Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ТЕХНОЛОГИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК -1.doc
Скачиваний:
15
Добавлен:
16.11.2018
Размер:
4.56 Mб
Скачать

Глава 1

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОПТИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ

1.1. Основные характеристики оптических интерференционных

покрытий.

Тонкопленочные покрытия наносятся на оптические детали с целью изменения физико-химических свойств их поверхностей. В зависимости от их назначения покрытия разделяют на несколько типов. Каждый тип покрытия на чертеже оптической детали обозначается соответствующими символами, согласно ОСТ1901-95

Таблица 1

Условные обозначения типов покрытий на поверхностях оптических деталей

Тип покрытия

Условное графическое обозначение (а)

Ход лучей в оптической детали (б)

Зеркальное покрытие

(внешнее)

Зеркальное покрытие

(внутреннее)

Светоделительное

Просветляющее

Фильтрующее

Защитное прозрачное

Электропроводящее

Поляризующее

Светопоглощающее

Покрытия каждого типа характеризуются основными свойствами:

а) оптические свойства – в зависимости от типа покрытия характеризуется коэффициентом пропускания, отражения или отношением этих коэффициентов для определенной длины волны, состояния поляризации падающего излучения, либо спектральной зависимостью этих коэффициентов;

б) химическая устойчивость – степень устойчивости покрытия по отношению к реагентам воздействующих на него в условиях эксплуатации (пресная и морская вода, влажность и т.д.) и органическим растворителям,

в) коррозионная устойчивость – число испытаний, выдерживаемых покрытием в коррозионной камере без повреждения,

г) термическая устойчивость – степень устойчивости покрытия при перепаде температуры 60С и максимальная температура, при которой оптические свойства покрытия остаются без изменения,

д) механическая прочность – степень устойчивости покрытия по отношению к различным видам механических повреждений (износ, царапины и др.). По механической прочности покрытия подразделяют на 5 групп,

е) лучевая прочность – степень устойчивости покрытия к воздействию единичных импульсов мощного лазерного излучения.

ж) лучевая стойкость – число импульсов, определённой мощности лазерного излучения, выдерживаемого покрытием без изменения оптических свойств.

з) радиационная стойкость – длительность воздействия непрерывного светового излучения определённых спектральных интервалов, выдерживаемого покрытием без изменения оптических свойств.

Технико-эксплуатационными характеристиками интерференционных оптических покрытий являются:

  1. Оптические спектральные характеристики.

Оптические характеристики различных типов покрытий

Зеркальные непрозрачные (внешние и внутренние), образованы металлическими плёнками с различным коэффициентом отражения в зависимости от условий эксплуатации. Указывается структура покрытия (металл и защитное покрытие, если это необходимо) и коэффициент отражения, спектральный диапазон и угол падения излучения.

Светоделители: по всему заданному спектральному диапазону отношение коэффициента отражения к коэффициенту пропускания должно равняться заданной величине, например, если покрытие работает под углом, то указывается рабочий угол и отношение , а так же та из компонент поляризованного излучения (s- или p-), которая является рабочей при заданном угле падения pp=1:2 >65%. Кроме этого указывается допуск на величины коэффициентов отражения и пропускания (рис.1.1).

Просветляющие покрытия.

Характеризуются минимальным коэффициентом отражения в заданном спектральном диапазоне (одна, две длины волны или широкий диапазон спектра.) при фиксированном угле падения.

Фильтрующие покрытия.

Отрезающие (коротковолновые, длинноволновые, полосовые) фильтры

Как видно из рисунка 1.2 зависимость пропускания от длины волны, показывает, что это системы, отрезающие (ослабляющие) длинноволновую часть спектра (рис.1.2а), или коротковолновую часть спектра (рис.1.2б). Характеризуются эти светофильтры (коротковолновые) пропусканием (отражением) в коротковолновой части спектра, Tmax, подавлением в длинноволновой части спектра - Тmin, контрастностью Tmaxmin и граничной длиной волны λ0, где происходит существенное изменение пропускания. Естественно, это идеализированная характеристика, на самом деле в зоне, отмеченной на рис.1.2 «*», всегда наблюдается плавный спад коэффициента пропускания, поэтому здесь вводится понятие крутизны спектральной характеристики . Величина характеризует, как быстро изменяется пропускание (отражение) в окрестности длины волны λ0. При изготовлении светофильтров стремятся к тому, чтобы иметь максимальное значение производной.

Аналогично вводятся отрезающие длинноволновые светофильтры, (рис.1.2.б). Они характеризуются максимальным пропусканием Tmax, минимальным пропусканием Тmin в зоне подавления, контрастностью Tmax/ Тmin и, производной вблизи λ0, здесь также необходимо стремиться к получению максимального значения этой величины. Сочетание двух таких светофильтров, если наложить одну спектральную характеристику на другую, даёт полосовой светофильтр (рис.1.3).

