МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ

Кафедра «Инновационные технологии в приборостроении, микро - и оптоэлектронике »

ОПТИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

Изучение спектральных характеристик оптических покрытий

Специальность 200204

ОПТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ

Москва, 2006 год

Цель лабораторной работы – изучение спектральных характеристик оптических покрытий.

В процессе выполнения лабораторной работы студенты должны:

• изучить устройство спектрофотометра СФ – 56 и методику измерения спектральных характеристик оптических покрытий;

• провести измерения спектральных характеристик просветляющих и фильтрующих покрытий.

1. Основные положения

1.1 Классификация оптических покрытий.

Оптические покрытия разделяются на 7 типов покрытий:

• просветляющие;

• зеркальные;

• фильтрующие;

• светоделительные;

• токопроводящие;

• защитные;

• поляризующие.

Просветляющие покрытия уменьшают отражение светового потока от поверхности оптической детали. Широко используются двух – , трёх – , пяти – и шестислойные просветляющие покрытия, снижающие отражение вблизи заданной длины волны или широкой области спектра.

Зеркальные покрытия предназначены для увеличения коэффициента отражения света от поверхностей оптических деталей. Подразделяются на внешние и внутренние. Внешние зеркальные покрытия применяются для внешнего отражения, без учёта подложки, внутренние зеркальные покрытия -–для внутреннего отражения с учётом подложки.

В зависимости от применяемых материалов зеркальные покрытия делятся на металлические, металл – диэлектрические и диэлектрические. Металлические и металл – диэлектрические покрытия состоят из непрозрачных слоёв металла, металла и диэлектриков, а диэлектрические зеркала состоят из чередующихся прозрачных слоёв с высоким и низким показателями преломления, обладающих оптическими толщинами, равными λ₀/4. Максимальный коэффициент отражения диэлектрических зеркал ρ_max ≥ 99 %, а у металлических покрытий определяется природой слоя. Для диэлектрических зеркал максимальные коэффициенты отражения и ширина спектральной области, с коэффициентом отражения ρ ≥ (ρ_max – 1), зависят от соотношения показателей преломления и числа слоёв.

Фильтрующие покрытия предназначены для выделения определённой длины волны излучения или определённой полосы пропускания спектра. Они подразделяются на нейтральные и интерференционные. Нейтральные фильтры – фильтры, ослабляющие лучистый поток без изменения его спектрального состава. Интерференционные фильтры – это многослойные диэлектрические или металл – диэлектрические системы, которые служат для выделения участка спектра различной ширины из сплошного спектра излучения. Принцип их действия основан на многолучевой интерференции в тонких слоях. В свою очередь интерференционные фильтры делятся на:

1. отрезающие (блокирующие) – фильтры, пропускающие излучение с длиной волны, большей (блокирующие коротковолновые) или меньшей (блокирующие длинноволновые) установленного предела;

2. узкополосные – фильтры, пропускающие излучение в спектральном диапазоне, ограниченном как со стороны коротких, так и со стороны длинных волн. При этом ширина полосы пропускания фильтра на уровне

0,5 τ_max (полуширина) не более 0,25 λ_max.;

3. полосовые – фильтры, пропускающие излучение в спектральном диапазоне, ограниченном как со стороны коротких, так и со стороны длинных волн. При этом полуширина полосы пропускания фильтра более 0,25 λ_max.;

4. специальные – фильтры, спектральные характеристики которых должны обеспечивать специфические, отличающиеся от перечисленных выше, функции.

Светоделительные покрытия – разделяют падающий свет на отражённый и прошедший и обладают коэффициентом пропускания при длине волны λ

τ = 100 – (ρ + α) ≠ 0.

Интерференционные светоделители представляют собой многослойную систему чередующихся диэлектрических слоёв с высоким и низким показателями преломления, имеющими оптическую толщину, равную λ/4, и коэффициент поглощения α = 0. Металлические светоделители (нейтральные ослабители) состоят из одного слоя металла, коэффициент поглощения которого α ≠ 0, или двух слоёв: металла и диэлектрика.

Токопроводящие покрытия используют для обогрева оптических деталей и смотровых стёкол с целью устранения их запотевания и обледенения, в качестве прозрачных электродов в электрооптических, фотоэлектрических, жидкокристаллических устройствах для снятия зарядов с поверхности оптических деталей и др.

Защитные покрытия предназначены для защиты внешних поверхностей оптических деталей от истирания и влаги, а также перепадов температур. Эти покрытия наносятся на:

• нестойкие стёкла;

• оптические полимеры;

• оптические кристаллы: NaCl, KCl, BaF₂ ,CaF₂ ;

• все оптические полимеры;

• кристаллы Si,Ge.

Поляризующие покрытия (интерференционные поляризаторы) предназначены для получения линейно – поляризованного света. Представляют собой многослойные диэлектрические покрытия на основе окислов или сульфидов и фторидов, нанесённых на гипотенузную грань призмы, склеиваемой с аналогичной призмой без покрытия, или нанесённых на поверхность стеклянной пластины. Излучение, падающее на гипотенузную поверхность или на стеклянную пластину с многослойным покрытием, разделяется на отражённое и проходящее, которые поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях.