МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ

Кафедра «Инновационные технологии в приборостроении, микро- и оптоэлектронике»

Дисциплина: «Оптические покрытия»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

на тему:

Расчет многослойных просветляющих и отражающих покрытий

Вариант № 1

Работу выполнил:

Курс: 4

специальность: 200204

Преподаватель: Гриднева Г. Н.

МОСКВА, 2012

Задание 1.

Для заданной марки оптического материала произвести расчёт однослойного, двухслойного, трёхслойного и многослойного просветляющего покрытия с минимальным коэффициентом отражения для данной длины волны λ₀.

Подобрать оптические толщины и материалы напыляемых покрытий, а также методы их нанесения.

Варьируя оптической толщиной плёнки в заданном интервале длин волн, построить спектральные зависимости коэффициента отражения R=f(β), R=f(λ). Для оптимальной конструкции покрытия составить технологическую карту его нанесения.

Исходные данные:

Вариант№1

Материал: ЛК-1 ГОСТ3514-94

n_с=1.441

устойчивость к химическим реагентам – III;

устойчивость к влажной атмосфере – А;

однослойное покрытие : λ₀/4;

двухслойное покрытие: λ₀/4 – λ₀/4;

трёхслойное покрытие: λ₀/4 – λ₀/2 – λ₀/4 (λ₀/4 – λ₀/4 – λ₀/4);

четырехслойное покрытие – λ₀/4 – λ₀/4 – λ₀/4 – λ₀/4.

λ₀=600±20нм

λ₁ – λ₂=400 – 800нм

1. Расчет многослойного просветляющего покрытия.

1.1.Однослойное просветляющее покрытие

n₁ = 1;

Условие потери полуволны:

n₁< n₂< n₃

n₂h₂ = λ₀/4

n₂h₂ = 600/4 = 150 нм

Рассчитываем показатель преломления:

Из таблицы плёнкообразующих материалов выбираем материал с наиболее близким показателем преломления к расчётному для заданного диапазона λ₁-λ₂=400 – 800 нм

Пленкообразующий материал	Показатель преломления слоя ,n	Методы нанесения	Температура плавления, Тпл, ° С	Область спектра, 1-2, мкм
фтористый кальций СaF2	1,23 – 1,46	И, ИЭ	1360	0,15-12.

n₂ = 1,23

Рассчитаем минимальный коэффициент отражения по формуле:

Рассчитаем амплитудные и энергетические коэффициенты отражения системы воздух – плёнка – подложка по формулам:

;

,

где i – порядковый номер слоя,

j – число слоёв,

β – угол сдвига фаз:

,

где λ – длина волны;

R_i,j = |r_i,j|²;

Т_i,j = 1- R_i,j

;

;

.

R_1,3 = |r_1,3|²

Т_1,3 = 1- R_1,3

Для построения спектральной характеристики R_1,3 = f(β) и R_1,3 = f(λ) составим таблицы 1.1 и 1.2.:

таблица 1.1

n2·h2	0	λ0/4	λ0/2	3λ0/4	λ0
β	0	π/2	π	3π/2	2π
cos2β	1	-1	1	-1	1
r1,3	-0,1807	-0,0243	-0,1807	-0,0243	-0,1807
R1,3	0,0326	0,0006	0,0326	0,0006	0,0326
T1,3	0,9674	0,9994	0,9674	0,9994	0,9674

таблица 1.2

λ, нм	400	450	500	550	600	650	700	750	800
β	0,7500	0,6667	0,6000	0,5455	0,5000	0,4615	0,4286	0,4000	0,3750
cos2β	0,0000	-0,5000	-0,8090	-0,9595	-1,0000	-0,9709	-0,9010	-0,8090	-0,7071
r1,3	-0,1031	-0,0639	-0,0395	-0,0276	-0,0243	-0,0266	-0,0322	-0,0395	-0,0476
R1,3	0,0106	0,0041	0,0016	0,0008	0,0006	0,0007	0,0010	0,0016	0,0023
T1,3	0,9894	0,9959	0,9984	0,9992	0,9994	0,9993	0,9990	0,9984	0,9977

1.2. Двухслойное просветляющее покрытие

n₂h₂ = n₃h₃= λ₀/4 = 600/4 = 150 нм

Рассчитываем показатель преломления n₃:

Из таблицы плёнкообразующих материалов выбираем материал с наиболее близким показателем преломления к расчётному для заданного диапазона λ₁-λ₂=400 – 800 нм

Пленкообразующий материал	Показатель преломления слоя ,n	Методы нанесения	Температура плавления, Тпл, ° С	Область спектра, 1-2, мкм
Фтористый иттрий YF3	1,54– 1,56	И, ИЭ	1136	1>0.3

Рассчитаем минимальный коэффициент отражения по формуле:

Рассчитаем амплитудные и энергетический коэффициент отражения системы воздух – плёнки – подложка:

;

;

.

где

R_1,3 = |r_1,3|²

Т_1,3 = 1- R_1,3

Для построения спектральной характеристики R_1,4= f(β) и R_1,4 = f(λ) составим таблицы 1.3 и 1.4:

таблица 1.3

n2·h2	0	λ0/4	λ0/2	3λ0/4	λ0
β	0	π/2	π	3π/2	2π
cos2β	1	-1	1	-1	1
r2,4	-0,0790	-0,1446	-0,0790	-0,1446	-0,0790
r1,4	-0,18066	0,04207	-0,18066	0,04207	-0,18066
R1,4	0,0326	0,0018	0,0326	0,0018	0,0326
T1,4	0,9674	0,9982	0,9674	0,9982	0,9674

таблица 1.4

λ, нм	400	450	500	550	600	650	700	750	800
β	0,7500	0,6667	0,6000	0,5455	0,5000	0,4615	0,4286	0,4000	0,3750
cos2β	0,000	-0,5000	-0,8090	-0,9595	-1,0000	-0,9709	-0,9010	-0,8090	-0,7071
r2,4	-0,1119	-0,1283	-0,1384	-0,1433	-0,1446	-0,1436	-0,1414	-0,1384	-0,1350
r1,4	-0,1031	-0,0393	0,0089	0,0348	0,0421	0,0369	0,0245	0,0089	-0,0077
R1,4	0,0106	0,0015	0,0001	0,0012	0,0018	0,0014	0,0006	0,0001	0,0001
T1,4	0,9894	0,9985	0,9999	0,9988	0,9982	0,9986	0,9994	0,9999	0,9999