книги из ГПНТБ / Крылова Т.Н. Интерференционные покрытия. Оптические свойства и методы исследования

творов, поскольку каждый последовательно наносимый слой подвер­ гается термической обработке при температуре 350° С и выше. Наиболее высокие напряжения наблюдаются у пленок двуокиси ти­ тана, гафния и циркония [47, 48, 49, 98]. Напряжения значительно ниже в пленках двуокиси тория и кремния. При нанесении много­ слойных покрытий из слоев Т Ю 2 и S i 0 2 или T h 0 2 и S i 0 2 на поверх­ ности оптического стекла К8 или плавленого кварца, при диаметре образцов 30—60 мм и отношении диаметра к толщине 3 : 1 и 6 : 1

требует проведения очень осторожной термообработки при постоян­ ном контроле, подвергая образец медленному нагреванию и охлаж­ дению. Некоторые технологические приемы, позволяющие улучшить равномерность покрытий, приведены в п. 23, 24 и 25. При испарении в высоком вакууме или катодном реактивном распылении исполь­ зуется или несколько испарителей, расположенных соответствующим образом, с учетом конфигурации подложки, или кольцевые испари­ тели и др. Применяется вращение детали, а также одновременное передвижение детали и испарителя.

При нанесении покрытий из растворов (п. 23) должно быть по­ добрано рациональное соотношение между скоростью вращения детали, ее диаметром, концентрацией раствора.

При оптимальном расположении испарителя и подложки теоре­ тически ожидаемые колебания толщины пленок, получаемых испа­ рением в вакууме на плоских поверхностях радиусом 2,5—7,6 см, составляют от 2 до 140 -10 ~396 . Практически получаемый результат порядка 0,25% на деталях диаметром 10 см. Удавалось получать многослойные покрытия испарением в вакууме, где колебания длины волны в минимуме пропускания составляли ±0,16% при диаметре образца равном 15 см.

28. ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЕ ФИЛЬТРЫ

Оптический фильтр — это система, служащая для выделения участков спектра различной ширины из пучка немонохроматического излучения. Для получения фильтров наиболее часто используются вещества, обладающие селективным поглощением (стеклянные фильтры, жидкости и др.). Получение интерференционных фильтров основано на свойстве тонких пленок селективно повышать или по­ нижать отражение и пропускание света от поверхности подложки.

Преимуществами интерференционных фильтров из диэлектриков служат их высокая эффективность, как результат отсутствия потерь на поглощение, простота изменения области пропускания, связанная обычно с изменением оптической толщины пленок, неограниченность размеров фильтров, которые фактически определяются размерами подложки, и т. д.

К недостаткам интерференционных фильтров следует отнести зависимость их характеристик от угла падения света на поверхность

фильтра (гл. IV) и технологические затруднения, вызванные необхо­ димостью нанесения большого числа слоев строго контролируемой толщины.

Интерференционные фильтры можно разделить на следующие

2) фильтры, отрезающие длинноволновую или коротковолновую части спектра (рис. V I . 10).

Схема 1

Схема 2

Для выделения узкой спектральной области служит интерферен­ ционный фильтр, состоящий из двух высокоотражающих зеркал,

вается второй пластиной стекла или кварца. Вследствие потерь на поглощение в металлических слоях фильтры не обладают достаточно высоким коэффициентом пропускания. Другим недостатком фильтров

трическими покрытиями обеспечивает получение высоких коэффи­ циентов пропускания. Отсутствие потерь на поглощение практически дает возможность повысить пропускание с 50 до 80—90% и получить

обладает-максимальным пропусканием. Схему такого фильтра (рис.

показателем преломления. Такая конструкция технологически мо­ жет оказаться более выгодной, так как требует нанесения меньшего числа слоев. Здесь разделяющий слой помещается между двумя 6—10-слойными отражающими системами (рис. VI.9, а, схема 2). Такой фильтр можно представить выражением

S^BHBHBH 2kВ HBHBHBS2.