Этот тип светофильтров характеризуется коротковолновой границей прозрачности , длинноволновой границей прозрачности , максимальным пропусканием в зоне прозрачности Tmax, минимальным пропусканием в длинноволновой и минимальным пропусканием в коротковолновой области спектра. Аналогично могут вводиться величины при λ= и при λ=. Иногда для описания спектральной характеристики полосовых фильтров вводится понятие полуширины светофильтра, аналогично определению полуширины в радиофизике, это спектральный диапазон, в котором T>, - ∆λ0,5 и в некоторых специальных случаях, крайне редко, но бывает, вводится понятие о спектральном диапазоне, в котором T>, чему соответствует - ∆λ0,1, цифра внизу после аббревиатуры ∆λ , например, α, обозначает спектральный диапазон, в котором T > αTmax .

Это три типа светофильтров. Причём последний, очевидно, является комбинацией двух первых. Это могут быть как два отрезающих светофильтра, нанесенные на разные стороны подложки, так и четвертьволновые зеркала. Если полуширина зон максимального пропускания полосового светофильтра составляет несколько сотых от λ0, ∆λ0,5 =(0,05-0,01)λ0, то такие светофильтры носят название диэлектрических узкополосных и узкополосных контрастных светофильтров. Узкополосные светофильтры обычно построены по схеме интерферометра Фабри-Перо, а узкополосные контрастные светофильтры по схеме сдвоенных интерферометров Фабри-Перо.

Диэлектрические узкополосные интерференционные светофильтры (ДУПИФ). Спектральная характеристика их приведена на рис.1.4, здесь же указаны основные параметры, характеризующие светофильтр.

Рис.1.4. Спектральная характеристик узкополосного диэлектрического светофильтра

Характеристики:

=max при Т=Тmax

  1. max=532нм

  2. Tmax>70%

  3. 0,5=(101) нм

  4. Tф- зона – пропускание в нерабочей зоне

  5. для аттестации необходим угол наклона фильтра, т.е. угол на который можно наклонить фильтр и при этом не изменятся основные характеристики фильтра - спектральный диапазон, в котором пропускание больше 0,1Tmax.

Поляризующие покрытия

Бывают двух типов. Первый тип обеспечивает поляризацию на заданной длине волны. При этом задаётся, например, отношение TрTs =10, при угле падения излучения =45с длиной волны =532 нм, Tр=(81)% в этих условиях должна строго оговариваться степень поляризации при контроле.

Второй тип. Обеспечивает поляризацию при фиксированном угле падения для заданного спектрального диапазона.

Защитные покрытия.

Спектральная характеристика не регламентируется, а указываются условия работы (повышенная влажность, механические воздействия, морская атмосфера, работа в условиях тропиков и т.д.).

Электропроводящие.

Спектральная характеристика не регламентируется, основная характеристика - удельное сопротивление, которое задаётся в Омах на квадрат площади детали

Иногда вводятся дополнительные характеристики, например, T>0.85 в диапазоне спектра 12

Светопоглощаюшие.

Для светопоглощающих покрытий указывают величину допустимого минимального коэффициента отражения в диапазоне спектра 12

Если допускается модификация покрытий (число слоёв, их показатели преломления, температурный режим, рабочая атмосфера, воздействующие на покрытие факторы), то в обозначении покрытия добавляется знак «+». Оптические свойства определяются конструкцией покрытия (количеством, порядком чередования, показателями преломления и оптическими толщины слоёв), углом падения излучения на покрытие, показателями преломления среды, из которой падает свет и показателем преломления оптической детали, на которой находится это покрытие.

Следующие характеристики будут определять конструкцию покрытия, способ его изготовления. Выбор конкретной конструкции покрытия будет определяться условиями эксплуатации.

1. Влагостойкость.

2. Механическая прочность.

3. Термическая прочность.

4. Химическая устойчивость.

5. Лучевая стойкость.

6. Радиационная стойкость.

7. Другие (электропроводность, поляризация, стабильность характеристик во времени).

Технические требования.

1. Покрытия должны соответствовать требованиям ОСТ 3-1901-95 и наноситься на оптические детали по технологии, утвержденной в установленном порядке.

2. Класс чистоты поверхностей оптических деталей с нанесенными покрытиями следует устанавливать по ГОСТ 11-41-76. Покрытия не должны снижать чистоту поверхности деталей более, чем на 2 класса.

3. Покрытия должны быть устойчивы к органическим растворителям, применяемым при чистке оптических деталей по нормативно-технической документации.

Покрытия из органических полимеров должны быть устойчивы к спирту и спирто-эфирным смесям.

