Оптические_свойства_Рубцов (Изучение оптических свойств тонких плёнок)

Московский государственный технический университет имени Н.Э.Баумана

Ж У Р Н А Л

лабораторной работы

«ИЗУЧЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТОНКИХ ПЛЕНОК»

Фамилия и инициалы студента _РубцовМ.А._______________________

Факультет _МТ___________ Группа 11-38__________ 2016__ учебный год

Лабораторная работа

«ИЗУЧЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТОНКИХ ПЛЕНОК»

1. Цель работы:

Освоение навыков исследования и анализа оптических свойств фотонных кристаллов на примере пленок синтетического опала.

1. Анализ эффекта Брэгговской дифракции на пленке синтетического опала

Дополните рисунок 1 изображением хода лучей при Брэгговской дифракции в пленке синтетического опала и обозначением подложки, опаловой матрицы, межплоскостного расстояния матрицы и угла падения луча на поверхность пленки..

Рис. 1. Брэгговская дифракция в пленке синтетического опала.

Запишите условие Брэгга для опаловой матрицы:

λ = ,

где

а – межплоскостное расстояние,

n_эф – эффективный показатель преломления,

Θ – угол Брегговской дифракции,

N – порядок дифракции.

Принцип работы экспериментальной техники.

Дополните представленные на рисунках 2 и 3 схемы работы атомно-силового микроскопа и спектрофотометра нумерацией и наименованием позиций.

Рис. 2. Схема работы атомно-силового микроскопа:

1 – детектор и система; 2 – фотодиод; 3 – лазер; 4 – кантилевер с зондом; 5 – поверхность образца; 6 – образец;

Рис. 3. Схема работы спектрофотометра:

1 – сферическое зеркало; 2 – галогенная лампа; 3 – модулятор; 4 – сферическое зеркало;

5 – плоское зеркало; 6 – образец; 7 – линзы объектива; 8 – световод; 9 – спектрометры;

1. Описание исследуемого образца

Заполните таблицу 1 сведениями об исследуемом образце

Таблица 1

Наименование	Значение	Примечание
Материал подложки	ситалл
Материал пленки	SiO2
Наличие / отсутствие иризации	присутствует
Размер образца	10х10 мм
Толщина пленки	650 нм

1. Используемые в лабораторной работе параметры и режимы работы экспериментальной техники

   1. Атомно-силовой микроскоп (АСМ)

Заполните таблицу 2 сведениями о параметрах и режимах сканирования

Таблица 2

Наименование	Значение	Примечание
Модель АСМ	Solver Next
Режим сканирования	полуконтактный
Размер скана	2х2 мкм
Радиус закругления зонда	10 нм
……………………………..

1. Спектрофотометр

Заполните таблицу 3 сведениями о параметрах и режимах исследования.

Таблица 3

Наименование	Значение	Примечание
Модель спектрофотометра	Epsilon
Контролируемый спектр	350 нм
Исследуемый спектральный диапазон	380-1100 нм
Число усреднений измерений	10
……………………………..

1. Исследование структуры поверхности пленки синтетического опала на АСМ и расчет положения ФЗЗ

Заполните таблицу 4 результатами исследования структуры поверхности синтетического опала на АСМ

Таблица 4

№ изм.	di, нм	, нм	S2, нм2	S, нм
1	261	252,8	159,16	12,62
2	243
3	263
4	241
5	280
6	254
7	261
8	242
9	243
10	240

Заполните таблицу 5 исходными данными и результатами расчета положения ФЗЗ исследуемого образца.

Таблица 5

Параметр		Единица измерения	Расчетное выражение	Значение
Наименование	Обозначение
Показатель преломления	nSiO2		-	1.47
	nвозд		-	1
	fSiO2		-	0,67
	fвозд		fв+fSiO2=1	0,33
	nэф			1,33
	d	нм	-	252,8
	a			206,41
	θ		-	90
	λ	нм		549,1

1. Исследование спектра отражения образца пленки синтетического опала на спектрофотометре и определение положения ФЗЗ

Изобразите схематично на рисунке 4 полученный спектр отражения. Подпишите координатные оси, диапазон измерения длин волн и отметьте длину волны, соответствующую максимуму отражения (ФЗЗ).

Рис. 4. Спектр отражения образца

1. Обобщение результатов

Обобщите результаты исследований и расчетов, заполните таблицу 6.

Таблица 6

Расчетное значение длины волны λр, соответствующей ФЗЗ, нм	Полученное при анализе спектра отражения значение длины волны λэ, соответствующей ФЗЗ, нм	Разность значений │λр - λэ│, нм
549,1	588	38,9

1. Выводы

Сформулируйте выводы по работе. Проанализируйте причины расхождения значений λ_р и λ_э. Отметьте, является ли исследованный Вами образец фотонным кристаллом. Опишите возможные области применения пленок синтетического опала и структур на их основе.

Значения λ_р и λ_э могут расходиться из-за неточности математической модели, загрязнения поверхности, погрешности приборов и т.п.

Отметка о защите лабораторной работы ___________________Дата_________________

ФИО преподавателя_______________________Подпись преподавателя______________