Фильтр обладает меньшей зависимостью от угла падения, по­ скольку разделяющий слой имеет высокий показатель преломления (рис. IV.2). Свойства узкополосных фильтров в основном определяются теми же параметрами, что и свойства интерферометра Фабри—Перо. Все соотношения, характеризующие интерферометр Фабри—Перо, можно использовать для оценки фильтра. Спектральная кривая

коэффициента светопропускания интерференционного фильтра имеет характер, приведенный на рис. VI.9, б. Основными характеристиками

пропускание возрастает (отражение падает), что приводит к появле­ нию широких полос высокого пропускания, ухудшающих качество фильтра. Последние убираются селективно поглощающими филь­ трами (цветное стекло и др.), а также селективно отражающими ин­

где Тф — пропускание фильтра; Т и R — коэффициенты пропуска­ ния и отражения высокоотражающих покрытий, составляющих фильтр; п и h показатель преломления и толщина разделяющего слоя.

Выражение (VI.8) принимает максимальное значение при sin2 2 л --- 0. Максимумы соответствуют длинам волн А =

если оптическая толщина разделяющего слоя имеет значение, крат-

определяющими его хорошее качество, являются: высокое светопропускание, приближающееся к 100%; малая ширина полосы про­ пускания 6А; отсутствие фона: Tmln —» 0 в областях спектра до Ак

и Хд.

Как показывают выражения (VI.2)—(VI.7), высокое качество фильтров определяется отсутствием поглощения в слоях и высоким значением коэффициента отражения зеркальных покрытий R. Осо­ бенно сильно сказывается поглощение в разделяющем слое. Если

светопропускание разделяющего слоя т < 1, то выражение (VI.8) принимает следующий вид:

щем слое значительно сильнее сказывается на светопропускании фильтров при высоких значениях коэффициентов отражения зеркал R, вызывая при этом повышение фона и расширение полосы пропус­ кания.

Существенное влияние на максимальное пропускание фильтра

^тах> ОПрЄДЄЛЯЄМОЄ ВЬіраЖЄНИЄМ

фильтра быстро снижается, даже при отсутствии поглощения в раз­

При более низких значениях коэффициентов отражения зеркаль­ ных покрытий эта разница сказывается меньше. Например, при Rt =

-90% и R2 = 95% Ттах = 88%.

Разница в коэффициентах отражения зеркальных покрытий может возникать как результат ошибок в отдельных слоях покрытий. У многих светофильтров даже теоретически коэффициенты отражения высокоотражающих покрытий должны быть разными, если они нахо­

Существенной характеристикой фильтра является ширина полосы пропускания. Как и в случае интерферометра Фабри—Перо, послед­ няя в основном определяется коэффициентом отражения зеркальных покрытий. В качестве характеристики полосы пропускания обычно пользуются величиной 6 Я 0 5 (рис. VI.9, б), определяемой выражением [52]

Приведенная зависимость показывает, что полоса фильтра тем уже, чем выше коэффициент отражения зеркальных покрытий R, чем выше порядок фильтра k, чем больше дисперсия фазы при отра­ жении от зеркальных покрытий Последняя линейно зависит

от порядка k. Как уже было сказано, максимальное сужение полосы возможно за счет увеличения коэффициентов отражения зеркал. Последние определяются числом слоев и разницей показателей пре­ ломления. Расчет показывает, что при коэффициенте отражения зер­

в2—3 раза.

Втабл. VI.5 приведены некоторые расчетные данные, показываю­ щие влияние указанных факторов на ширину полосы пропускания. Поглощение света веществом и дисперсия последнего не учитываются. Принятое при расчете (табл. VI.5) значение показателя преломления 2,5 несколько завышено, хотя и реально. Обычно используемые ве­ щества для нанесения тонких покрытий имеют показатели прелом-