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 |
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
Устройство и параметры оптических квантовых генераторов. Устойчивые и неустойчивые резонаторы. Основные типы лазеров, способы накачки. Зеркала оптического резонатора. Определение потерь и оптимального коэффициента пропускания выходного зеркала.
дипломная работа [2,8 M], добавлен 09.10.2013Изучение теорий каустик, оптических свойств кривых и поверхностей на примере моделирования оптических систем в СКM Maple. Понятие каустики в рамках геометрической оптики, ее образования. Построение модели каустики, написание программных процедур.
дипломная работа [1,6 M], добавлен 16.06.2017Оптико-механические приборы. Крепления оптических деталей. Особенности сборки оптических деталей с механическими. Устройство для юстировки сетки. Сборка и юстировка окуляров. Проверка диоптрийной установки. Схема проверки натяжения. Диоптрийная трубка.
реферат [2,7 M], добавлен 25.11.2008Состав элегазового электротехнического оборудования, задачи контроля его параметров. Канал контроля влажности элегаза. Мониторинг подстанционного оборудования. Диапазон величин контролируемых параметров. Конструкции системы диагностики и контроля КРУЭ.
курсовая работа [33,9 K], добавлен 01.02.2012Понятие об оптическом волокне. Прохождение светового излучения через границу раздела сред, а также в оптических волокнах, определение окон прозрачности. Стабильность мощности лазерного излучения. Принципы измерения мощности на разных длинах волн.
курсовая работа [832,5 K], добавлен 07.01.2014Выбор измерительного прибора для допускового контроля параметров. Определение доверительных границ неисключенной доверительной погрешности результата измерения. Назначение и принцип действия цифровых универсальных вольтметров и их составных частей.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 14.04.2019История и эволюции изготовления оптических деталей, его современное состояние. Характеристика простейших оптических деталей в виде линз. Место российских мастеров в развитии оптики и производства стекла. Исследования по обработке оптического стекла.
реферат [18,0 K], добавлен 09.12.2010Мостовой и косвенный методы для измерения сопротивления постоянного тока. Резонансный, мостовой и косвенный методы для измерения параметров катушки индуктивности. Решение задачи по измерению параметров конденсатора с использованием однородного моста.
контрольная работа [156,9 K], добавлен 04.10.2013Химическая природа пигментов и оптических свойствах краски. Влияние дисперсности па оптические свойства пигментов. Спектрофотометрические кривые. Диспергирование в масляной среде, а также взаимосвязь оптических и структурных свойств красочного слоя.
дипломная работа [503,1 K], добавлен 14.05.2014Общая характеристика методов, применяемых для измерения параметров капилляров фильер: голографической интерферометрии, Фурье-оптики, микроскопический. Сравнительный анализ рассмотренных методов, определение их основных преимуществ и недостатков.
контрольная работа [450,0 K], добавлен 20.05.2013Тонкопленочные слои; назначение тонких пленок, методы их нанесения. Устройство вакуумного оборудования для получения тонких пленок. Основные стадии осаждения пленок и механизмы их роста. Контроль параметров технологических процессов и осажденных слоев.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 11.09.2014Сущность хроматических, волновых и лучевых аберраций, их функции. Характеристика первичных аберраций Зайделя. Особенности сферической аберрации, астигматизма и кривизны поля, дисторсии. Искажения, погрешности изображения оптических систем, их устранение.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 03.05.2011Методы получения монокристаллов. Структурные характеристики материала. Эпитаксиальные методы выращивания слоев GaAs. Особенности процесса молекулярно-лучевой эпитаксии. Строение, физические свойства пленок арсенида галлия и его основное применение.
презентация [2,8 M], добавлен 26.10.2014Современное состояние элементной базы полупроводниковых оптических преобразователей. Воздействие электромагнитного излучения видимого и инфракрасного диапазонов на параметры токовых колебаний в мезапланарных структурах на основе высокоомного GaAs n-типа.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 18.07.2014Космическая радиация и эксплуатация солнечных батарей на спутниках. Деградация оптических параметров и радиационная деградация вследствие корпускулярной радиации. Пространственное распределение протонов и электронов при выборе антирадиационной защиты.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 17.03.2010Оптический диапазон спектра. Теоретические основы оптических методов НК. Световые колебания. Классификация оптических методов НК. Дискретный спектр излучения газов и жидкостей. Непрерывный спектр собственного излучения твёрдых тел с разной температурой.
реферат [355,1 K], добавлен 15.01.2009Вычисление геометрических отражений как способ контроля правильности выбора формы помещения и очертаний его внутренних поверхностей. Определение дополнительных акустических параметров зала. Частотный анализ звукового поля. Расчет времени реверберации.
контрольная работа [2,1 M], добавлен 12.09.2014Основные законы оптических явлений. Законы прямолинейного распространения, отражения и преломления света, независимости световых пучков. Физические принципы применения лазеров. Физические явления и принципы квантового генератора когерентного света.
презентация [125,6 K], добавлен 18.04.2014Перспективы методов контроля оптической толщины покрытий различного функционального назначения. Контроль толщины оптических покрытий на основе тугоплавких оксидов формируемых методом электронно-лучевого синтеза. Расчёт интерференционных покрытий.
дипломная работа [2,7 M], добавлен 18.03.2015Создание обзора по методам изготовления планарных интегрально-оптических волноводов в подложках. Кристаллохимическое описание стекол. Методы получения планарных волноводов методами диффузии. Параметры диффузантов используемых при изготовлении волноводов.
курсовая работа [711,5 K], добавлен 20.11.2012