Синтез широкополосных спектро- и светоделительных покрытий для ИК-диапазона спектра тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

всероссииский научный центр 'государственный оптический институт имени с.и.вавилова"

/5пргф^с рукописи

1 7 яня

Хонинева Елена Владимировна

удк 535.2:539.216+535.417

СИНТЕЗ ШИРОКОПОЛОСНЫХ СПЕКТРО - и СВЕТОДЕЛИТЕЛЬНЫХ ПОКРЫТИЙ ДЛЯ ИК-ДИАПАЗОНА

СПЕКТРА

Специальность 01.04.05 -оптика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 2000

Работа выполнена на кафедре физики Санкт-Петербургскрго Государственного университета аэрокосмического приборостроения.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор Котликов E.H.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

ведущий научный сотрудник Смирнов В.Н. (ВНЦ ГОИ), кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Бурцев А.П. (СПГУ)

Ведущая организация: Санкт-Петербургский Государственный

институт точной механики и оптики (технический университет)

Защита состоится "20" декабря 2000 г. в 12 час.30 мин. на заседании диссертационного совета К105.01.01 в ВНЦ "Государственный оптический институт имени С.И.Вавилова" (199034, Санкт-Петербург, Биржевая линия, 12).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНЦ ГОИ имени С.И. Вавилова

Автореферат разослан иЛОп ЦЯсС-фА 2000

г.

Ученый секретарь

диссертационного совета К 105.01.01,

кандидат физико-математических наук Каманина Н.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Спектро- и светоделительные покрытия успешно используются в оптическом приборостроении, лазерной физике, аппаратуре для космических исследований, фурье-спектроскопии и других областях науки и техники. Исключительные возможности в отношении формирования требуемых спектральных кривых, незначительная масса и относительная простота реализации, обусловили их широкое применение. Однако вопросы теории синтеза и технологии изготовления таких покрытий на современном уровне развития недостаточно изучены и разработаны. В частности, в литературе практически отсутствует обсуждение универсальных методов синтеза покрытий в широком диапазоне спектра с использованием возможностей персональных ЭВМ последнего поколения.

Для реализации широкополосных интерференционных покрытий (ИП) в инфракрасном (ИК) диапазоне спектра требуются прозрачные оптические пленки с различными коэффициентами преломления и малым поглощением в указанной области спектра. Известно, что халькогенидные пленки на основе сульфидов, селенидов и теллуридов являются перспективными пленкообразующими материалами для изготовления широкополосных ИП различного назначения. Несмотря на хорошие эксплуатационные характеристики и малые оптические потери, многие из них не получили должного распространения. Одной из причин этого является отсутствие данных по оптическим константам (ОК) пленок этих веществ, которые сильно зависят от способа и условий изготовления и отличаются от ОК исходных монокристаллов.

Необходимость учета дисперсии показателей преломления и коэффициентов поглощения пленкообразующих веществ при синтезе многослойных ИП приводит к проблеме создания базы данных по оптическим константам тонких пленок.

Цель настоящей работы заключается в разработке универсальных программ и на их основе методик синтеза широкополосных покрытий различного назначения для ближнего и среднего ИК-диапазона спектра. Разработанные методики позволят синтезировать реализуемые на практике широкополосные спектро- и светоделительные покрытия на основе различных пленкообразующих материалов при минимальных затратах машинного времени.

Для решения поставленной задачи требовалось:

- провести анализ существующих методов синтеза и оптимизации покрытий,

разработать универсальную программу для синтеза интерференционных покрытий различного типа, которая позволит находить структуры реализуемых на практике покрытий с требуемыми спектральными характеристиками в реальном масштабе времени,

- разработать методики синтеза широкополосных спектро- и светоделительных покрытий на основе универсальной программы синтеза,

- разработать методики и программы для расчета оптических констант пленкообразующих веществ в широком спектральном диапазоне,

- провести исследования пленкообразующих веществ на основе халькогенидных соединений в диапазоне от 2 до 15 мкм,

- создать базу данных по оптическим константам тонких пленок и включить ее в универсальную программу для синтеза покрытий с целью учета дисперсии показателей преломления и коэффициентов поглощения пленок,

- провести исследования влияния легирующих добавок на пленки ВаР2 и получить толстые пленки, прозрачные не только в инфракрасном, но и в видимом диапазоне спектра,

- синтезировать, изготовить и исследовать широкополосные спектро- и светоделительные покрытия для ИК - диапазона спектра.

