Диссертация (1149530), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Материалы работы использованы причтении спецкурсов «Прикладная оптика», «Оптика лазеров», «Проектированиеинтерференционных покрытий», «Оптические измерения тонких пленок»,«Технологияизготовлениятонкихпленок»,читаемыхпонаправлению«Оптотехника» на кафедре физики Санкт-Петербургского государственногоуниверситета аэрокосмического приборостроения. А также при выполнении рядаНИР, проводимых в Санкт-Петербургском Государственном университетеаэрокосмического приборостроения и на предприятиях ОАО НИИ «Гириконд»,ОАО «Тидекс».Апробация результатов работы.
Основные результаты диссертационнойработы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:научная сессия ГУАП, Санкт-Петербург 7-11 апреля 2014; VIII Международнаяконференция молодых ученых и специалистов «Оптика-2013», ИТМО, СанктПетербург 14-18 октября 2013; научная сессия ГУАП, Санкт-Петербург 8-13апреля 2013; II Всероссийская конференция по фотонике и информационнойоптике. М.: НИЯ МИФИ, 23-25 января 2013; 15th International Conference «LaserOptics 2012», SPb, june 25-29, 2012; VII Международная конференция9«Фундаментальные проблемы оптики – 2012», ИТМО, Санкт-Петербург 15-19октября 2012; научная сессия ГУАП, Санкт-Петербург 9-13 апреля 2012; VIIМеждународная конференция молодых ученых и специалистов «Оптика-2011»,ИТМО, Санкт-Петербург 17-21 октября 2011; научная сессия ГУАП, СанктПетербург 9-13 апреля 2011; научная сессия ГУАП, Санкт-Петербург 9-13 апреля2010Публикации.
В диссертации обобщены результаты 19 работ автора, которыеуказаны в списке литературы. Четыре работы опубликованы в журналах изперечня ведущих периодических изданий ВАК.Личное участие автора. В материалах совместных работ личный вкладавтораявляетсяэкспериментальныхопределяющим.Основнаяисследованийвыполненачастьтеоретическихавторомисамостоятельно.Формулировка направлений и исследований, обсуждение и интерпретациярезультатов проводилась совместно с научным руководителем.Структура и объемы работы. Диссертационная работа состоит из введения,двух частей, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 132наименования.Основнаячастьработыизложенанамашинописного текста. Работа содержит 51 рисунок и 18 таблиц.157страницах10ЧАСТЬ 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ КОНСТАНТ ПЛЕНОКФТОРИДОВВведениеОсновными параметрами, определяющимиоптические свойства пленок,являются дисперсия показателя преломления и поглощения.
Их исследованиюуделяют большое внимание [1-8]. Для определения параметров оптическихпленок разработано и успешно применяется на практике множество методик, воснову которых положен анализ различных физических величин. Наиболее частоизмеряемыми величинами исследуемых образцов являются: направленноепропускание, зеркальное отражение, изменения фазы при прохождении иотражении света, фазовые изменения, вносимые образцом, для S- и Pполяризаций прошедшего и/или отраженного света и некоторые другие.Благодаряуниверсальностииотсутствиюнеобходимостисозданияспециального измерительного оборудования наиболее широкое практическоеприменениеполучилиметоды,основанныенаанализеданныхспектрофотометрических измерений.
Обзор публикаций, посвященных вопросамопределения оптических констант тонких пленок, представлен, например, вработах [9-12].В настоящей работе проводится синтез и исследование ахроматическихпросветляющих покрытий, для реализации которых требуются пленки сминимальными показателями преломления и поглощения. Одним из наиболееподходящих материалов с низким показателем преломления в средней ИКобласти спектра является фторид бария, обладающий низким (n=1.30 – 1.40)показателемпреломления.Недостаткомфторидабарияявляетсяегогигроскопичность и невысокая механическая прочность. Поэтому для улучшенияоптических и механических характеристик пленок предлагается использоватьсоединения на основе бинарных фторидов. В работах [6-7] обсуждаются11возможностииспользованиябифторидныхсоединенийдляполученияпленкообразующих материалов с улучшенными оптическими и механическимисвойствами.В настоящей работе проводились исследования пленок одинарных фторидовYF3, BaF2, СaF2 и двойных фторидов (бифторидов) BaxMe1-xF2 , YxMe1-xF2+х вдиапазоне 1.3-12 мкм.
В качестве составляющей (Me) использованыфторидыкальция, магния и бария. Для определения оптических констант использованаоригинальная методика, базирующаяся на коррекции спектров и исключениипоглощения в них. Пленки и монокристаллов фторидов YF3, BaF2, СaF2 давноиспользуются в оптическом приборостроении и их основные параметрыприведены в ряде работ [8, 13-17]. Однако в этих работах практически отсутствуютисследования дисперсионных констант этих пленок, это относится и к пленкамдвойных фторидов. Ранее пленки BaxMg1-xF2 исследовались в работе [6] на длинахволн 0.9 и 10.6 мкм. Было показано, что такие пленки имеют больший показательпреломления и большую плотность упаковки, чем пленки из чистого фторидабария.Дляполученияоптическихконстантпленокиспользовалсяспектрофотометрический метод, который базируется на предложенной методикекоррекции спектров пропускании и отражении, т.е.
