Диссертация (1149530), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Пока пленка не побывала на воздухе в ее порахвакуум и эффективный показатель преломления материала пленки оказываетсяниже, чем у монокристаллов.Толщина пленок составляла 14λ/4. В качестве подложек мы использовалиZnSe.На рис. 2.3.1 приведен пример экспериментальных спектров пропускания T,отражения R и поглощения A пленки BaF2 на подложке из ZnSe.52Рис. 2.3.1. Экспериментальные спектральные характеристики пленки BaF2на подложке из ZnSeРис. 2.3.2. Спектральные характеристики пленки BaF2 после коррекциипоглощения на подложке из ZnSe53Из рис. 2.3.1 видно, что спектр поглощения имеет характерные полосыпоглощенияврядеобластей,отсутствующихвмонокристаллах.Пикипоглощения в областях 2.7-3.0 мкм и 5.8-6.3 мкм вызваны [3-7,16] колебаниямимолекул паров Н2О, молекул воды, адсорбированных в порах пленки, а такжегидроксильных групп ОН, связанных с ионами бария.
Поглощение в областивыше 10 мкм связано с фундаментальным поглощением ионов решетки.На рис. 2.3.2 представлены скорректированные спектры BaF2, полученныепо нашей методике, описанной в разделе 1.5 с использованием формул (1.5.12), вкотором отсутствует поглощение в пленке. Из рис. 2.3.2 видно, что спектральнаяхарактеристика, соответствует спектру непоглощающей пленки на поверхностиподложки из селенида цинка со слабо меняющимся периодом и амплитудой. Ихизменения задается только дисперсией показателя преломления.Пропускание подложки селенида цинка равнялось 71%, а отражение – 29%.Эти значения с точностью до 0.002 совпадают с пропусканием подложки спленкой, скорректированной на поглощение, при толщине пленки кратной λ/2.Тем самым подтверждается корректность предложенного метода.Используя данные, представленные на рис.
2.3.2 находились дисперсионныезависимости для фторида бария (BaF2) на подложке из ZnSe, которые изображенына рис. 2.3.3.Для этого использовалась разработанная программа обработки спектровпропускания и отражения, описанная в 1 главе в разделе 1.6. После обработкиспектров выяснилось, что в большей части спектра имеетсянормальнаядисперсия, как в монокристаллах. Отличием является дополнительная дисперсияпоказателя преломления n в области полос поглощения пленок (2.7-3.3 мкм и 5.57.0 мкм). Дисперсия коррелирует с дополнительными полосами поглощения вуказанных областях.Наличие сильных полос поглощения затрудняет использование пленок BaF2для изготовления широкополосных просветляющих покрытий.
Нами были54проведены экспериментальные исследования пленок BaF2 легированных CaF2или MgF2.В работах [6-7, 60-61] было установлено, что при добавлении фторидамагния MgF2 12% весовой концентрации рассеивание снижается в 5 раз ипрактически одинаково при этих концентрациях. Меньшая добавка MgF2увеличивает рассеивание.
Большая добавка MgF2, хотя и несколько снижаетрассеивание, приводит к увеличению напряжения в пленке и к появлениюдефектов пленок в виде островков на подложке, на которых пленка практическине растет. Диаметр очагов 0.10.3 мм, а их число растет при росте концентрациифторида магния. Коэффициент аккомодацииснижается в 3-5 раз прииспользовании 2% примеси MgF2. При дальнейшем увеличении процентногосодержания MgF2 в пленках BaF2 напряжение в пленках достигает критическогозначения, и в результате покрытие разрушается. Интерференционные покрытия сконцентрацией фторида магния более 4% разрушались уже в процессеизготовления. Такие же результаты получаются при добавлении CaF2.
Однакограницы его оптимальной концентрации несколько другие и составляют 3÷10%.Оптимальными концентрациями примесей к BaF2 являются 12% для MgF2 и3÷10% для CaF2.На рис. 2.3.4 и рис. 2.3.5 приведены зависимости показателей преломления(n) и поглощения (k) от длины волны (λ) на подложках из ZnSe марки SVD дляпленок BaF2, 98%BaF2+2%MgF2, 90%BaF2+10%CaF2.Проведенные экспериментальные исследования показали, что наиболееперспективными для использования в оптических интерференционных покрытияхв средней ИК области спектра являются пленки состава 90% BaF2+10% CaF2 и 98%BaF2+2% MgF2, которые имеют меньшее поглощение, чем пленки из чистогофторида бария [62]. Эти пленки (90%BaF2+10%CaF2 и 98%BaF2+2%MgF2) посравнению с пленками чистых фторидов и чистого BaF2 обладают повышеннымиоптическими и эксплуатационными характеристиками.55Рис.
2.3.3. Дисперсионные зависимостидля фторида бария (BaF2) на подложке из ZnSeРис. 2.3.4. Зависимости показателя преломления(n)от длины волны (λ) пленок BaF2, 98%BaF2+2%MgF2, 90%BaF2+10%CaF2на подложках из ZnSe56Рис. 2.3.5. Зависимости показателя поглощения (k)от длины волны (λ) пленок BaF2, 98%BaF2+2%MgF2, 90%BaF2+10%CaF2на подложках из ZnSeИз рис. 2.3.4 и рис. 2.3.5 видно, что пленки двойных фторидов (бифторидов)имеют меньшее поглощение.Были получены дисперсионные зависимости показателей преломления ипоглощения пленок в диапазоне 2 - 12 мкм.
