Введение к работе
Актуальность работы. Спектро- и светоделительные покрытия успешно используются в оптическом приборостроении, лазерной физике, аппаратуре для космических исследований, фурье-спектроскопии и других областях науки и техники. Исключительные возможности в отношении формирования требуемых спектральных кривых, незначительная масса и относительная простота реализации, обусловили их широкое применение. Однако вопросы теории синтеза и технологии изготовления таких покрытий на современном уровне развития недостаточно изучены и разработаны. В частности, в литературе практически отсутствует обсуждение универсальных методов синтеза покрытий в широком диапазоне спектра с использованием возможностей персональных ЭВМ последнего поколения.
Для реализации широкополосных интерференционных покрытий (ИП) в инфракрасном (ИК) диапазоне спектра требуются прозрачные оптические пленки с различными коэффициентами преломления и малым поглощением в указанной области спектра. Известно, что халькогенидные пленки на основе сульфидов, селенидов и теллуридов являются перспективными пленкообразующими материалами для изготовления широкополосных ИП различного назначения. Несмотря на хорошие эксплуатационные характеристики и малые оптические потери, многие из них не получили должного распространения. Одной из причин этого является отсутствие данных по оптическим константам (ОК) пленок этих веществ, которые сильно зависят от способа и условий изготовления и отличаются от ОК исходных монокристаллов.
Необходимость учета дисперсии показателей преломления и коэффициентов поглощения пленкообразующих веществ при синтезе многослойных ИП приводит к проблеме создания базы данных по оптическим константам тонких пленок.
4 Цель настоящей работы заключается в разработке универсальных программ и на их основе методик синтеза широкополосных покрытий различного назначения для ближнего и среднего ИК-диапазона спектра. Разработанные методики позволят синтезировать реализуемые на практике широкополосные спектро- и светоделительные покрытия на основе различных пленкообразующих материалов при минимальных затратах машинного времени. Для решения поставленной задачи требовалось:
- провести анализ существующих методов синтеза и оптимизации
покрытий,
разработать универсальную программу для синтеза интерференционных покрытий различного типа, которая позволит находить структуры реализуемых на практике покрытий с требуемыми спектральными характеристиками в реальном масштабе времени,
разработать методики синтеза широкополосных спектро- и светоделительных покрытий на основе универсальной программы синтеза,
разработать методики и программы для расчета оптических констант пленкообразующих веществ в широком спектральном диапазоне,
провести исследования пленкообразующих веществ на основе халькогенидных соединений в диапазоне от 2 до 15 мкм,
создать базу данных по оптическим константам тонких пленок и включить ее в универсальную программу для синтеза покрытий с целью учета дисперсии показателей преломления и коэффициентов поглощения пленок,
провести исследования влияния легирующих добавок на пленки BaF2 и получить толстые пленки, прозрачные не только в инфракрасном, но и в видимом диапазоне спектра,
5 - синтезировать, изготовить и исследовать широкополосные спектро- и светоделительные покрытия для РІК - диапазона спектра. Положения, выносимые на защиту.
1. Составлена универсальная программа синтеза
интерференционных покрытий различного назначения. В отличие от
аналогов, в программе впервые предусмотрена возможность учета
дисперсии показателей преломления и коэффициентов поглощения
используемых пленкообразующих материалов на всем рассматриваемом
участке спектра.
-
На основе созданной программы разработаны методики синтеза широкополосных спектро- и светоделительных покрытий ИК-диапазона спектра, позволяющих синтезировать реализуемые на практике покрытия с требуемыми спектральными характеристиками при минимальных затратах машинного времени.
-
Разработаны методики и программы для определения ОК пленок по спектрам пропускания и отражения в широкой области спектра при наличии сильных полос поглощения и определены оптические константы (ОК) пленок AS2Se3, As2S3, PbSe, PbF2, BaF2, GeTe и PbTe.
4. Создана база данных по оптическим константам (ОК)
пленкообразующих веществ на основе литературных данных и
оригинальных исследований. База данных включена в универсальную
программу для синтеза интерференционных покрытий различного типа.
5. Проведены исследования влияния легирующих добавок на
оптические характеристики пленок BaF2 и получены пленки, прозрачные
в инфракрасном и видимом диапазонах спектра. На их основе
синтезированы, изготовлены и исследованы спектроделительные
покрытия для разделения излучения He-Ne и С02 лазеров.
6. Синтезированы, изготовлены и исследованы широкополосные спектро- и светоделительные покрытия для ИК-диапазона спектра на подложках из NaCl, КВг и ZnSe.
Научная новизна и практическая ценность работы заключается в: - разработке программного обеспечения для синтеза интерференционных покрытий различного назначения;
- разработке методик синтеза широкополосных спектро- и
светоделительных покрытий на основе созданного программного
обеспечения;
синтезе широкого класса спектро- и светоделительных покрытий и практической реализации некоторых из этих покрытий;
создании спектрофотометрических методик изучения оптических констант, основанных на численных методах и позволяющих исследовать в широком спектральном интервале пленки, спектры которых содержат сильные полосы поглощения;
исследовании оптических констант пленок AS2Se3, As2S3, PbSe, PbF2, BaF2, GeTe и PbTe в широком спектральном интервале;
- исследовании влияния легирующих добавок на оптические
характеристики пленок BaF2 и получении пленок, прозрачных в
инфракрасном и видимом диапазонах спектра;
- синтезе, изготовлении и исследовании покрытий для разделения
излучения He-Ne и С02 лазеров, полученных на основе пленок BaF2 с
легирующими добавками.
Личный вклад автора. Основная часть теоретических и экспериментальных исследований выполнена автором самостоятельно. Формулировка направлений исследований, обсуждение и интерпретация результатов проводились совместно с научным руководителем.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на международных научных конференциях
7 "Оптика лазеров - 98" (Санкт-Петербург, 22-26 июня 1998 г.) и "Оптика лазеров - 2000" (Санкт-Петербург, 26-30 июня 2000 г.), на I, II и III Научных сессиях аспирантов, докторантов и соискателей Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения (13-17 апреля 1998 г., 12-16 апреля 1999 г., 10-14 апреля 2000 г., СПбГУАП). Содержание работы опубликовано в 10 научных трудах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Изложена на 178 страницах машинописного текста, включая 56 рисунков и 25 таблиц. Список цитируемых литературных источников содержит 89 библиографических ссылок.
