Поиск в базе сайта:
Удк 544. 032 Расчет коэффициента отражения в слоистых системах icon

Удк 544. 032 Расчет коэффициента отражения в слоистых системах




Скачать 76.01 Kb.
НазваниеУдк 544. 032 Расчет коэффициента отражения в слоистых системах
Дата конвертации24.08.2014
Вес76.01 Kb.
КатегорияТексты

УДК 544.032

РАСЧЕТ КОЭФфИЦИЕНТА ОТРАЖЕНИЯ В СЛОИСТЫХ СИСТЕМАХ


Валиулина А.Ф.

Кафедра неорганической химии

ГОУ ВПО «Кемеровский государственный университет»

epsur@kemsu.ru

Тонкие пленки находят широкое применение в оптике, например для просветления поверхностей оптических деталей, деления светового пучка на отраженный и проходящий с помощью полупрозрачных покрытий, для получения асферических поверхностей методом вакуумной асферизации, в интерференционных светофильтрах. Качество и эффективность действия тонких пленок зависят от их толщины, условий изготовления и от показателя преломления наносимого вещества [1]. Тонкие пленки могут быть изготовлены несколькими способами: катодным распылением, термической возгонкой, электролитическим и химическим осаждением и анодным окислением. При контроле пленок определяют геометрическую (h) или оптическую (d) толщину, причем d=hn, где n – показатель преломления вещества слоя.

При измерении толщины пленок используют различные методы: визуальные, механические, электрические, оптические (фотометрический, интерференционный и поляризационный) [1]. Выбор метода зависти от назначения слоя, его толщины, точности измерения и имеющегося в распоряжении оборудования. Наибольшее распространение для измерения толщины многослойных покрытий получил фотометрический метод с фотоэлектрической регистрацией. Особый интерес представляет метод непрерывного контроля толщины пленок в процессе их изготовления. С этой целью чаще всего применяют интерференционной метод, так как поляризационный метод требует сложного оборудования и перестройки измерительной системы. Фотометрический метод является наиболее простым для определения оптических характеристик прозрачных пленок, нанесенных на поверхность прозрачных подложек. В основе этого метода лежит измерение коэффициентов отражения ρ или пропускания τ, которые являются главными характеристиками пленок.

При определении толщин однослойных или двуслойных пленок, наносимых для просветления оптических деталей, измеряют спектральный коэффициент отражения ρλ для некоторых длин волн выбранного участка спектра или интегральный коэффициент отражения. Для интерференционных светофильтров и многослойных покрытий измеряют коэффициент пропускания, для светоделительных слоев – коэффициента отражения и пропускания [1].

Коэффициент отражения однослойного просветляющего покрытия оптической детали при нормальном падении света определяется выражением [1]

ρ=ρ213=(ρ212 + ρ223 + 2ρ12 ρ23cos(-Δ12 + Δ23 – (4πn2 h2)/ λ ) /

(1+ρ212ρ223 + 2ρ12 ρ23cos(Δ12 + Δ23 – (4πn2 h2)/λ),

где ρ12 и ρ23 - амплитуды отраженных пучков лучей; Δ12 и Δ23- скачки фаз на границах раздела воздух – слой и слой – подложка (стекло); n2 - показатель преломления вещества; h2 - геометрическая толщина пленки; n2h2 - ее оптическая толщина.

Амплитуды отраженных пучков лучей определяются выражениями:

ρ12 = │( n1 - n2)/( n1 + n2)│, ρ23 =│( n2 – n3)/( n2+ n3)│ ,

где n1 и n2 - показатели преломления соответственно воздуха и подложки (стекла).

При переменной оптической толщине пленки и постоянной длине волны падающего света наблюдаются экспериментальные значения коэффициента отражения, которые согласно формуле (1) соответствуют оптической толщине пленки n2 h2 , кратной λ/4 , т.е. n2 h2 = (2k + 1)(λ/4) или n2 h2 = 2k (λ/4) , где k - волновое число, равное 1, 2, 3….

При n2 < n3 экспериментальные значения определяются формулами

ρmin = [(n22 - n1 n 3 )/( n22 +n1 n 3 )]2 , ρmax = [(n3 - n1 )/( n3 +n1 )]2 ;

при n2 >n3

ρmin = [(n3 - n1 )/( n3 +n1 )]2 , ρmax = [(n22 - n1 n 3 )/( n22 +n1 n 3 )]2 .

Из уравнения ρmax = [(n22 - n1 n 3 )/( n22 +n1 n 3 )]2 находим n2 при известном n3 подложки:

n2 = n1 n 3 (1 + √ ρ max )/(1 - √ ρ max ).

Геометрическую толщину пленки h2 находим, учитывая соотношения n2<> n 3 для λ, соответствующих экспериментальным значениям ρ. Погрешность в определении показателя преломления слоя составляет 5х10-3 при измерении с погрешностью порядка 0,1%.

На рис. приведены спектры отражения пленки МоО3 до и после термической обработки при температуре 473 К.


Рис. Спектры отражения пленки МоО3 до и после термической обработки при температуре 473 К.
Рассчитанные коэффициенты преломления (n2) и толщины пленки МоО3 (h2) представлены в таблице.

Таблица


Коэффициенты преломления (n2) и толщины пленки МоО3 (h2) до и после термообработки при 473 К

τ, мин

λmax, нм

n2

h2, нм

0

650

2,20

73,86

2

630

2,13

73,36

10

600

2,05

73,40

40

580

2,02

71,91

160

570

2,01

71,09

Установлено, что в процессе термообработки пленок МоО3 происходит уменьшение коэффициента преломления и толщины пленки.

Литература


  1. Афанасьев, В.А. Оптические измерения: - М.: Изд-во «Высш. шк.», 1981. - 229 с.


Научные руководители – к.х.н., Бугерко Л.Н., аспирант Борисова Н.В.

Похожие:




©fs.nashaucheba.ru НашаУчеба.РУ
При копировании материала укажите ссылку.
свазаться с администрацией