Пятислойные четвертьволновые просветляющие покрытия для видимой и ближней инфракрасной областей спектра

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пятислойные четвертьволновые просветляющие покрытия для видимой и ближней инфракрасной областей спектра

Увеличение спектрального диапазона, в котором интегральный коэффициент отражения минимален, является актуальной задачей. В настоящее время существует множество методов синтеза просветляющих покрытий, которые основаны на минимизации целевой функции [1-3]. Эти методы позволяют находить конструкции интерференционных покрытий с минимальным энергетическим коэффициентом отражением в широком диапазоне. Однако, данные методы обладают некоторыми недостатками, которые заключается в том, что в результате такого поиска создаются конструкции, в состав которых входит большое количество слоёв (до 100), причём некоторые из них имею толщину, не превышающую единицы нанометров. Последнее вызывает трудности в процессе изготовления интерференционных покрытий.

В работе рассмотрена конструкция покрытия состоящего из пяти слоёв равной оптической толщины. Каждый слой, входящий в покрытие, характеризуется показателями преломления (n₁, n₂, n₃, n₄, n₅) и оптическими толщинами (n₁d₁, n₂d₂, n₃d₃, n₄d₄, n₅d₅). Световое излучение с длиной волны л падает из среды с показателем преломления n₀, а покрытие сформировано на подложке с показателем преломления n_m.

Условием просветления такой системы, если ц₁=ц₂=ц₃=ц₄=ц₅=0,25л₀, согласно [4] является следующее соотношение:

(1)

Из выражения (1) следует, что для различных значений n_m и n₀, при условии фиксации показателя преломления одного слоя, четыре показателя преломления остаются неизвестными. С целью получения минимального отражения в заданном спектральном диапазоне, была создана программа для ПК, которая позволила, выбирая материалы слоёв регулировать спектральную область, в которой наблюдается эффект просветления.

Среднее значение энергетического коэффициента отражения в диапазоне длин волн (л₁,л₂) определяется следующим выражением:

(2)

Алгоритм программы заключается в следующем:

- Четыре переменных, определяющих значения показателей преломления слоев из пяти (n₁, n₂, n₃, n₄, n₅), которые формируют покрытие и связаны между собой выражением (1), принимают произвольные значения от 1,45 до 2,2. Оставшееся значение показателя преломления может быть определено выражением (1),

- Далее следует рассчитывать значение интегрального энергетического коэффициента отражения покрытия, которое определяется формулой (2),

- Цикл повторяется пока не получено значение наименьшего интегрального энергетического коэффициента отражения.

Схема данного алгоритма для поиска конструкции просветляющих покрытий приведена на рис.1.

В результате поиска были найдены конструкции просветляющих покрытий, обеспечивающие минимальное значение энергетического коэффициента отражения в видимой и ближней инфракрасной областях спектра.

Просветляющее четвертьволновое покрытие для подложки из оптического стекла марки К8, может быть сформировано на основе диоксидов гафния, кремния и оксида магния.

Рис.1. Блок-схемы программы поиска конструкции просветляющих покрытий

Показатели преломления этих пленкообразующих материалов приведены ниже:

n₁=1,45 (SiO₂), n₂=2,2 (HfO₂), n₃=2,2 (HfO₂), n₄=1,71 (MgO), n₅=1,45 (SiO₂).

Спектральная характеристика энергетического коэффициента данного просветляющего четвертьволнового покрытия представлена на рис.2. Как видно из этого рисунка относительная ширина спектрального диапазона (л_дл / л_кор , где л_дл, л_кор - длины волн, на которых энергетический коэффициент отражения равен 1% ), в котором энергетический коэффициент отражения не превышает 1% равна 2, а ширина диапазона, в котором интегральный коэффициент отражения меньше 1%, соответственно 2,22.

Рис.2. Спектральная характеристика энергетического коэффициента отражения пятислойного четвертьволнового просветляющего покрытия на подложке из стекла марки К8 с показателем преломления n_m=1,52. Показатель преломления слоев: n₁=1,35, n₂=2,2, n₃=2,2, n₄=1,71, n₅=1,45, л₀=0,6 мкм, Rm-коэффициент отражения непокрытой подложки без учета поглощения

На оптическом стекле марки ТФ5 просветляющие покрытия может быть сформировано из материалов (n₁=1,45 (SiO₂), n₂=2,2 (HfO₂), n₃=2,2 (HfO₂), n₄=1,71 (MgO), n₅=1,56 (Al₂O₃)). Спектральная характеристика энергетического коэффициента разработанного просветляющего четвертьволнового покрытия представлена на рис.3. Анализ представленной на этом рисунке кривой показывает, что относительная ширина спектрального диапазона, в котором энергетический коэффициент отражения не превышает 1% составляет величину 1,92, а ширина диапазона, в котором интегральный коэффициент отражения меньше 1%, соответственно 2,2.

Разработанные конструкции просветляющих покрытий обеспечивают снижение энергетического коэффициента отражения в широком спектральном диапазоне (2,4 < л_дл / л_кор < 2,8) где л_кор, л_дл коротковолновая и длинноволновая границы четвертьволновых просветляющих покрытий для различных марок оптических стекол, показатели преломления которых лежат в интервале 1,52 - 1,75.

Рис.3. Спектральная характеристика энергетического коэффициента отражения пятислойного четвертьволнового просветляющего покрытия на подложке из стекла марки ТФ5 с показателем преломления n_m=1,75. Показатель преломления слоев: n₁=1,35, n₂=2,2, n₃=2,2, n₄=1,71, n₅=1,56, л₀=0,6 мкм, Rm-коэффициент отражения непокрытой подложки без учета поглощения

В работе представлены спектральные характеристики интерференционных просветляющих покрытий для оптических элементов, изготовленных из оптического стекла марок К8 и ТФ5, обеспечивающие минимальный интегральный коэффициент отражения в диапазоне длин волн 400 - 1000 нм.

Список литературы

диэлектрический интерференционный просветляющий покрытие

1. Alexander V. Tikhonravov, Michael K. Trubetskov,Tatiana V. Amotchkina, J. A. Dobrowolski. Estimation of the average residual reflectance of broadband antireflection coatings //Applied Optics . 2008. Vol. 47. No 13. P. C124-C130.

2. Tatiana V. Amotchkina, Michael K. Trubetskov, Vladimir Pervak,Alexander V. Tikhonravov. Design, production, and reverse engineering of two-octave antireflection coatings // Applied Optics. 2011. Vol. 50. No.35. P. 6468-6475.

3. Котликов Е.Н., Шалин В.Б., Тропин А.Н. Синтез оптических покрытий с применением генетических алгоритмов // Научно-технический вестник ИТМО. 2011. С. 1-5.

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

Размещено на Allbest.ru