Влияние показателя преломления слоёв, формирующих пятислойное четвертьволновое просветляющее покрытие на положение минимумов энергетического коэффициента отражения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Влияние показателя преломления слоёв, формирующих пятислойное четвертьволновое просветляющее покрытие на положение минимумов энергетического коэффициента отражения

Тан Тай До

Л.А. Губанова

НИУ ИТМО, Санкт-Петербург

Рассмотрено влияние показателей преломления слоев, формирующих пятислойное четвертьволновое просветляющее покрытие, на его спектральные характеристики. В работе определена связь между показателями преломления слоев, формирующих просветляющее покрытие, на расстояние между минимумами отражения. Показано, что покрытие данного типа имеет несколько минимумов отражения и может работать в нескольких спектральных диапазонах.

Анализ работы современных оптических приборов показывает, что часто для эффективного использования некоторых оптических элементов необходимо, чтобы они обладали максимальным пропусканием на разных длинах волн, в разных областях спектра или при различных условиях работы. Оптические просветляющие покрытия используются в оптических и оптико-электронных устройствах для уменьшения коэффициента отражения на границе раздела двух сред с различными показателями преломления. В зависимости от назначения оптической системы требования к просветляющим покрытиям различаются. Так, для лазерных систем требуются покрытия, имеющее нулевое отражение в одной или нескольких длинах волн [1], для наблюдательных систем покрытия, имеющее минимальное отражение, часто, близкое к нулю в нескольких спектральных диапазонах [2-4].

Целью данной работы является анализ зависимости спектральных характеристик пятислойного четвертьволнового просветляющего покрытия от показателя преломления слоев, формирующих покрытие, что позволяет судить о влиянии показателя преломления материалов в составе покрытия на расположение его минимумы отражения и расстояние между этими минимумами.

В работе была рассмотрена пятислойная диэлектрическая система, слои которой характеризуются показателями преломления (n1, n2, n3, n4, n5) и оптическими толщинами (n1d1, n2d2, n3d3, n4d4, n5d5). Световое излучение с длиной волны ? падает из среды с показателем преломления n0, а диэлектрическая система сформирована на подложке с показателем преломления nm.

Условием просветления такой интерференционной системы, согласно [5], является следующее соотношение:

преломление слой покрытие спектральный

(1)

Анализ этого соотношения показал, что для некоторого набора показателей преломления n1, n2, n3, n4, n5, спектральная кривая энергетического коэффициента отражения может иметь пять минимумов отражения. Один из этих минимумов отражения будет находиться на длине волны, равной ?0, определяемой из условия cos?=0, где ?=0,5??0?-1, а ?0 - длина волны, соответствующая, например, середине спектрального интервала.

Обозначим крайний длинноволновый минимум - ?1, крайний коротковолновый минимум - ?2, минимум между ?0 и ?1 обозначим через ?3, между ?0 и ?2 обозначим через ?4. Длины волны ?1, ?2, ?3, ?4 являются решениями биквадратного уравнения:

Atg4? - Btg2? - C = 0 (2)

где

(3)

?1, ?2, ?3, ?4 определяются:

(4)

На рис.1 изображена спектральная характеристика энергетического коэффициента отражения пятислойного просветляющего покрытия, формирующего на подложке с показателем преломления nm=4. Показатели преломления слоёвn1=1,35, n2=1,75, показатели преломления остальных слоёв выбраны с учётом связи между показателями преломления слоёв, определяемой выражением (1).

Рис.1. Спектральная характеристика энергетического коэффициента отражения пятислойного четвертьволнового просветляющего покрытия с расположением минимумов. Покрытие сформировано на подложке с показателем преломления nm=4. Показатель преломления слоёв n1=1,35, n2=1,75

Расстояния между минимумами энергетического коэффициента отражения соответственно: L34(?4;?3), L01(?0;?1), L02(?0;?2), L12(?1;?2) и могут быть определены следующими образом:

(6)

На рис.2. представлена зависимость значения L34 от значений показателей преломления n1 и n2. Как видно из этого рисунка, значение величины L34 уменьшается с ростом показателя преломления второго слоя n2 при постоянном значения показателе первого слоя n1.

Рис.2. Зависимость значения величины L34 пятислойного просветляющего четвертьволнового покрытия от значений показателя преломления n1 и n2. Покрытие сформировано на подложке из германия (nm=4)

Рис.3. Изменение спектральной характеристики пятислойного просветляющего покрытия для различных n1 и n2:1- n1=1,35, n2=1,75, 2- n1=1,45, n2=1,9, 3- n1=1,9, n2=2,5. ?0=3 мкм. Значение L34 остаётся постоянным во всех случаях. Покрытие сформировано на подложке из германия (nm=4)

При постоянном значения показателе второго слоя n2, значения L34 расчет с увеличением показателя преломления первого слоя n1.

На рис.2.б показаны линии, соответствующие постоянным значениям величины L34, для различныхn1 и n2 . При увеличении показателя преломления n1 и n2, максимумы отражения увеличиваются, область минимального отражения уменьшается. Кроме того, длинноволновый минимум отражения смещается в длинноволновую область спектра, как показано на рис.3.

Значения величин L01, L02, L12 увеличиваются по мере увеличения показателей преломления n1 и n2 (в обоих случаях: при постоянном n1, а n2 изменится и при постоянном n2, а n1 изменится) как показаны на рис. 4, 5, 6, соответственно.

Рис.4. Зависимость значения L01пятислойного просветляющего покрытия от значений показателя преломления n1 и n2. Покрытие сформировано на подложке из германия (nm=4)

Рис.5. Зависимость значения L02пятислойного просветляющего покрытия от значений показателя преломления n1 и n2. Покрытие сформировано на подложке из германия (nm=4)

Рис.6. Зависимость значения L12пятислойного просветляющего покрытия от значений показателя преломления n1 и n2. Покрытие сформировано на подложке из германия (nm=4)

Таким образом, в работе установлено влияние отношения показателем преломления слоев, формирующих пятислойное четвертьволновое просветляющее покрытие, на характер спектральных характеристик его энергетического коэффициента отражения и на расстояние между минимумами отражения просветляющего покрытия данного типа. Изменение отношения показателем преломления слоев позволяет регулировать положение минимумов энергетического коэффициента отражения и расстояние между ними.

Список литературы

1. КоксДж.Т., Хасс Г. Просветляющие покрытия для видимой и инфракрасной областей спектра // Физика тонких пленок / Под ред. Хасса Г. Т. 2. М.: Мир, 1967. С. 83?253.

2. Гайнутдинов И.С., Шувалов Н.Ю., Сабиров Р.С., Иванов В.А., Гареев Р.Р. Просветляющие покрытия на подложках из германия и кремния в окнах прозрачности ИК области спектра 3-5 мкм и 8-12 мкм // Оптический журнал. 2009. Т. 76. № 5. С. 68-72.

3. Amotchkina T. V., Trubetskov M.K., Pervak V., Tikhonravov A.V. Design, production, and reverse engineering of two-octave antireflection coatings // Appl. Opt. 2011. V. 50. № 35. P. 6468-6475.

4. Rahmlow T.D., Lazo-Wasem J.E., Wilkinson S., Tinker F. Dual band antireflection coatings for the infrared // Proc. SPIE. 2008. V. 6940. 69400T-1-8.

5. Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых, выпуск 2. - СПБ: НИУ ИТМО, 2014, С. 12-13.

Размещено на Allbest.ru