Введение
В настоящее время лазерные приборы заняли прочное место среди другой оптической и электронной аппаратуры. Использование в качестве источников электромагнитных колебаний оптического диапазона лазеров потребовало разработки и изготовления высококачественных лазерных зеркал. В качестве высокоотражающих лазерных зеркал чаще всего сегодня используются многослойные диэлектрические покрытия, нанесенные на подложку из оптического материала с малым коэффициентом теплового расширения, например, из кварца или ситалла.
Для получения заданных параметров зеркал, их коэффициентов пропускания и отражения, требуемых свойств по фазовой анизотропии необходимо проводить математическое моделирование и точный расчет напыляемого многослойного диэлектрического покрытия.
Слоистые оптические покрытий
Среда, свойства которой постоянны на каждой плоскости, перпендикулярной к фиксированному направлению, называется слоистой средой. Теория слоистых сред приобретает важное значение в оптике в связи с многослойными системами, т.е. с системами тонких плоскопараллельных пленок. Такие пленки можно изготовлять методом напыления в высоком вакууме, а их толщину можно контролировать с очень большой точностью. Они находят множество полезных приложений. Например, их можно применять в качестве просветляющих пленок, т.е. в качестве покрытий, которые уменьшают отражение от данной поверхности. Вместе с тем тонкие пленки при соответствующих условиях будут увеличивать отражение. Многослойные системы употребляются также в качестве поляризаторов. [1]
Просветляющие покрытия. Задача просветляющих покрытий - увеличение спектрального диапазона и уменьшение остаточного отражения. Решение её при создании покрытий, работающих в широком спектральном диапазоне, включающем ультрафиолетовую, видимую и ближнюю инфракрасную часть спектра, осложняется тем, что оно существенно зависит от показателя преломления просветляемого материала. [2] Показатель преломления просветляемых материалов лежит в интервале от 1.35 до 2.20. Кроме того, набор стабильных, химически устойчивых, стойких к воздействию внешней атмосферы плёнкообразующих материалов невелик. Наибольшие сложности возникают при создании антиотражающих покрытий на материалах с малым показателем преломления. Однако при использовании современных методов синтеза удаётся создавать конструкции, обеспечивающие заданные требования. Такие конструкции содержат слои, толщина которых не превышает нескольких нанометров, что вызывает значительные технологические сложности при их реализации, связанные как с контролем толщины слоёв в процессе их изготовления, так и со стабильностью параметров плёнок во времени. Это требует создания новых методов контроля толщины слоёв в процессе осаждения и исследование изменения свойств этих слоёв в процессе эксплуатации. [2]
Свето- и спектроделительные покрытия. Для спектроделительных покрытий, используемых в оптоэлектронике и оптической связи, основная проблема заключается в уменьшении спектрального диапазона зоны, в которой коэффициент отражения или пропускания меняется быстро (крутизна спектральной характеристики, определяемая как dT/dλ или dR/dλ, должна иметь максимальное значение в этом диапазоне). [2] Зоны прозрачности, подавления и контрастность, определяемая как отношение максимального и минимального пропускания, должны иметь фиксированное значение, которое определяется техническим заданием. Основная сложность, возникающая при конструировании таких покрытий, заключается в обеспечении максимального значения dT/dλ (dR/dλ). Классический путь её преодоления - использование систем, состоящих из большого числа четвертьволновых слоёв с малой разницей в показателях преломления плёнкообразующих материалов. [2]
Зеркальные покрытия. Создание систем с максимальным коэффициентом отражения, как на кратных, так и некратных целому числу длинах волн, расширение спектрального диапазона, захватывающего области спектра от ультрафиолетовой до ближней инфракрасной. Увеличение коэффициента отражения до величины, максимально приближенной к ста процентам, значительно увеличивает общую толщину диэлектрической системы. [2] Это увеличение общей толщины приводит к тому, что система начинает разрушаться под действием механических напряжений, возникающих в слоях. Возможным выходом из этой ситуации является подбор пар слоёв взаимно компенсирующих как собственные, так и термические напряжения.
Поляризующие покрытия. В ряде современных приборов используется излучение как когерентных, так и некогерентных источников с определённым состоянием поляризации, что выдвигает дополнительные требования к поляризации отражённого и прошедшего потоков. Если для лазерных источников расходимость излучения мала, то для ряда других источников расходимость может достигать величины нескольких десятков градусов. Для этих источников не только велика расходимость, но и достаточно велик спектральный диапазон излучения. Это существенно ужесточает требования к конструкции многослойных систем, отражающих или пропускающих излучение с произвольным, наперёд заданным состоянием поляризации, расходимости и спектральным диапазоном. Воспроизводимость спектральных характеристик таких покрытий определяется точностью контроля и стабильностью режимов осаждения. [2]
Основная сложность, которая возникает при изготовлении перечисленных выше покрытий, заключается в нестабильности показателей преломления слоёв, входящих в состав диэлектрических и металлодиэлектрических систем, а также в недостаточной точности контроля толщины слоёв в процессе осаждения.