Исследование оптических констант пленок фторидов в средней ИК области спектра и синтез на их основе ахроматических просветляющих покрытий тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

САНКТ - ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ

На правах рукописи

Новикова Юлнаиа Александровна

ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ КОНСТАНТ ПЛЕНОК ФТОРИДОВ В СРЕДНЕЙ ИК ОБЛАСТИ СПЕКТРА И СИНТЕЗ НА ИХ ОСНОВЕ АХРОМАТИЧЕСКИХ ПРОСВЕТЛЯЮЩИХ ПОКРЫТИЙ

Специальность 01.04.05 - Оптика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

005557159 саша-петербург-2015

15 ЯНЗ ¿015

005557159

Работа выполнена на кафедре физики Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор,

Заслуженный работник Высшей школы РФ Котликов Евгений Николаевич

Официальные оппоненты: Полищук Владимир Анатольевич

доктор физико-математических наук, заведующий сектором электронной микроскопии Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики

Пастор Александр Александрович

кандидат физико-математических наук, доцент кафедры оптики физического факультета Санкт-Петербургский государственный университет

Ведущая организация: Санкт-Петербургский национальный исследовательский

университет информационных технологий, механики и оптики.

Защита состоится «26» февраля 2015 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 212.232.45 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 198504, Санкт-Петербург, Петродворец, ул. Ульяновская, д.1, Малый конференц-зал физического факультета.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке имени М. Горького СПбГУ. Автореферат разослан «2£»дё>гаёрЛ 2014г. Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.232.45 по защите докторских и кандидатских диссертаций, доктор физико-математических наук

Сухомлинов В.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Научно-технический прогресс в оптическом приборостроении активизировал развитие в области оптики и спектроскопии пленок и интерференционных покрытий. И наоборот, фундаментальные исследования в области физики тонких пленок позволили создать принципиально новые типы систем оптоэлектроники.

Основными параметрами, определяющими оптические свойства пленок, являются дисперсия показателей преломления и поглощения. Для определения параметров оптических пленок разработаны и успешно применяются на практике спектрофотометрические методы, в основу которых положен анализ спектров пленок и покрытий. Этой задаче в настоящее время уделяется большое внимание. Основные трудности при ее реализации связаны с неоднозначностью анализа спектрофото.четрических спектров, в особенности при исследовании пленок, обладающих дополнительными полосами поглощения, отсутствующими в монокристаллах.

Развитие оптического приборостроения невозможно без создания новейших интерференционных покрытий. Для их синтеза требуются прозрачные оптические пленки с набором различных показателей преломления и минимальным поглощением в требуемом спектральном диапазоне. Основными критериями качества пленочных материалов являются: прозрачность, показатель преломления, однородность, плотность, адгезия, твердость, механические напряжения, устойчивость к воздействию окружающей среды. В настоящее время не существует универсальных материалов, обладающих всеми вышеперечисленными свойствами. Их поиску и созданию также уделяется большое внимание.

Перед современной физической оптикой стоит ряд проблем, которые необходимо учитывать при выборе направлений дальнейшего развития теории синтеза интерференционных покрытий и возможности их практической реализации. Одна из основных задач - создание оптических покрытий с требуемыми спектральными характеристиками, устойчивыми к ошибкам в оптических параметрах слоев, неизбежным« в

процессе изготовления.

Введены различные критерии устойчивости и рассмотрена возможность их применения. В настоящее время эта задача также не имеет однозначного решения.

В данной работе рассмотрены оригинальные спектрофотометрические методы определения оптических констант пленок. Они базируются на исключении из спектров пропускания и отражения поглощения пленок. Эти методы позволили впервые наблюдать дополнительные дисперсионные зависимости пленок при наличии в них полос поглощения,

отсутствующих в монокристаллах. Предлагаются и исследуются новые оптические материалы на основе фторидов в средней ИК области спектра. Предложен критерий устойчивости синтезированных покрытий и проведен сравнительный анализ с другими критериями. С использованием введенного критерия устойчивости синтезирован и реализован ряд ахроматических просветляющих покрытий в средней ИК области спектра.

Таким образом, актуальность работы определяется: разработкой оригинальных методов определения оптических констант пленок; исследованием пленок фторидов; поиском новых пленкообразующих материалов; решением задачи устойчивости синтеза покрытий; синтезом с использованием вышеперечисленных задач ахроматических просветляющих покрытий.