на исключении поглощения всистеме «пленка-подложка». Это позволяет использовать известные методики поопределению оптических констант в системе «непоглощающая пленка –непоглощающая подложка» [18], а также различные оптимизационные методы.12ГЛАВА 1. СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОДИССЛЕДОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ КОНСТАНТ1.1. Обзор спектрофотометрических методов исследования оптическихконстант пленокВ настоящее время существует ряд методов исследования оптическихконстант (ОК) пленок, перечислим некоторые из них:- эллипсометрический (поляриметрический) метод [8, 19-22], в которомпроводится наблюдение эллипса поляризации отраженного света и по параметрамего находятся искомые оптические величины;- спектрофотометрический метод [17, 22-30], заключающийся в анализеспектров пропускания и отражения пленки на подложке с известнымиоптическими константами;- калориметрический метод [31-33], позволяющий исследовать поглощениепленки посредством измерения временных зависимостей температуры образца,подвергаемого воздействию излучения (недостаток- поглощение может бытьизмерено только на одной длине волны);- методы, основанные на измерении предельного угла полного внутреннегоотражения (волноводный метод) [22, 34-35], заключающийся в том, чтоиспользуется прохождение излучения вдоль пленкипри полном внутреннемотражении излучения от ее границ;-физоинтерферометрический метод [8, 22], позволяющий определитьгеометрическую толщину пленки и показатель преломления, основываясь наизмерении смещения интерференционных полос, образующихся в тонкомвоздушном клине (полосы равной толщины).Известно,чтоспектрофотометрическихсуществуетметодов.огромноеМожноколичествовыделитьразнообразныхметоды,вкоторыхиспользуются только спектры отражения [27], только спектры пропускания [23-1325], совместно используются спектры отражения и пропускания [25] принормальном падении света на систему «пленка-подложка», а также группуметодов, в которых используется спектры отражения или пропускания принаклонном падении света [29-30].
Спектрофотометрические методы позволяетпроводить исследования в широком спектральном диапазоне и не требуетсоздания оригинального измерительного оборудования.С точки зрения используемых математических методов определенияоптических констант (ОК) пленок можно разделить на два класса [36]:аналитические [18, 22, 26] и численные [6, 22-24, 27-28]. Первая группа методовпредполагает поиск удобных аналитических выражений для прямого расчетаоптических констант в различных частных случаях.В частности, существует метод в основе которого лежит процедурапостроения плавных огибающих интерференционных максимумов и минимумовспектра пропускания пленки на плоскопараллельной прозрачной подложке сзаведомо известной зависимостью nподл(λ )и дальнейшем рассмотрении кривыхTmax(λ) и Tmin(λ) как непрерывных функций.
В частности, такой подход былиспользован в работе [37] при исследовании оптических свойств пленокхалькогенидов мышьяка различного состава. Более подробно метод рассмотрен вглаве 1.3.Примером другого подхода является работа [26], где спектр пропусканияделится, в зависимости от величины поглощения, на области прозрачности,области слабого и сильного поглощения, и каждой области соответствует своеприближенное выражение для определения ОК.Вторая группа базируется на различных численных методах. В качествепримера можно привести работу[38], где применяется метод минимизациифункции качества для расчета ОК. В работах [22, 25] поиск введется на основерешения системы нелинейных уравнений для энергетических коэффициентовотражения и пропускания системы «пленка-подложка» на длине волны λ:14 Tэксп ( ) Т теор (n, k , d , ) 0,R()R(n,k,d,)0теор эксп(1.1.1)где n, k – показатели преломления, поглощения системы «пленка-подложка»,d – геометрическая толщина пленки, T()эксп и R()эксп – экспериментальныеспектры, а Tтеор(n, k, d, λ) и Rтеор(n, k, d, λ) –– теоретические (расчетные) значенияэнергетических коэффициентов отражения и пропускания системы «пленкаподложка» на длине волны .
Они могут быть рассчитаны различными методами:матричным [39], рекуррентным [40] или адмиттансным [2]. Эта система можетбыть решена для некоторых частных случаев, как это описано в методе [22, 26].Однако в этих работах не описаны приемы, позволяющие исключить толщинупленки из уравнений.Для этого предварительно определяется геометрическая толщина пленкиdf, например, по положению экстремумов в спектре [18]. Далее, для каждогозначения длины волны λ находится такая пара значений (n, k), которая являетсярешением системы (1.1.1).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
