Изготовление и контроль оптических деталей - Ефремов А.А.
Скачать (прямая ссылка):
Диэлектрический узкополосный светофильтр такой же, как и металлрдиэлектрический фильтр, но имеет зеркала не металлические, а диэлектрические (рис. 20.10). Оптическая толщина каждого слоя зеркала равна четверти длины волны, а оптическая толщина промежуточного слоя диэлектрика кратна половине длины волны пропускания фильтра. Вторичные максимумы пропускания таких фильтров срезают приклеиванием пластин цветного стекла или приклеиванием пластин с нанесенными на них специальными диэлектрическими многослойными интерференционными отрезающими фильтрами. Фильтры ИК-области спектра не склеивают, а устанавливают и герметизируют в металлических оправах.
Теоретически при одинаковых параметрах зеркал, отсутствии поглощения, рассеяния в веществах слоев зеркал и промежуточного слоя светопропускание фильтра тШах равно единице. Однако на практике значение tmax всегда меньше единицы из-за поглощения в веществах слоев; ошибок в толщине слоев при их изготовлении; неравномерности толщины слоев по площади фильтра. Эти дефекты возникают из-за несоответствия требованиям химической чистоты исходных веществ и технологии изготовления светофильтра.
Для уменьшения полуширины пропускания А^0>5 фильтра необходимо увеличивать коэффициент отражения зеркал (увеличивая количество слоев) и порядок светофильтра, т. е. кратность оптической толщины промежуточного слоя.
Систему слоев, составляющих фильтр, принято записывать, например, в виде № ПВН... ВН/К2В/НВ ... НВ, где № — общее число слоев, составляющих фильтр; П — подложка; В и Н — соответственно слои оптической толщиной в четверть длины волны из веществ с высокими и низким показателями преломления (см. рис. 20.10); К — порядок фильтра.
Исходными данными для выбора системы слоев служат Ко — длина волны пропускания; АХо,ь — полуширина фильтра; tmax — коэффициент светопропускания на длине волны К0. Табл. 20.3 иллюстрирует рекомендованные системы слоев и основные параметры фильтров для видимой области спектра. Испаряемые вещества диэлектрики ZnS с п=2,3 — вещество В, фтористый магний MgF2 с я=1,39 — вещество Н, подложка П — стекло К8. Коэффициент пропускания Tmax приведен только для системы слоев на подложке без учета пропускания цветного стекла или вспомогательной интерференционной системы, срезающей вторичные максимумы пропускания. Все параметры даны для лучей, падающих по нормали к плоскости фильтра.
0 'Щ^стект ^ ^
К # ** ,//текло,// #
Рис. 20.10. Конструкция диэлектрического узкополосного светофильтра
222
20.3. Рекомендуемые системы слоев
Условное обозначение системы слоев фильтра Число слоев Поря- док к ^0,5^0 тт ах
11ПВН . ; . В-2Н-В . . НВ 11 1 0,017 -0,02 0,90
13ПВН . . . Н-2В-Н . . НВ 13 1 0,012 -0,015 0,85
15ПВН . . В-2Н-В . . НВ 15 1 0,07 -0,08 0,80
17ПВН . . Н-2В-Н . . НВ 17 1 0,045 -0,006 0,80
19ПНВ . . В-2Н-В . . НВ 19 1 0,002 -0,004 0,70
21ПВН . . Н-2В-Н . . НВ 21 1 0,0015-0,0025 0,60
21ПВН . . Н-2Х2В-И . . НВ 21 2 0,0012 —0,0019 0,69
21ПВН . . Н-ЗХ2В-Н . . НВ 21 3 0,001 -0,0013 0,50
Примером конструкции интерференционного зеркала может служить система слоев на подложке, используемая в качестве резонаторов лазеров (рис. 20.11). Благодаря отражениям на границах раздела слоев получается большое число интерферирующих лучей. Когда слои имеют оптическую толщину в четверть длины волны и разность фаз соседних интерферирующих лучей на границе слоев равна 2я, то все лучи интерферируют на отражение.
Зеркало состоит из чередующихся слоев с большим (В) и низким (Н) показателями преломления, причем выбирают пв>пПОдл>пн.
Коэффициент отражения зеркала растет с увеличением числа слоев. Нечетные слои оказывают большее влияние на отражающую способность зеркала в целом. Вот почему чаще всего зеркало имеет нечетное число слоев. Вычисление коэффициента отражения сводится к суммированию всех интерферирующих лучей. Численные расчеты удобнее осуществлять на ЭВМ.
Табл. 20.4 иллюстрирует изменение коэффициента отражения зеркал резонаторов лазеров в зависимости от числа слоев для двух пар чередующихся веществ. Слои резонаторов лазеров видимой и ближней инфракрасной областей спектра изготовляют из диэлектриков сернистого цинка ZnS — вещество В и фтористого магния MgF2 — вещество Н на подложке из стекла К8, кварца КВ,
20.4. Коэффициенты отражения зеркал
Рис. 20.11. Конструкция многослойного интерференционного
зеркала резонатора лазеров
Число слоев
Вещества слоев В н Н ! 3 5 7 9 и 13 15
29И, 24И 0,32 0,65 0,85 0,93 0,97 0,985 0,99 0,995
27И, 18И 0,40 0,80 0,94 0,98 0,99 0,995 — —
223
КИ. Слои резонаторов лазеров с длиной волны излучения А,0> >1,5 мкм изготовляют из диэлектриков трехсернистой сурьмы Sb2S3 — вещество В и фтористого стронция SrF2 — вещество Н на подложках из кварца КИ или кристаллов.
Указанные в табл. 20.4 коэффициенты отражения могут незначительно (на 1—2%) изменяться в зависимости от значений показателей преломления исходного вещества, подложки и условий нанесения слоев.
Оптимальные условия формирования пленок. Свойства пленок, составляющих многослойное интерференционное покрытие, зависят от выбора и обработки веществ для напыления; материала и вида испарителей; вакуума и скорости испарения веществ; геометрии расположения и кинематики перемещения подложек; способа и точности технологического контроля толщины пленок; последовательности проведения технологических приемов при изготовлении заданного вида покрытия.