Целью диссертационной работы является исследование оптических констант пленок фторидов и их применение для создания ахроматических просветляющих покрытий. Для достижения поставленной в работе цели необходимо решить следующие задачи:

1. Предложить и разработать методику исследования дисперсионных зависимостей оптических констант пленок при наличии сильных полос поглощения.

2. Исследовать дисперсионные зависимости оптических констант пленок ВаР2, УР3, СаР2.

3. Исследовать оптические константы и свойства новых пленкообразующих материалов на основе бифторидов иттрия, бария, кальция, магния для средней ИК области спектра.

4. Предложить и разработать методику коррекции интерференционных покрытий в процессе син теза и изготовления.

5. Разработать методику синтеза ахроматических просветляющих покрытий.

6. Синтезировать ахроматические просветляющие покрытия с использованием исследуемых пленок на подложках из Ос, гпЭе.

Объектом исследования являются оптические свойства пленок и тонкопленочные покрытия.

Предметом исследования являются методы нахождения оптических констант пленок, в том числе пленок фторидов и бифторидов, а также проектирование и изготовление ахроматических просветляющих покрытий.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Предаожена методика определения оптических констант пленок, базирующаяся на коррекции спектров и исключении поглощения в них.

2. Исследованы дисперсионные зависимости оптических констант пленок ВаР2, УР3, Сар2 в среднем ИК диапазоне.

3. Предложены и исследованы двойные фториды BaxMei_xF2, YxMei.xF2+x в среднем ИК диапазоне.

4. Разработано программное обеспечение для определения оптических констант.

5. Предложена методика, в основе которой лежит введенный критерий устойчивости синтезированных интерференционных покрытий.

6. Создано программное обеспечение для анализа устойчивости интерференционных покрытий.

7. Модернизировано программное обеспечение Film Manager, которое позволяет проводить замену начальной конструкции эквивалентной структурой, типа HLH или LHL.

Практическая значимость получепных результатов

1. Получение и исследование оптических свойств фторидов и новых пленкообразующих материалов: BaF2-MgF2, BaF2-CaF2, YF3-BaF2 в средней ИК области спектра.

2. Создание программного обеспечения для определения оптических констант пленок в средней ИК области спектра.

3. Составлетте базы данных по оптическим константам тонких пленок, которая позволяет учесть вызываемые ошибки в расчетах синтезируемых покрытий.

4. Разработка методов анализа коррекции синтезированных покрытий в процессе их изготовления.

5. Синтез, изготовление и исследовшше просветляющих покрытий для средней ИК области спектра.

6. Использование результатов работы при выполнении ряда НИР, проводимых в Санкт-Петербургском государственном университете аэрокосмического приборостроения.

7. Использование результатов работы на предприятиях ОАО НИИ «Гириконд», ОАО «Тидекс».

8. Использование результатов при чтении спецкурсов по направлению «Оптотехника» в Санкт-Петербургском государственном университете аэрокосмического приборостроения.

Достоверность результатов обеспечивается их согласием с результатами

теоретических и экспериментальных исследований, использованием аттестовшшых методик

и аппаратных средств измерений.

На защиту выносятся следующие научные положения: 1. Методика определения ОК пленок по спектрам пропускания и отражения в средней ИК области спектра при наличии сильных полос поглощения.

2. Результаты экспериментальных исследований по наблюдению дополнительной дисперсии оптических констант пленок в областях поглощения, отсутствующих б монокристаллах.

3. Результаты исследования влияния легирующих добавок на оптические характеристики пленок BaF2 и YF-, в средней ИК области спектра.

4. Результаты данных по оптическим константам пленкообразующих веществ на основе фторидов и бифторидов.

5. Методика анализа устойчивости интерференционных покрытий и программное обеспечение для нее, в основе которой лежит введенный критерий устойчивости.

6. Синтез, изготовление и исследование широкополосных просветляющих покрытий доя подложек из ZnSe, Si, Ge в средней ИК области спектра.