Положения, выносимые на защиту.

1. Составлена универсальная программа синтеза интерференционных покрытий различного назначения. В отличие от аналогов, в программе впервые предусмотрена возможность учета дисперсии показателей преломления и коэффициентов поглощения используемых пленкообразующих материалов на всем рассматриваемом участке спектра.

2. На основе созданной программы разработаны методики синтеза широкополосных спектро- и светоделительных покрытий ИК-диапазона спектра, позволяющих синтезировать реализуемые на практике покрытия с требуемыми спектральными характеристиками при минимальных затратах машинного времени.

3. Разработаны методики и программы для определения ОК пленок по спектрам пропускания и отражения в широкой области спектра при наличии сильных полос поглощения и определены оптические константы (ОК) пленок АБ^ез, АэгБз, РЪБе, РЬР2, ВаР2, веТе и РЬТе.

4. Создана база данных по оптическим константам (ОК) пленкообразующих веществ на основе литературных данных и оригинальных исследований. База данных включена в универсальную программу для синтеза интерференционных покрытий различного типа.

5. Проведены исследования влияния легирующих добавок на оптические характеристики пленок ВаР2 и получены пленки, прозрачные в инфракрасном и видимом диапазонах спектра. На их основе синтезированы, изготовлены и исследованы спектроделительные покрытия для разделения излучения Не-№ и С02 лазеров.

6. Синтезированы, изготовлены и исследованы широкополосные спектро- и светоделительные покрытия для ИК-диапазона спектра на подложках из ЫаС1, КВг и гпЯе.

Научная новизиа и практическая ценность работы заключается в: - разработке программного обеспечения для синтеза интерференционных покрытий различного назначения;

- разработке методик синтеза широкополосных спектро- и светоделительных покрытий на основе созданного программного обеспечения;

- синтезе широкого класса спектро- и светоделительных покрытий и практической реализации некоторых из этих покрытий;

- создании спектрофотометрических методик изучения оптических констант, основанных на численных методах и позволяющих исследовать в широком спектральном интервале пленки, спектры которых содержат сильные полосы поглощения;

- исследовании оптических констант пленок АБ^ез, Аз283, РЬБе, РЬР2, ВаБ2, ОеТе и РЬТе в широком спектральном интервале;

- исследовании влияния легирующих добавок на оптические характеристики пленок ВаР2 и получении пленок, прозрачных в инфракрасном и видимом диапазонах спектра;

- синтезе, изготовлении и исследовании покрытий для разделения излучения Не-№ и С02 лазеров, полученных на основе пленок ВаР2 с легирующими добавками.

Личный вклад автора. Основная часть теоретических и экспериментальных исследований выполнена автором самостоятельно. Формулировка направлений исследований, обсуждение и интерпретация результатов проводились совместно с научным руководителем.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на международных научных конференциях

"Оптика лазеров - 98" (Санкт-Петербург, 22-26 июня 1998 г.) и "Оптика лазеров - 2000" (Санкт-Петербург, 26-30 июня 2000 г.), на I, II и III Научных сессиях аспирантов, докторантов и соискателей Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения (13-17 апреля 1998 г., 12-16 апреля 1999 г., 10-14 апреля 2000 г., СПбГУАП). Содержание работы опубликовано в 10 научных трудах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Изложена на 178 страницах машинописного текста, включая 56 рисунков и 25 таблиц. Список цитируемых литературных источников содержит 89 библиографических ссылок.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ. Отражена актуальность и новизна диссертационной работы. Сформулированы ее цель и защищаемые положения. Дано краткое описание диссертационной работы.

ГЛАВА 1. Анализ и синтез интерференционных покрытий

В первой главе описываются разработанные автором программное обеспечение и методики синтеза ИП различного назначения. Первый раздел главы посвящен обзору методов решения задач анализа и синтеза интерференционных покрытий и методов оптимизации структур синтезируемых покрытий. Прогресс в развитии скорости обработки информации персональными компьютерами и появление сред визуального программирования позволяет выбрать необходимые оптимизационные методы при написании программ для расчета многослойных покрытий с заданными оптическими характеристиками.

Во втором разделе рассмотрена теория расчета спектральных характеристик тонкопленочных покрытий, базирующаяся на электромагнитной теории и матричном методе.

В третьем разделе дано описание разработанной автором оригинальной программы для анализа и синтеза покрытий различного типа на основе комбинации аналитических и численных методов. Главное преимущество программы заключается в том, что впервые при расчетах учтены дисперсии показателей преломления и коэффициентов поглощения пленок, а высокое быстродействие, удобный интерфейс и диалоговый режим работы позволяют пользователю конструировать и корректировать синтезируемые покрытия из реальных материалов при малых затратах времени и находить устойчивые решения. На основе проведенного в первом разделе обзора аналитических, машинных и комбинированных методов для анализа и синтеза ИП были выбраны следующие методы:

1) для анализа спектральных характеристик ИП - матричный, на основе которого базируется концепция эквивалентных слоев;

2) для развития методики синтеза - метод, предложенный ОоЬгоУоЬк! 1А. и Рю^оуэкл Б.Н.С. для конструирования фильтров и модифицированный применительно к широкополосным просветляющим покрытиям для ИК-диапазона спектра,

3) методы оптимизации - случайного перебора с переменным шагом поиска и метод квадратичной аппроксимации Пауэлла.

В четвертом разделе изложена методика решения задач синтеза интерференционных покрытий различного типа при использовании разработанного программного обеспечения. В основе предлагаемой методики лежит минимизация функции качества, зависящей от конструктивных параметров покрытия - толщин и показателей преломления слоев. Для нахождения минимума функции качества используется метод случайного перебора в диалоговом режиме с ЭВМ с переменным шагом поиска. Предусмотрено использование точек задаваемого спектра с требуемыми статистическими весовыми

коэффициентами. Для обеспечения лучшей сходимости функции в программе реализован также и метод квадратичной аппроксимации Пауэлла. На определенном этапе синтеза предусмотрена возможность замены слоев на эквивалентные. Приведены примеры синтеза широкополосных светоделительных и просветляющих покрытий.

В пятом разделе проведен сравнительный анализ результатов синтеза ИП покрытий, взятых автором из литературных источников и синтезированных с использование разработанных методик. Проведенный анализ наглядно демонстрирует преимущества разработанной методики и программного обеспечения. Учет в программе дисперсии оптических характеристик пленкообразующих веществ исключает вызываемые ими значительные ошибки, которые допускали исследователи ранее.

ГЛАВА 2. Исследование оптических констант тонких пленок н создание базы данных

Во второй главе описаны исследования оптических констант пленкообразующих материалов. Первый раздел главы посвящен рассмотрению существующих методов исследования оптических констант пленок. Под ОК подразумеваются показатели преломления п и поглощения к, которые определяют величину комплексного показателя преломления Ы=п - ¡к.

Во втором разделе представлено исследование оптических констант (ОК) пленок фторидов ВаР2, РЬР2, 8гР2, УР3 и халькогенидов на основе сульфидов и селенидов Аэ^, Аэ^ез, РЬБе, которые являются перспективными пленкообразующими материалами для изготовления широкополосных ИП, разными методами. Их ОК сильно зависят от способа и условий изготовления и отличаются от ОК исходных монокристаллов.

Третий раздел содержит описание исследования ОК пленок РЬТе и СеТе - по методикам и программам для определения ОК тонких пленок в

широком спектральном интервале и при наличии сильных полос поглощения. Оригинальные результаты исследований, полученные лично автором или с его участием, приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1.

Оптические константы пик пленок Аэ^з, АвгБез, РЬР2, ВаР2 в диапазоне 2-11 мкм

АБА АвгБез РЬР2 ВаР2

>.,мкм 2-8 2-8 3,5-8 10,6 3 10,6

п 2,318-2,298 2,681-2,660 1,714-1,685 1,62 1,45 1,37

к 0,003-0,006 0,0002-0,002 0,001-0,0016 5Х10"4 0,014 0,002

Таблица 2.

Оптические константы пленок РЬТе, веТе, РЬБе в диапазоне 2-10 мкм

Я.,мкм РЬТе веТе РЬ8е (1подл=20°С) РЬЗе* Оподл* =70°С)

4,20-8,19 2,47-9,68 2,2-8,2 2,4-5,8

п 5,613-4,874 3,567-3,457 3,219-2,742 3,777-4,045

к 0,002-0,000 0,0005-0,003 0,1-0,25 0,15-0,07

<С1>, МКМ 1,246 1,398 1,36 0,768

<Л> - среднее значение геометрической толщины пленки.

В четвертом разделе изложены результаты исследования влияния легирующих добавок М§Р2 и СаР2 на оптические свойства пленок ВаР2.