Впервые наблюдалось наличиедополнительной дисперсии пленок в областях поглощения, отсутствующих вмонокристаллах.2.4. Оптические константы пленок на основе фторида иттрияПленки фторидов, полученные методом вакуумного осаждения, давноявляются предметом многочисленных исследований [1-8].
Они обладают высокойпрозрачностью в широкой области спектра, не имеют альтернативы, как пленки снизким показателем преломления, при использовании в средней ИК области57спектра. Фториды принадлежат к классу материалов, которые легко испаряются иконденсируются, сохраняя стехиометрию. В связи с этим они получили широкоераспространение в качестве пленкообразующих материалов с минимальнымпоказателем преломления.Именно фториды чаще всего входят в состав оптических элементов наоснове многослойных интерференционных покрытий, и особенно, в составпросветляющих покрытий.Пленкам фторида иттрия уделено недостаточноевнимание в литературе [15-16],в отличие от пленок других фторидов. Внастоящей работе мы исследовали зависимости показателей преломления (n),поглощения (k) от длины волны (λ) пленок чистого фторида иттрия (YF3) ибифторидов иттрия (YxMe1-xF2+x), где в качестве Me (металлов) использовалисьбарий или кальций в диапазоне от 2 до 12 мкм.
Достоинства исследуемой пленкиYF3 – это высокая прозрачность в видимом и инфракрасном диапазонах спектра,негигроскопичность и высокая механическая прочность; недостатки - высокоенапряжение и пористость, поэтому исследование проводилось на подложках изкремния (Si), у которого термический коэффициент расширения близок кофториду иттрия (YF3).
Хорошая адгезия пленок к кремнию позволилаизготавливать пленки без разрушения при контакте с воздухом вплоть до толщин1-2 мкм. Свойства исследуемых пленок (YF3) сходны со свойствами фторидамагния (MgF2) и так же разрушаются при толщинах свыше 1 – 2 мкм, поэтому приисследовании пленок чистого фторида иттрия их толщина бралась 2 мкм.Толщина бифторидов соответствовала 3.5 мкм. Все пленки изготавливались пометодике, описанной в разделе 2.1.На рис. 2.4.1 приведен экспериментальный спектр фторида иттрия (YF3).На рис.
2.4.2 представлены спектральные характеристики пленки YF3 послекоррекции поглощения на подложке из Si по нашей методике, описанной вразделе 1.5 по формуле (1.5.18), в которой отсутствует поглощение в пленке(Tf, Rf). На этом же рисунке приведены значения спектров подложки из кремния(Ts, Rs), скорректированных на поглощение в них.58Рис. 2.4.1. Экспериментальные спектральные характеристики пленки фторидаиттрия (YF3) на подложке из кремния (Si)Рис.
2.4.2. Спектральные характеристики пленки фторида иттрия (YF3) послекоррекции на подложке из кремния (Si)59Изрис. 2.4.2 видно, что в точках, соответствующих пленкам сполуволновойтолщиной,значенияспектровсовпадают,темсамымподтверждается корректность разработанного метода.Небольшое отличие от спектров с нулевым поглощением (А=0) и такой жедисперсией пленок и подложек связано с тем, что метод не включает поправкиболее высоких порядков малости, которые по численным оценкам не превосходит0.005 при поглощении А =10% в системе «пленка-подложка».Используя данные, приведенные на рис.
2.4.2 с помощью программногообеспечения, представленного в 1 главе в разделе 1.6, мы рассчиталидисперсионные зависимости показателей преломления и поглощения от длиныволны для фторида иттрия (YF3), которые приведены на рис. 2.4.3.Рис.2.4.3. Дисперсионные зависимостифторида иттрия (YF3) на подложке из кремния (Si)Из рис. 2.4.3 видно, что пленка YF3 имеет две сильные полосы поглощения:в областях 2.8-3 мкм и 5.5-7 мкм, которые связаны с внедрением в поры пленкипаров воды [63]. Так же, как и в случае с пленками фторида бария наблюдается60дисперсионная зависимость в области сильных полос поглощения. Видно, что вобласти спектра от 8 мкм до 12 мкм показатель поглощения монотонновозрастает.Темнеменее,ихможноиспользоватьвмногослойныхинтерференционных системах вплоть до 12 мкм. Пленки YF3 обладают высокимнапряжением, что не позволило их использовать при суммарных толщинах впокрытии, большем 1-2 мкм.
Толщина наших пленок YF3 составляла 2 мкм, приувеличении их толщин наблюдалось появления трещин на покрытии, чтозатрудняло их использование в инфракрасном диапазоне спектра.Были исследованы пленки, состоящие из смесей YF3 и BaF2. Процентнаядоля BaF2 – 0, 9, 17, 23, 28, 30, 33, 50 и 100 [52-53, 55-56, 62]. Исследованияпоказали, что пленки фторида иттрия с добавлением фторида бария до 17%имели высокие напряжения, так же как и чистый фторид иттрия и «облезали» впроцессе напыления в вакууме. Пленки фторида иттрия легированные фторидомбария от 17% до 30% получались толщиной 14λ/4, но «облезали» в течение трехдней.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
