Изготовление и контроль оптических деталей - Ефремов А.А.
Скачать (прямая ссылка):
Оптимальные технологические факторы при напылении. Величина вакуума в камере для испарения влияет на количество примесей и структуру пленки. Недостаточный вакуум вызывает преждевременный выход из строя ионизационных датчиков давления; увеличение токов накала испарителей за счет частичного окисления, а затем разложения испаряемых веществ, что вызывает увеличение поглощения и другие отрицательные явления в слоях пленок; неуправляемое распределение толщины слов по поверхности подложки из-за столкновений молекул и атомов пара с молекулами остаточных газов и изменения траектории полета.
Поэтому следует руководствоваться следующими экспериментально отработанными рекомендациями. Испарение фторидов MgF2; SrF2; Na3AlF6 необходимо осуществлять при давлениях порядка 1,33-10_3 Па. Это объясняется тем, что пары фторидов идут от испарителя в форме облака сравнительно высокого давления, увлекающего за собой молекулы остаточных газов. Столкновения между молекулами пара фторидов и остаточного газа уменьшают концентрации и скорость молекул пара на границе облака, вследствие чего адгезия (связь между подложкой и слоем) ухудшается. Другие вещества ZnS, Sb2S3 и т. д. необходимо испарять при давлении не хуже 6,6-10—3 Па. Испарение веществ при меньших давлениях приводит к большей чистоте слоев и к их более плотной структуре.
Для воспроизведения стабильных и удовлетворительных как по оптическим, так и механическим свойствам фильтров и зеркал необходимо знать и использовать оптимальную .скорость испарения веществ слоев. Скорость испарения связана с температурой накала испарителей. Быстро испаренные слои ZnS сильно поглощают свет. Это объясняется разложением испаряемого вещества при высоких температурах, когда в слой могут быть вкраплены свободные атомы цинка. При высокой скорости нанесения образуются большие кристаллы ZnS, что увеличивает коэффициент рассеяния света слоями. Кроме того, большие температу-
226
ры накала испарителей могут привести к разлетанию испаряемого вещества, уменьшению его количества и перенесению механических частиц парами на подложку. В то же время быстро нанесенные слои механически прочнее. Медленно нанесенные слои обладают хорошими оптическими характеристиками, но имеют более рыхлую структуру и механически не прочны. Для таких веществ, как ZnS и MgF2, экспериментально отработана оптимальная скорость испарения соответственно 3—10 и 6—15 А/с.
Прочность покрытий фильтров и лазерных зеркал соответствует IV группе. Известно, что такие технологические приемы, как нагрев подложек, обработка подложек высоковольтным разрядом, улучшают прочностные свойства покрытий. Однако при изготовлении фильтров и лазерных зеркал такие приемы не применяют, так как их проведение ухудшает оптические характеристики покрытий (увеличивается рассеяние и поглощение света в слоях).
В чертеже на узкополосный интерференционный светофильтр указывают значение длины волны максимального пропускания и ее допустимое смещение в виде узкого спектрального интервала ?W)±AA,. В этом случае допустимое значение толщины каждого слоя, составляющего фильтр, определяют из отношения ДЯДо, выраженного в процентах. Если же в чертеже не указано значение величины допустимого смещения длины волны пропускания, в качестве этого интервала принимают значение полуширины фильтра. Тогда допуск на толщину слоев фильтра определяют из отношения АА,о,5До, выраженного в процентах. Допуск на толщину слоев, составляющих узкополосный интерференционный фильтр, в общем случае равен ± (0,5-г 1)'% от исходной толщины. Допуск на толщину слоев, составляющих полосовой или отрезающий фильтры, равен ±3% от исходной толщины. Допуск на толщину слоев, составляющих интерференционное зеркало резонаторов лазеров, равен ±5% от исходной величины. Такие отклонения в толщине слоев не приводят к заметному уменьшению коэффициентов отражения на длине волны излучения лазера, а лишь уменьшают спектральную область отражения. Приведенные значения допустимых отклонений в толщинах слоев гарантируют получение годных фильтров и зеркал независимо от того, существуют ли ошибки во всех слоях или в части из них. Однако чем ближе слой к подложке, тем меньше сказывается погрешность его толщины.
Испарение диэлектриков осуществляют из испарителей («лодочек» или тиглей) по эмиссионным характеристикам, близким к точечным. Максимальная толщина слоя образуется в плоскости расположения подложек непосредственно над испарителем. Далее толщина слоя убывает по косинусному закону. Поэтому равнотол-щинный слой можно получить только на подложках небольших размеров, удаляя по возможности подложки от испарителя и применяя соответствующую кинематику перемещения подложек относительно испарителя в технологической оснастке вакуумной каме-
15*
227
ры. В целом, если неравнотолщинность слоев по площади подложки не выходит за пределы допусков на толщину слоев, указанных выше, обеспечивается выпуск годной продукции.
При изготовлении зеркал резонаторов лазеров подложки располагают в держателе, имеющем вид вогнутой сферы или по форме близкого к сфере усеченного многогранника. Радиус сферы находится в центре плоскости расположения испарителей (см. рис. 15.4). При нанесении слоев держатель с подложками вращается вокруг своей оси. Таким образом обеспечивается равнотолщинность слоев и усредняются дефекты толщины слоев, вызванные смещением испарителей с оси вращения.