Реализация результатов работы. Материалы работы использованы при чтении спецкурсов «Прикладная оптика», «Оптика лазеров», «Проектирование интерференционных покрытий», «Оптические измерения тонких пленок», «Технология изготовления тонких пленок», читаемых по направлению «Оптотехника» на кафедре физики Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения. А также при выполнении ряда НИР, проводимых в Санкт-Петербургском Государственном университете аэрокосмического приборостроения и на предприятиях ОАО НИИ «Гириконд», ОАО «Тидекс».

Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: научная сессия ГУАП, Санкт-Петербург 7-11 апреля 2014; VIII Международная конференция молодых ученых и специалистов «0птика-2013», ИТМО, Санкт-Петербург 14-18 октября 2013; научная сессия ГУАП, Санкт-Петербург 8-13 апреля 2013; II Всероссийская конференция по фотонике и информационной оптике. М.: НИЯ МИФИ, 23-25 января 2013; 15th International Conference «Laser Optics 2012», SPb, june 25-29, 2012; VII Международная конференция «Фундаментальные проблемы оптики - 2012», ИТМО, Санкт-Петербург 15-19 октября 2012; научная сессия ГУАП, Санкт-Петербург 9-13 апреля 2012; VII Международная конференция молодых ученых и специалистов "Оптика-2011", ИТМО, Санкт-Петербург 17-21 октября 2011; научная сессия ГУАП, Санкт-Петербург 9-13 апреля 2011; научная сессия ГУАП, Санкт-Петербург 9-13 апреля 2010.

Публикации. В диссертации обобщены результаты 19 работ автора, которые указаны в списке литературы. Четыре работы опубликованы в журналах из перечня ведущих периодических изданий ВАК.

Личное участие автора. В материалах совместных работ личный вклад автора является определяющим. Основная часть теоретических и экспериментальных исследований выполнена автором самостоятельно. Формулировка направлений и исследований, обсуждение и интерпретация результатов проводилась совместно с научным руководителем.

Структура и объемы работы. Диссертационная работа состоит из введения, двух частей, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 132 наименования. Основная часть работы изложена на 157 страницах машинописного текста Работа содержит 51 рисунок и 18 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность исследований, изложены цели, задачи и научная новизна работы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, приведены сведения об апробации работы, публикациях, структуре и объеме работы.

Часть 1 состоит из двух глав, в которых изложена методика коррекщш спектров и проведено исследование оптических констант пленок фторидов.

В Главе 1 приведен обзор спектрофотометрических методов определения показателей преломления (и) и поглощения пленок (к). Предложена и рассмотрена методика исследования дисперсионных зависимостей оптических констант (ОК) пленок, базирующийся на коррекщш поглощения в спектрах пропускания и отражения. Эта методика позволила свести задачу определения оптических констант пленок к известной задаче нахождения ОК непоглощаюнщх пленок.

Пропускание и отражение R/j*s) в подложке и в пленке с поглощением имеет вид: Г(/ч,, = Т + /г (A t, А,, п., nf); Л(/„, =R + fR(Af,A„n„n/) (1)

где А/a As- поглощение в пленке и в подложке,/- и/я - функции, которые находились численными метода с помощью модернизированной программы Film Manager. Для их нахождения мы использовали разложение в степенной ряд Тейлора для Г и Л. Раскладывая (1) имеем:

r(/+j, -T = (dTldA,)A, + (dTIdAf)Af + O.S(d2T IdA;)Л) + (2)

+ 0.5(d1T/dAj)A1f +0.5(d2T/(d4sdA/))A,A/ +...

- R = idRldA,)A, + (dRldAr)Aj + 0.5(rf2R/dA])A] +

+ 0.5{d2RldA})A}+0.5(d2R/m,dA/))A1Af+...

Пренебрегая членами второго порядка малости, имеем:

Г(/+„ -T = (dT/dA,)A,+ (dT/dAf)Af= АЛ + frrAf (4)

Л,/«,-Ь = №Ш,)Л, НЯИМ^А, + /Х/Л/ (5)

Тогда, для непоглощающей подложки (гпБе):

Г,,«,-Т = {<ГГШг)Аг = /тгА,\ = = /яг4/

их можно записать в виде:

=Т + (С,+С2Т(,^)Л/-= Я + (С, +С4Л(/4,)М/ (6)

где С, - С4 - это постоянные коэффициенты, которые находились численно с точностью + 0.001. Таким образом, коррекцию для пленки с показателем преломления п, ~ 1.3-1.4 на подложке из селенвда цинка для уравнения (6) имеет вид:

Т -Т + АгС> „ _К + АгС7

""" \-АгСг ' ~ \-Л/С, (7)

где С/=0.195, Сг=0.595, 0.209, С,=0.51

Для поглощающей подложки (81) сначала проводится коррекция на поглощение в подложке:

\ТХ =7 + 0.65 А, [Л, =Д+ 0.354

Эти поправки используются в системе «пленка-подложка»:

Т^)~Т = ^Т/сМ3)А1+(аТ/еЫ/)А/^0.65А, + /Т/А, (8)

Лс/«> ~Л = (ой/с1А,)А, + (сШ/ЫА/)АГ = 0.35А, + /,/А/ {9)

После учета поглощения в подложке формулы (8-9) принимают вид:

где/,. = С, + С2Т^, = сз +

Используя выражения (8-9) решением уравнения (10) может быть представлено в

виде:

1-АуС2 ' - 1-А/С4 (»)

где численные значения коэффициентов для пленки щ - 1.3-1.4 на подложке из кремния равны: С,=0.195, С,=0.595, С,= 0.209, С^О.579.

На рисунке I приведены рассчитанные спектры пропускания (7), отражения (Я), поглощения (А) для пленки Ва^ (п=1.35) с поглощением и спектры пропускания и отражения пленки с коррекцией на поглощение {Т„,рр и Лкврр) Zn.Se. Скорректированные

спектры пропускания по формуле (7) практически совпадают со спектрами неноглощающей пленки (7«и Ид).

Оценка ошибки методики коррекции проводилась следующим образом. Использовались спектры без поглощения (То), спектры с поглощением (Г) и спектры в которых проведена коррекция (Ткогг)-

V, си '1

Рис. 1. Спектры пропускания, отражения, поглощения для пленки ВаР"; с поглощением и коррекция в этих спектрах на подложке из ХпБе

Рис. 2. Разность спектров пропускания в пленке без коррекции и с коррекцией со спектрам пропускания пленки без поглощения на подложке из гпЭе

На рисунке 2 показана зависимость разности пропусканий нескорректированного спектра и спектра без поглощения (Т-Т0), а также зависимость разности пропусканий спектров скорректированного и спектра без поглощения, т.е. (Тт,,р-Т0) от длины волны. Для наглядности все графики даны в обратных сантиметрах. Из рисунка 2 видно, что ошибки в скорректированных спектрах не превышают 0.25%, что соответствует ошибкам измерения экспериментальных спетров. Для реализации методики составлена программа на языке

Wolfram Mathematiea-8.0.

В Главе 2 представлены результаты исследования оптических констант пленок

фторидов и бифторидов в диапазоне от 2 до 12 мкм.

Рассчитанные оптические константы дают возможность синтезировать и изготавливать оптические покрытия с использованием одинарных и двойных фторидов. Для их определения использовалась предложенная нами методика коррекции спектров на поглощении в спектрах пропускания и отражения. В качестве подложек использовались ZnSe

и для которых предварительно были определены дисперсионные зависимости оптических констант.

В качестве примера рассмотрим пленку ВаР2 на подложке из селенида цинка (гпЭе) марки Ег0 экспериментальные спектральные характеристики представлены на рисунке 3.

<

и

е-"

\

2000 3000 <000

-1

V. СМ

Рис.3. Экспериментальные спектральные характеристики пленки Вар2 на подложке из гпЭе

Рис.4. Спектральные характеристики пленки ВаР2 после коррекции поглощения на подложке из гпве

На рисунке 4 представлены скорректированные спектральные

характеристики ВаР2 по предложенной методике, в которых отсутствует поглощение в пленке. Из рисунка 4 видно, что спектр ВаР2 соответствует спектру непоглощающей пленки на поверхности подложки из селенида цинка со слабо меняющимся периодом и амплитудой. Их изменения задаются только дисперсией показателя преломления. Пропускание подложки селенида цинка (2п8е) равно 71%, а отражение - 29%. Эти значения с точностью до 0.002 совпадают с пропусканием подложки с пленкой в точках экстремумов, скорректированных на поглощение, при толщине пленки кратной Ш. Тем самым подтверждается корректность предложенной методики.

л. мкм

Рис. 5. Дисперсионные зависимости для пленки ВаР2 на подложке из гпЗе

После обработки спектров выяснилось, что в большей части спектра имеется нормальная дисперсия, как в монокристаллах. Отличием является наличие дополнительной дисперсии показателя преломления (п) в областях полос поглощения пленок (2.7-3.3 мкм и 5.5-7.0 мкм), которые отсутствуют в монокристагшах.

На рисунке 5 представлены дисперсионные зависимости для пленки Вар2 на подложке из гпБе. Дисперсия коррелирует с дополнительными полосами поглощения в указанных областях.

Проведены экспериментальные исследования пленок фторидов и бифторидов. Определены оптические константы исследуемых пленок: УТз, ВаР2, СаР2, 98%ВаР2+2%М§Р2, 90%Вар2+10%СаР2, б7%УР3+33%ВаР2, 50%УР3+50% ВаР2 и 67%УР3 + 33%СаР2.

На рисунке 6 и рисунке 7 приведены зависимости показателей преломления (я), поглощения (к) от длины волны (А) на подложках из Zv.Se марки .ЧУР) для пленок ВаР2, 98%ВаР2+2%М§Р2,90%ВаР2+10%СаР2.

10 12

X, мкм

Рис.6. Зависимости показателя преломления Рис.7. Зависимости показателя поглощения (и) от дайны волны (А) пленок ВаР2, (к) от длины волны (Я) пленок ВаР2,

98%ВаР2+2%М§Р2, 90%ВаР2+10%СаР2 на 98%ВаР2+2%МеР2, 90%ВаР2+10%СаР2 на подложках из 2пЗе подложках из 2п8е

На рисунке 8 и рисунке 9 приведены зависимости показателей преломления (и), поглощения (к) от длины волны (А) на подложках из марки КЭФ-5 для пленок УР3, 67%УР3+33%ВаР2 и 50%УР3+50%ВаР2.

X, мкм

Рис.8. Зависимости показателя преломления (п) от длины волны (X) пленок YF3, 67% YFj+33% BaF2 и 50%YF3+50%BaF2 на подложках из кремния (Si)

Рис.9. Зависимости показателя поглощения (к) от длины волны (X) пленок 67%УР3+33%ВаР2 и 50%УР3+50%ВаР2 на подложках из кремния (Э^

Проведен сравнительный анализ, как известных фторидов, так и перспективных материалов бифторидов в средней инфракрасной (ИК) области спектра и выявлены наиболее перспективные пленкообразующие материалы (98%BaF2+2%MgF2 и 67%YF3+33%BaF2), которые в отличии от известных фторидов не имеют сильных полос поглощения, негигроскопичны, обладают хорошими механическими свойствами и могут быть использованы в составе сложного покрытия в средней ИК области спектра.

Часть 2 содержит три главы, в которых рассмотрен синтез ахроматических просветляющих покрытий.

Глава 3 носит обзорный характер. Представлен анализ методов синтеза интерференционных покрытий. Проведен обзор литературных данных, касающихся основных методов синтеза интерференционных покрытий (ИП), который позволил сделать вывод, что наиболее гибкими и универсальными являются численные методы. Эти методы основаны на решении задачи минимизации функции качества. Для синтеза использовалась методика, основанная на теории эквивалентных слоев и численных методов оптимизации. В работе эта методика развита для синтеза ахроматических просветляющих покрытий. Для этого автором была модернизирована программа Film Manager. В неё были добавлены следующие дополнения:

1. Внедрили опцию замены пленки с произвольным показателем преломления на эквивалентную трехслойную структуру типа НХН или ЬНЬ (Н - высокопреломляющий слой, [„ - низкопреломляющий слой).

2. Ввели замену трехслойной структуры типа НЬН или ЬНЬ на реальные пленки из базы данных.

3. Ввели учет отражения от обратной стороны подложки.

Эти дополнения в программе были необходимы для синтеза различных покрытий, в первую очередь просветляющих (антиогражающих).

Глава 4 посвящена анализу устойчивости синтезированных покрытий. В диссертации представлен обзор имеющихся работ, касающихся анализа устойчивости. Отмечено, что вопросы исследования устойчивости многослойных структур рассматриваются недостаточно. Предложена методика, в основе которой лежит введенный критерий устойчивости на основе исследования трансформации спектров при конечных ошибках в толщинах слоев. Величина критерия устойчивости выражается как:

Для реализации этой методики создано программное обеспечение на языке \Volfram Ма&ета^са-В.О, которое позволяет производить коррекцию в слоях.

На рисунке 10 приведены примеры гистограмм устойчивости по слоям для светоделительного покрытия, где ),ц - опорная длина волны. Из рисунка 10 видно, что ошибки разного знака могут давать существенные различия в некоторых слоях. Для 1-го и 3-го слоев величина критерия устойчивости ДРц симметрична относительно знака ошибки. Для 5-го и 7-го слоев - ассиметрична. Другими словами, изменение знака ошибки должно привести к существенному изменению критерия устойчивости.

В диссертации приведены примеры сравнительного анализа методик определения устойчивости спектральных характеристик: для полосовых интерференционных фильтров, ахроматических просветляющих и светоделительных покрытий. Анализ показал, что устойчивость, определенная по первой производной функции качества практически нигде не соответствует реальной. Устойчивость, определенная по второй производной позволяет выявить в структуре покрытия слои, наиболее критичные к изменению оптической толщины, но при этом количественные расхождения оптических толщин в слоях

(12)

\

/

существуют. Устойчивость, определяемая по первой производной от спектра пропускания, для малой ошибки дает хорошие результаты, но с увеличением ошибок начинаются расхождения с расчетными сдвигами.

ЩШЩ) Щ/тмЩ* Щ/ттЩ)

■ га" : . 1.3 ► . п :

I II Ш =Ш1ъ

(а) (б) (в)

Рис. ТО. Гистограммы устойчивости по слоям (а) - ошибка в толщине 0.01 Хо мкм; (б) - ошибка в толщине 0.075Хо мкм; (в) - ошибка в толщине -0.075Яд мкм.

Показано, что для полосовых интерференционных фильтров оптимальными являются критерии устойчивости, предложенные нами и в работе по первой производной от спектра пропускания.

Для просветляющих ахроматических покрытий введенный нами критерий дает хорошие результаты для любых видов ошибок.

Для светоделительных покрытий введенный нами критерий устойчивости дает наилучшие результаты.

Таким образом, предложенная методика анализа устойчивости предоставляет возможность уже на первом этапе синтеза покрытия выявить в структуре слои, которые наиболее критичны к изменению оптической толщины, и прогнозировать их коррекцию в последующих слоях.

Глава 5 посвящена синтезу, разработке и исследованию ахроматических просветляющих покрытий для средней ИК области спектра. В ней рассмотрен поэтапный процесс синтеза, включающий выбор начального приближения в виде равнотолщинных пленок, оптимизацию по показателям преломления слоев, замену слоев эквивалентными комбинациями, оптимизацию просветляющих покрытий по толщинам слоев, расчет функции качества и анализа устойчивости.

Модернизированная программа Film Manager позволяет проводить замену начальной конструкции на эквивалентные структуры, типа HLH или LHL. На рисунке 11 приведены спектральные характеристики начального приближения и реальной структуры (оптимизированной эквивалентной структуры) на подложке из кремния (Si).

При анализе полученных результатов видно, что спектральные характеристики базовых структур почти совпадают со структурами, в которых несуществующие в природе показатели преломления заменялись на эквивалентные слои из реально существующих материалов.

Рис.11. Спектральные характеристики начальной 6-ти слойной структуры и оптимизированной эквивалентной структур и (типа 1_НЬ) для 10-ти слойного покрытия на подложке из Б:

X, мкм

Рис.12. Спектры синтезированного и реализованного покрытий на основе пленок Ge, ZnSe, BaFoisMgn ojFj на подложке Si.

На рисунке 12 приведены экспериментальный и теоретический спектры пропускания и отражения покрытий на основе пленок Ое, 7п5е. BaFo.gsMg0.02F2 на подложке 81.

