Главная Коллекция "Revolution" Физика и энергетика Анализ точностных возможностей контроля оптических параметров слоев в процессе формирования интерференционного покрытия

Анализ точностных возможностей контроля оптических параметров слоев в процессе формирования интерференционного покрытия

Принципы контроля оптических параметров слоев в процессе формирования интерференционного покрытия с повышенной точностью в широком спектральном диапазоне. Основные этапы и принципы измерения оптических параметров одиночных слоев в данном процессе.

Рубрика Физика и энергетика
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 07.12.2018
Размер файла 289,1 K
рефераты на заказ со скидкой

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Анализ точностных возможностей контроля оптических параметров слоев в процессе формирования интерференционного покрытия

В данной работе показано, что можно контролировать оптические параметры слоев в процессе формирования интерференционного покрытия с повышенной точностью в широком спектральном диапазоне.

В процессе формирования интерференционного покрытия необходимо измерять оптические параметры одиночных слоев. К оптическим параметрам слоев относятся оптическая толщина, показатель преломления, коэффициент поглощения и их дисперсия.

Оптические параметры слоев, формирующих покрытие можно контролироваться с помощью спектрофотометрических методов, основанных на измерении спектрального коэффициента отражения (или пропускания). Если свет попадает по нормали, то коэффициент отражения (R) зависит от оптической толщины слоя (nd), показателя преломления (n) и длины волны (л) для непоглощающих материалов2. Эта зависимость дает нам возможность контролировать оптические толщины слоев в процессе их формирования термическим методом.

На основе зависимости R (n, nd, ) выделятся три метода контроля оптических параметров слоев в процессе формирования:

1. Контроль на одной длине волны, т.е. л = const, n = const, R = f(nd). На основе этой зависимости легко контролировать оптическую толщину слоя при измерении коэффициента отражения. При этом невозможно контролировать дисперсию показателя преломления слоя и погрешность контроля составляет десятки процентов.

2. Контроль в двух длинах волн. При этом возможно контролировать дисперсию показателя преломления слоя и погрешность контроля на порядок уменьшается по сравнению с контролем на одной длине волны.

3. Контроль в широком спектральном диапазоне используется с целью контроля дисперсии показателя преломления слоев и повышения точности контроля. В данной работе рассмотрен этот метод.

В начале исследований была построена трехмерная зависимость коэффициента отражения R (nd, ), иллюстрирующая влияние роста толщины слоев на R по мере формирования двухслойного покрытия в интервале длин волн [400ч600] нм. Для анализа была выбрана следующая структура: на стекле марки К8 (n = 1,52) следует сформировать оба слоя - слой SiO2 с показателем преломления 1,45 граничит с воздухом и слой ZrO2 (n = 1,97) находится на стекле. Конечная оптическая толщина слоев должна сооветствовать лo/4, где лo = 480 нм.

По мере роста оптической толщины слоя от нуля до л0/4 коэффициент отражения либо увеличивается до максимального значения (если показатель преломления слоя больше показателя преломления подложки), либо уменьшается до минимального значения (если показатель преломления слоя меньше показателя преломления подложки). В широком спектральном диапазоне длин волн мы можем регистрировать экстремумы коэффициента отражения с повышенной точностью, по сравнению с регистрацией на одной или в двух длинах волн.

С помощью матричного метода была определена зависимость коэффициента отражения:

а

б

Рис. 1. Контурная карта эволюции зависимости энергетического коэффициента отражения от оптической толщины слоя ZrO2 и длины волны. no = 1; nm = 1,52

Без учета дисперсии а/ и с её учетом б/

Если не учитывать дисперсию то показатели преломления слоев постоянны: для слоя ZrO2 n2 = 1,97; для слоя SiO2 n1 = 1,45. С учетом дисперсии слоев n = f(). В диапазоне длин волн [400ч600] нм можно применять аппроксимированые формулы:

n2() = 1,97 + 10-2. (

n1() = 1,45 + 10-2. (

Изменение коэффициента отражения за счет дисперсии второго слоя:

Изменение коэффициента отражения за счет дисперсии первого слоя:

где

;

; ;

где Ф1 = Ф2 =

а

б

Рис. 2. Изменение коэффициента отражения за счет дисперсии: а/ в процессе осаждения слоя ZrO2 и б/ слоя SiO2

Погрешность регистрации коэффициента отражения в процессе осаждения слоя ZrO2 сотавляет ДR = 0,5%; в процессе осаждения слоя SiO2 погрешность ДR = 0,7%.

Вторая часть работы посвящена - Зависимость R (nd, л) известна (измерять на практике), нужно определить оптические постоянные слоев. В этой части работы был рассмотрен процесс формирования слоя ZrO2 c оптической толщины nd = лo/4 на подложку из стекла К8 (nm = 1,52). Для показания более заметного влияния дисперсии контролировались оптические параметры слоя в широком спектральном диапазоне л = [400ч1050] нм, ло = 580 нм.

Рис. 3. Зависимость коэффициента отражения от длины волны для разных оптических толщин (ло/4, 3лo/4, 5лo/4).

При оптической толщине слоя nd = лo/4 коэффициент отражения достигается максимального значения R = Rmax. На практике с помощью спектрофотометров мы можем измерить Rmax с некоторой погрешностью, в этой работе Rmax = 0,19. Через связь Rmax = f(n) можно найти показатель преломления слоя: при ло = 580 нм: no = 1; nm = 1,52; Rmax = 0,19 получилось n = 1,97

Значение погрешности контроля n можно определить по дифференциальному методу:

где R - изменение коэффициента отражения из-за дисперсии. Фиксируя конкретное значение оптической толщины слоя, мы получаем кривую зависимость R(л). На этой зависимости легко получить значение R. В этой работе R = 0,01 и n = 0,03.

Рис. 4. Смещение кривой R(л) из-за дисперсии при оптической толщине nd = лo/4. R, R0 - коэффициент отражения в случаях: с учетом дисперсии и без её учета

оптический интерференционный контроль

Анализировав смещение кривой R(л) при оптической толщине nd = лo/4 мы сможем также найти сдвиг центральной длины волны из-за дисперсии показателя преломления слоя. Теперь можно найти погрешность контроля оптической толщины nd через связь nd = /4. В этой работе = 14,8 нм и nd = 2,5%.

Список литературы

1. Окатов М.А., Справочник технолога-оптика. - СПБ.: Политехника, 2004. - 679 с.

2. Путилин Э.С., Оптические покрытия. Учебное пособие. - СПб: СПбГУИТМО, 2010 - 227 с.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены