Методы нанесения просветляющих покрытий.





ОПТИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

НАНЕСЕНИЕ ПРОСВЕТЛЯЮЩИХ ПОКРЫТИЙ НА ОПТИЧЕСКУЮ ДЕТАЛЬ

Специальность 200204

ОПТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ

 

 

Москва, 2011 г.

 

 

Цель лабораторной работы:изучение процесса нанесения
просветляющих покрытий на оптические детали.

В процессе выполнения лабораторной работы студенты должны
ознакомиться с методами нанесения просветляющих покрытий на
оптические детали, пленкообразующими материалами и их свойствами,
изучить технологический процесс нанесения двухслойного
просветляющего покрытия.

1. Основные положения.
Введение.

Оптические покрытия подразделяются на

- зеркальные;

- светоделительные;
- просветляющие;
- фильтрующие;
- защитные;

- токопроводящие;

- поляризующие;

Просветляющие покрытия используются для уменьшения
коэффициента отражения (р) в оптической детали для фиксированной
длины волны. Они состоят из тонких пленок различных материалов
определенной толщины.

Тонкослойные просветляющие покрытия характеризуются:

• оптическими свойствами;

• химической устойчивостью;

• влагостойкостью;

• термостойкостью;

• механической прочностью.

Ниже будет описана методика нанесения просветляющих
покрытий.

Теоретические сведения.

Основными параметрами конструкции оптических просветляющих
покрытий являются:

• оптические толщины слоев nh;

• показатели преломления слоев nm, nm-1 и т.д.;

• число слоев m.

 

 

Основными параметрами эффективности просветляющих
покрытий являются:

• интегральный коэффициент отражения

коэффициент отражения для

• спектральный коэффициент отражения

• ширина зоны просветления

которых составляет 0,5% или 1%;

рабочая длина волны

 

Просветляющие покрытия делают одно-, двух-, трехслойные и многослойные. Слои покрытия имеют толщины, кратные

 

Коэффициент отражения р рассчитывается по формуле:

где n1 и n2 - показатели преломления двух различных оптических сред.

Простейшее просветляющее покрытие - это однослойная пленка с
показателем преломления n2 (рис.1):

n1 < n2 < n3.

где n1 - показатель преломления воздуха;

п3 - показатель преломления подложки.

При нормальном падении света амплитуды отраженных пучков
равны по величина при следующих условиях:

 

 

, если среда n1 = 1,0 - воздух, то:


 

Оптическая разность хода двух волн, отраженных от границ
раздела воздух - пленка и пленка - стекло при нормальном падении света:

так как отраженная волна проходит дважды оптическую пленку.
Интерферируют волны в противофазе при условии, если:


При увеличении угла падения света увеличивается эффект
поляризации, возрастает эффект отражения от поверхности оптической
детали и минимум отражения смещается в коротковолновую область
спектра.

Двухслойные просветляющие покрытия применяются для снижения коэффициента отражения для либо для расширения
спектральной области минимального отражения. Различают три типа
конструкции таких покрытий:

Трехслойные просветляющие покрытия применяются для
равномерного уменьшения коэффициента отражения в широкой области
спектра (ахроматические покрытия). Три типа конструкций:

 

 

Многослойные покрытия включают двух- и трехслойные
покрытия как базовые. Эти покрытия позволяют получать
коэффициенты отражения, близкие к нулю, обеспечивать световую
насыщенность изображения при съемках под различными углами,
снизить до 0 блики при сложных условиях кинофотосъемки. 2 типа:

Методы нанесения просветляющих покрытий.

Существует ряд методов нанесения оптического покрытия на
деталь. К наиболее распространенным и часто используемым относятся
такие методы: 1- термическое и электронно-лучевое испарение в
вакууме, 2- катодное распыление в вакууме.

Сущность первого метода заключается в конденсировании на
поверхности подложки молекулярного потока плёнкообразующего
вещества, нагреваемого в испарителе. Испаритель и подложку помещают
в камеру с пониженным давлением. Для нагрева пленкообразующего
материала используется резистивный нагрев (сопротивление) или
мощность пучка электронной пушки (рис.2).

Второй метод основан на физическом явлении, заключающемся в
том, что в ионизированном газе под действием ударов положительных
ионов происходит разрушение материала катода-мишени. При
определенных физико-химических условиях становится возможным
перенос материала с поверхности мишени и конденсация распыленного
материала на поверхности оптической детали. Надо отметить, что
распыляемый материал осаждается на поверхности в виде тонкого и
равномерного слоя (рис.3).

 

 

1 - рабочая камера; 2 - испаритель из тугоплавкого металла(W, Та,
Мо); 3 - пленкообразующий материал; 4 - оптическая деталь с
наносимой пленкой; 5 - нагреватель; 6 - пары испаряемого
пленкообразующего материала.

 

Рис.2. Схема рабочей камеры установки получения покрытий путем

термического испарения.

