в рассматриваемом покрытии. В [6] показано, что для просветляющих покрытий из диэлектрических слоев это выражение обладает достаточной точностью.
Для оценки качества просветления поверхности, работающей в области спектра [Х1Д2] следует найти среднее значение отражения в рабочей области, т.е. величину:
Варьирование этой величины по показателям преломления слоев или их толщине при условии минимальности среднего отражения позволяет находить либо показатели преломления слоев покрытия, либо их толщины. Развитая в [12] теория показывает, что при вариации показателей преломления слоев существенная ахроматизация просветления вполне возможна при увеличении числа слоев в покрытии и обязательного увеличения толщины покрытия в целом. При этом оказывается возможным достижение малых значений остаточного отражения в достаточно широкой области спектра, но, одновременно, показатели преломления внешних слоев покрытия оказываются слишком малыми. Это ограничение можно снять, если зафиксировать покаде:

К=2ики1С0^2§к1(Р) ’
(43)
к,1

(44)