В диссертации приведены примеры практической реализации ахроматических просветляющих покрытий для средней ИК области спектра с внедрением исследуемых смесей: ВаРо.адМ&югРг и Уо.етВэо.зз Р2.6? на подложках из 81, Ое и гпЭе в средней ИК области спектра. Практически все синтезируемые покрытия были реализованы на практике на предприятиях ОАО НИИ «Гириконд», ООО «Тидекс». Все реализованные покрытия отличаются высокой механической прочностью и химической стойкостью. Это демонстрирует эффективность исследуемых смесей.

В заключении сформулированы основные выводы и результаты работы.

1. Разработана методика исследования оптических констант пленок (показателя преломления и поглощения), базирующаяся на коррекции поглощения в спектрах пропускания и отражения, позволяющая решать задачу нахождения оптических констант при наличии сильных полос поглощения.

2. Составлена программа, которая поддерживает разработанную методику нахождения оптических констант численными методами на языке Wolfram Mathematica - 8.0.

3. Проведены исследования оптических констант (ОК) пленок фторидов, которые наиболее перспективны в средней ПК области спектра. Определены ОК пленок YF3, BaF2,CaF2 в диапазоне спектра 2-12 мкм.

4. Проведены исследования оптических констант (ОК) пленок двойных фторидов (бифторидов), которые наиболее перспективны в средней ИК области спектра BaF2-MgF2, BaF2-CaF2, YF3-BaF2.

5. Впервые наблюдаюсь наличие дополнительной дисперсии пленок в областях дополнительного поглощения (3 мкм и 6 мкм), отсутствующих в монокристаллах.

6. Приведена база данных по оптическим константам тонких пленок YF,, BaF2, CaF2, 98%BaF2+2%MgF2, 90%BaF:+10%CaF2, 67%YF3+33%BaF2, 50% YF3+50% BaF2 и 67% YF3 + 33% CaF2. В базе использованы, как имеющиеся литературные данные, так и оригинальные результаты исследования в области спектра 2-12 мкм.

7. Разработана методика анализа устойчивости синтезированных покрытий, в основе которой лежит введенный критерий на основе трансформации спектров при конечных ошибках в толщинах слоев.

8. Для анализа критериев устойчивости была создана программа, написанная на языке Wolfram Mathematica - 8.0.

9. Проведен сравнительный анализ методик определения устойчивости спектральных характеристик для полосовых интерференционных фильтров, ахроматических просветляющих и светоделительных покрытий.

10. Предложена методика синтеза просветляющих покрытий, которая базируется на использовании базовых структур из пленок с произвольными значениями показателей преломления и последующей заменой части пленок эквивалентными слоями с помощью модернизированной программы Film Manager и предложенным анализом устойчивости синтезированных структур.

11. Результаты работы синтеза просветляющих покрытий на подложках из Si, ZnSe, Ge в среднем инфракрасном диапазоне спектра использованы при выполнении ряда опытно-

конструкторских работ, проводимых на предприятиях ОАО НИИ «Гириконд», ООО «Тидекс».

Основные результаты диссертация опубликованы в следующих работах По перечню ВАК:

1. Котликов E.H., Иванов В.А., Моцарь Е.В., Новикова Ю.А., Тропик А.Н. Анализ устойчивости спектральных характеристик многослойных оптических покрытий // Оптика и спектроскопия. - 2011 г. - Т. 111. - № 3. - С.515-520.

2. Котликов E.H., Новикова Ю.А. Программное обеспечение для анализа устойчивости и коррекции интерференционных покрытий // Научный журнал, информационно-управляющие системы. - 2013 г. - № 1(62). - С. 41- 46.

3. Котликов E.H., Новикова IO.A. Сравнительный анализ критериев устойчивости интерференционных покрытий // Оптический журнал. -2013 г. - Т. 80. - № 9. - С. 61-67.

4. Котликов E.H., Новикова Ю.А. Исследование оптических пленок BaxMg.-xF2 // Оптика и спектроскопия. - 2014 г. - Т.117. - № 3. - С.48-52.

Другие публикации:

5. Котликов E.H., Лавровская Н.П., Новикова Ю.А., Тимофеевский A.B., Шалин В.Б. Оптические константы пленок фторида иттрия. Научная сессия ГУАП: Сб. докл.: В 3 ч. 4.1. Технические науки / СПб.: ГУАП. - 2010 г. - С.160-163.