4. По влагостойкость покрытий (степени устойчивости покрытия к действию паров дистиллированной воды) установлены следующие группы:

1. относительная влажность 95-98%, при температуре 402° С

2. относительная влажность 83-85%, при температуре 25±2° С

3. относительная влажность 55-60%, при температуре 25±2° С

5. По механической прочности устанавливаются следующие группы, согласно ОСТ1903-95:

"0" - покрытие допускает чистку батистовой салфеткой с применением спирта и выдерживают не менее 3000 оборотов на приборе СМ55.

Прибор СМ 55 представляет вращающийся с большой скоростью шпиндель, в котором расположена деталь, и мягкий резиновый наконечник, обмотанный батистовой тканью, прижимаемый к детали, на который давит груз 200 г. Наконечник соприкасается с деталью и по форме следа от контакта и в зависимости от количества оборотов детали судят о механической прочности.

К "1" группе относятся те, которые допускают чистку салфеткой и выдерживают не менее 2000 об.

К "2" группе относятся те, которые выдерживают чистку, но не выдерживают более 1000 об.

К "3" группе относятся покрытия, которые выдерживают чистку ватным тампоном, смоченным спиртом с минимальным применением силы.

К "4" группе относятся покрытия, не допускающие ни один вид чистки и никаких механических воздействий.

Нулевую группу прочности обеспечивают покрытия, полученные химическим методом (из растворов, электролизом или из аэрозолей и реже из пульверизатора).

По всему диапазону коэффициент отражения не должен превышать 0,8%.

Требования к покрытию может быть представлено в виде следующей таблицы:

Таблица 2

Требования к интерференционному покрытию на поверхности оптического элемента

Вид покрытия (усл

обозначение.)

Оптические характеристики

Влагостойкость

Механическая прочность

Термическая устойчивость

Максимальный размер

Название покрытия

Примечание.

В.002;

λ=(1.2±0.2)% для

=600 нм

3

II

50

или

0-200

200

Просветляющее

размер

На чертеже они могут быть заданы в следующем виде:

Таблица 3

Примеры условных обозначения покрытий

В.002; λ=(1.2±0.2)% для =800 нм;

Х.040; λmin 0.4% для =(540±40) нм;

Д.В.011+;α=450λ=(42 ± 2)% для =(540±20) нм;

М.Х.001;

М.Х.005+;

МД.В.014;

МД.В –Х.018+;

Химическую устойчивость и термостойкость определяет материал, из которого изготовлено покрытие, и его однородность.

Механическую прочность, стабильность характеристик лучевую прочность определяет метод нанесения покрытия и условия осаждения.

Практически на всех характеристиках сказывается подготовка поверхности детали, включающая в себя качество полированной поверхности (чистота) и степень обезжиривания этой поверхности.

Контроль степени годности покрытий, т.е. соответствие требованиям осуществляется по следующей методике:

  1. Проверяется чистота детали с покрытием. Это осуществляется визуально путем просмотра в отраженном и проходящем свете на черном фоне при освещении лампой мощностью не менее 75 Вт. Этот осмотр лучше осуществлять под разными углами. Возможно рассмотрение деталей через лупу.

  2. Контроль устойчивости к органическим растворителям. Для чего покрытую деталь протирают тампоном, смоченным в органическом растворителе, а затем насухо протирают батистовой салфеткой.

  3. Просматривают деталь в отраженном свете и по количеству дефектов судят о качестве изготовленного покрытия.

  4. Производят контроль спектральных характеристик оптического покрытия.

Контроль коэффициента отражения в зависимости от предполагаемой его величины может быть осуществлен на различных типах фотометрических приборов. Прибор выбирают так, чтобы диапазон не превышал измеряемую величину более 10 раз. Если необходимо измерить коэффициент, отражения величина которого, меньше R<0,5%, то диапазон измерения прибора должен лежать в интервале 0-6%, если необходимо измерить коэффициент отражения, величина которого, лежит в диапазоне 20<R<60%, то диапазон измерения прибора должен лежать в интервале, 10-70%, если R>99%., то максимальная чувствительность прибора должна находиться в диапазоне (90-100%).

Спектральный диапазон спектрофотометров, предназначенных для измерения пропускания, а при наличии дополнительных насадок и отражения, лежит в УФ, видимой и ближней ИК. Для дальней ИК применяются приборы типа ИКС. Диапазон измерения пропускания и отражения составляет 0-100% с возможностью расширения в области 0-5,0-10 процентов и т.д. Наиболее широко используются спектрофотометры CФ-26, СФ-46, СФ-56, спектрофотометры фирмы "Вaкмен", монохроматор М250, СФ-2000, Юнико 1200/1201, Ulab S261 UV, SS1 2101 UV, EPSILON? Модернизированный СФ-46

Все эксплуатационные характеристики являются основой для выбора конструкции покрытия и составления технологического процесса его изготовления.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.