Каждый из конденсационных методов имеет свои достоинства
и недостатки. Метод термического испарения более универсален, чем
метод катодного распыления, им можно наносить покрытия практически
из любого элемента и соединения.

К преимуществам катодного распыления относятся:

• легкость нанесения покрытий из тугоплавких металлов, сплавов
металлов с различным давлением паров, а также возможность
нанесения полупроводниковых и диэлектрических покрытий сложного
химического состава путем реактивного распыления;

• получение плотных покрытий с высокой адгезией к подложке;

• легкость получения равнотолщинных покрытий на плоских
поверхностях большой площади.

 

1 - рабочая камера; 2 - катод-мишень; 3 - подложкодержатель; 4-оптическая деталь с наносимой пленкой; 5 - система напуска аргона.

Рис.3. Устройство для катодного распыления в вакууме.

К недостаткам катодного распыления, относятся такие моменты:
во время процесса катодного распыления возникает нагрев подложки из-
за интенсивного осаждения ионов пленкообразующего материала на её
поверхности, малая скорость нанесения покрытия -0,1 мкм/ч.

В условиях тлеющего разряда операции измерения и управления
затруднены, толщина покрытия обычно контролируется по мощности
разряда и длительности распыления, что во многих случаях приводит к
ошибкам, так как мощность разряда не определяет однозначно
интенсивность молекулярного потока.

 

 

Термическое испарение в вакууме также имеет ряд
преимуществ перед катодным распылением.

Покрытия получаются значительно более чистыми. Имеются
возможности снижения содержания примесей в покрытиях путем
обезгаживания и нанесения покрытий в сверхвысоком вакууме. При
термическом испарении значительно проще осуществляется контроль
параметров процесса, управление им, получение воспроизводимых
результатов.

К недостаткам метода термического испарения следует отнести
необходимость нагрева детали для лучшей адгезии получаемой пленки.
И вследствие этого ограниченное применение термического способа
для нанесения пленок на полимерную оптику.

1.3 Пленкообразующие материалы, применяемые в различных
областях спектра.

Для получения совершенных просветляющих покрытий методом
испарения в вакууме большое значение имеет качество исходных
пленкообразующих материалов. Под качеством исходных материалов
понимаются их высокая чистота (отсутствие или минимальное
содержание примесей) и плотность (минимальное содержание газов).

Для ультрафиолетовой области спектра, начиная от 0.15 - 0.2 мкм
выбор материалов для просветляющих покрытий весьма ограничен
(табл. 1.1).

Таблица1.1

Материал LiF Na3AlF GaF2 MgF2 BaF2 Ho2O3
Коротковолно-вая граница прозрачности, мкм 0.11 0.2 0.15 0.21 0.22 0.25
ne 1.3-1.31 1.35 1.23 - 1.46 1.38 1.38 - 1.4 2.0

 

Продолжение таблицы 1.1.

Материал     Ег203     Lu2O3     Окись скандия   Nd203     Окись иттрия   Hf2O2    
Коротковолновая граница прозрачности, мкм   0.25     0.23     0.22     0.24     0.26     0.24    
ne     1.95     2.02     1.78- 1.96   1.77- 1.88   1.7- 1.86   0.87- 2.0  

В области >0,23 мкм для многослойных и просветляющих
покрытий в качестве материала с высоким показателем преломления (nв)
используется двуокись гафния, а материала с низким показателем
преломления (nн), двуокись кремния. Так же применяется окись скандия,
окись иттрия (nв), двуокись магния (nн).

Для области >0,35 мкм используются двуокись циркония (nв),
двуокись титана (nв) и другие оксиды и фториды.

Для видимой области спектра (0,4 -:- 0,73 мкм) используются как
перечисленные материалы, так и соединения металлов с серой.

Широкий выбор материалов по показателю преломления для
видимой области спектра составляет от 1,3 до 2,4.

В инфракрасной (ИК) области спектра используются те же
материалы, что и в ультрафиолетовой и в видимой областях, а так же
соединения металлов с селеном и теллуром.

Показатель преломления материалов для ИК области лежит в
диапазоне 1,3 -:- 5,3. По оптическим свойствам пригодно к
использованию в качестве пленкообразующих материалов не более 50
веществ.

Ограничение в применении материалов определяет их
совместимость - отсутствие химических реакций, радиоактивность,
сублимация - испарение материалов пленок в условиях их эксплуатации,
химическая устойчивость к воде, химическая устойчивость к активным
средам, механическая прочность.

 





Читайте также:
Основные признаки растений: В современном мире насчитывают более 550 тыс. видов растений. Они составляют около...
Производственно-технический отдел: его назначение и функции: Начальник ПТО осуществляет непосредственное...
Средневековье: основные этапы и закономерности развития: Эпоху Античности в Европе сменяет Средневековье. С чем связано...
Группы красителей для волос: В индустрии красоты колористами все красители для волос принято разделять на четыре группы...

Рекомендуемые страницы:


Поиск по сайту

©2015-2020 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-27 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту:

Обратная связь
0.021 с.