6. Котликов E.H., Новикова Ю.А., Прокашев В.Н., Тимофеевский A.B. Исследование оптических пленок Y* ВаЬх F2+x- Научная сессия ГУАП: Сб. докл.: В 3 ч. 4.1. Технические науки/СПб.: ГУАП.-20 И г.-С. 133-136.

7. Котликов E.H., Моцарь Е.В, Новикова ЮЛ., Матросов C.B. Синтез широкополосных просветляющих покрытий для ИК области спектра. Научная сессия ГУАП: Сб. докл.: В 3 ч. 4.1. Технические науки / СПб.: ГУАП. - 2011 г. - С. 130-133.

8. Котликов E.H., Иванов В.А., Новикова Ю.А., Тропин А.Н., Царев Ю.Н. Исследование оптических свойств пленок легированных фторидов. Известия ГУАП №1. Аэрокосмического приборостроения: науч. журнал / СПб.: ГУАП. - 2011 г. - С.117-122.

9. Котликов E.H., Моцарь Е.В., Новикова ЮЛ., Тропин А.Н. Анализ устойчивости многослойных интерференционных покрытий. Известия ГУАП №1 . Аэрокосмического приборостроения: науч. журнал / СПб.: ГУАП. - 2011 г. - С.123-131.

10. Котликов E.H., Иванов В.А., Новикова Ю.А., Тропин А.Н. Проектировшше и особенности изготовления инфракрасных оптических покрытий с воспроизводимыми

характеристиками. Известия ГУ АЛ №2 . Аэрокосмического приборостроения: науч. журнал / СПб.-.ГУАП. - 2011г.- С. 72-78.

11. Новикова Ю.А. Исследование оптических констант пленок Yx ВаЬх F2tx. Сборник трудов VII Международной конференции молодых ученых и специалистов «Оптика-2011» / СПб.: ИТМО. - 2011 г. - Т.79,- С.316

12. Новикова Ю.А. Синтез ахроматических просветляющих покрытий для ИК области спектра. Сборник трудов VII Международной конференции молодых ученых и специалистов «0птика-2011» / СПб.:ИТМО. - 201lr.-T.79. - С.511.

13. Котликов E.H., Новикова Ю.А., Прилипко В.К. Программное обеспечение для анализа устойчивости интерференционных покрытий. Научная сессия ГУАП: Сб. докл.: В 3 ч. 4.1. Технические науки /СПб.: ГУАП. - 2012 г. - С. 171-174.

14. Котликов E.H., Новикова Ю.А., Щербак С.Я. Анализ устойчивости и коррекции многослойных интерференционных покрытий по трансформации спектров пропускания. Научная сессия ГУАП: Сб. докл.: В 3 ч. 4.1. Технические науки / СПб.: ГУАП.-2012 г.-С. 174-177.

15. Котликов E.H., Новикова Ю.Л. Сравнительный анализ критериев устойчивости интерференционных покрытий. Сборник трудов УП Международной конференции «Фундаментальные проблемы оптики - 2012»/ СПб.: ИТМО - 2012 г. - С. 198-199.

16. Котликов E.H., Новикова ЮЛ. Исследование пленкообразующих материалов на основе бинарных фторидов. II Всероссийская конференция по фотонике и информационной оптике. Сб. научных трудор. /М.: НИЯ МИФИ-2013г.-С.111-112.

17. Котликов E.H., Андреев В.М., Новикова IO.A. Определение оптических констант пленок на подложках из кремния. Научная сессия ГУАП: Сб. докл.: В 3 ч. 4.1. Технические пауки / СПб.: ГУАП. - 2013 г. - С. 164-167.

18. Котликов E.H., Новикова Ю.А. Исследование оптических пленок фторидов и бифторидов. Научная сессия ГУАП: Сб. докл.: В 3 ч. 4.1. Технические науки / СПб.: ГУАП.-2013 г. - С. 167-169.

19. Котликов E.H. Новикова IO.A. Исследование оптических констант пленкообразующих материалов на основе фторидов для средней инфракрасной области. Сборник трудов VII Международной конференции молодых ученых и специалистов «0птика-2013» / СПб.: ИТМО. - 2013 г. - С.275-277.

Сдано в набор 16.05.14. Подписано в печать 16.12.14. Формат 60x84 1\16. Бумага офсетная.

Тираж 100 экз. Заказ № 666._