физика/оптика

Скубо В.В., студент кафедры ФЭ

Научный руководитель: Чистоедова И.А., к.т.н., доцент

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, Россия

ПРОСВЕТЛЯЮЩИЕ ПОКРЫТИЯ В ОПТОЭЛЕКТРОНИКЕ

В данной статье представлены исследования оптических характеристик просветляющих покрытий SiO₂; Al₂O₃; Ta₂O₅; TiO_2.

В настоящее время для оптических приборов, работающих в видимой и инфракрасной области спектра, используются просветляющие покрытия. Необходимость в просветляющих покрытиях стимулировала появление большого количества теоретических и экспериментальных работ в этой области [1].

Просветление поверхностей элементов оптических систем используется по двум причинам. Во - первых, если оптическая система состоит из элементов с высокими показатели преломления или если количество элементов велико, потери света из-за отражений могут стать недопустимо большими. Во – вторых, в плоскость изображения попадает свет, претерпевший многократные отражения от поверхностей элементов, что приводит к уменьшению контраста и четкости изображения.

Просветляющие плёнки уменьшают светорассеяние и отражение падающего света от поверхности оптического элемента, соответственно улучшая светопропускание системы и контраст оптического изображения. Тончайшие пленки загрязнений (жир, масло) на поверхности просветляющего покрытия нарушают его работу и резко увеличивают отражение света от загрязненной поверхности. По методике нанесения и составу просветляющего покрытия просветление бывает физическим (напыление) и химическим (травление).

С целью получения максимального эффекта просветления были проведены расчеты коэффициента отражения для различных покрытий на подложке из стекла.

Для получения максимального эффекта просветления для однослойных покрытий должно выполняться следующее условие:

(1)

где n_s – показатель преломления материала кристалла, n₁ – показатель преломления пленки, нанесенной на поверхность кристалла, n₀ – показатель преломления окружающей среды (n₀=1). Одновременно должно выполняться условие, что оптическая толщина просветляющего покрытия nd должна быть равна четверти длины волны излучаемой кристаллом, то есть n₁d = λ/4, где λ = 455 нм.

Был проведен расчёт коэффициентов отражения для однослойных покрытий для подложки из стекла. На основе расчётов был построен спектр отражения, представленные на рис.1.

При расчете коэффициента отражения для подложки из стекла (n = 1,51) в качестве просветляющих покрытий были выбраны следующие слои: SiO₂, TiO₂, Ta₂O₅ и Al₂O₃.

Из рис. 1 видно, что для стекла (n=1,51) наилучший эффект просветления наблюдается при нанесении просветляющего покрытия из SiO₂ (n=1,41; d=80 нм), у которого коэффициент отражения получился наименьшим R=1,925 %.

Рис. 1 – Спектр отражения для подложки из стекла (n = 1,51) с однослойными просветляющими покрытиями: 1 - SiO₂; 2 - Al₂O₃; 3 - Ta₂O₅; 4 - TiO₂.

Исследование спектральных характеристик на пропускание [2] подложки из стекла с покрытием из SiO₂ толщиной d = 80 нм и без покрытия проводилось с помощью электронно-оптического спектрометра USB – 2000.

На рис. 2 приведен график зависимости коэффициента пропускания от длины волны для стекла с покрытием SiO₂ с d = 80 нм, на длине волны 455 нм коэффициент пропускания Т = 86,623 %.

Рис. 2 – График зависимости коэффициента пропускания от длины волны для стекла с покрытием SiO₂.

Коэффициент пропускания чистого (без покрытий) стекла равен 60% при λ = 455 нм. При нанесении пленки SiO₂ на подложку из стекла коэффициент пропускания увеличился на 43 %.

Таким образом, при нанесении SiO₂ наблюдается эффект просветления, то есть SiO₂ является просветляющим покрытием для стекла.

Анализ расчетных и экспериментальных результатов показывает целесообразность использования в качестве однослойного просветляющего покрытия на стекле слоя SiO₂.

Литература:

1. Хасс Г., Гун Р.Э. Физика тонких плёнок: Современное состояние исследований и технические применения. – Москва. «Мир», 1967. – 392с.

2. Смирнов С.В. Методы исследования материалов и структур электроники. — Томск: Томск, 2007. — 171с.