В пятом разделе описана используемая автором в программном обеспечении база данных. Она создана как на основе оригинальных

исследований автора, так и с использованием литературных источников по ОК пленкообразующих материалов.

ГЛАВА 3. Разработка и исследование широкополосных покрытий различного назначения

Третья глава посвящена синтезу, разработке и исследованию широкополосных спектро- и светоделительных покрытий для ИК-диапазона спектра. В первом разделе главы описывается использованная технология изготовления и методики исследования спектральных характеристик интерференционных покрытий.

Второй раздел главы посвящен описанию методики синтеза широкополосных светоделительных покрытий (СВДП) на традиционных для ИК-диапазона спектра подложках. На первом этапе синтеза находятся базовые структуры на основе 2-, 3-, 4-слойных покрытий из пленок с произвольным значением коэффициента преломления в диапазоне от 1,35 до 4,5. Спектры базовых структур представлены на рис. 1. Структуры покрытий приведены в подписях к рисункам.

На следующих этапах синтеза проводится замена пленок с произвольным показателем преломления на эквивалентные структуры или пленки с близким значением показателя преломления. На рис. 2 приведены примеры синтезированных светоделительных покрытий в диапазоне 2.5-15 мкм на подложках из селенида цинка и бромида калия.

Ш0

Рис.1. Расчетные зависимости коэффициента пропускания Т(А/Ац) светоделительных покрытий с Тэталон=50%. Базовые структуры покрытий на подложке с пподл= 1,52 на первом этапе синтеза: 1 -«/=3,966, Л/=1,023, «2=1,350, /2^=1,047; 2 - «/=1,931, ¿/=0,928, «¿=2,737, /г2=0,547, «5=4,081, ^=0,818; 3 - «/=1,733, ¿/=1,161, и7=2,152, /г2=1,075, «З=2,938, ¿5=1,019, «/=4,495, Л<= 1,047.

Т, (%)

500 1500 2500 3500

см"1

Рис.2. Расчетные зависимости коэффициента пропускания Т(к) светоделительных покрытий с Тэталон=50% на подложках из: 1 - КВг, 2 -1пБе. Структуры покрытий:

1- 2,37Ь 1,86Н 4,41Ь 3,87Н' 0,72Ь 1,95Н' 0,84Ь' 0,81Н" 1,14Ь' 1,08Н"';

2- 4,52Н' 4,22Ь' 4,ЗЗН"'; где Ь- ВаГ2, V- веТе, Н- Аэ^з, Н'- Ж&з, Н"-РЬТе, Н'"- Се.

В третьем разделе описаны методики синтеза широкополосных спектроделительных покрытий (СГТДП). В качестве базовых структур при синтезе спектроделительных покрытий используется набор зеркала из четвертьволновых пленок. Для увеличения пропускания в требуемой области спектра зеркала обрамляются 2-3 слоями пленок, толщины и коэффициенты которых находятся с помощью разработанной программы синтеза. Далее найденные пленки заменяются на эквивалентные структуры из реальных пленкообразующих материалов. На рис. 3.1 и 3.2 приведены примеры синтеза двух зеркал для спектроделительного

покрытия на подложке из кремния, отрезающего коротковолновую часть спектра, начиная с 7 мкм, а в таблице 3 — структуры зеркал. На рис.3.3 представлен спектр реально изготовленного покрытия. Синтезированные СПДП изготавливались и использовались в охранных системах, реагирующих на присутствие человека и в системах контроля нагрева тормозных букс железнодорожных вагонов.

Таблица 3.

Структуры синтезированных зеркал 1 и 2 на подложке из 81.

№ слоя 1 зеркало 2 зеркало

Материал Оптическая толщина (ь/4) Материал Оптическая толщина (ь/4)

1 рьр2 2,926 РЬТе 0,450

2 РЬТе 4,198 гпб 2,510

3 рьб2 4,900 РЬТе 3,278

4 РЬТе 4,900 рьб2 2,500

5 рьб2 4,900 РЬТе 2,500

6 РЬТе 4,900 ?Ъ¥2 2,500

7 ?Ъ¥2 4,900 РЬТе 2,500

8 РЬТе 4,900 РЬР2 2,500

9 РЬР2 4,900 РЬТе 2,500

10 РЬТе 4,900 ?Ъ¥2 2,500

11 рьб2 4,900 РЬТе 2,500

12 РЬТе 0,225 рьб2 2,500

13 гпб 5,254 РЬТе 1,833

14 - - РЬБг 8,700

15 - - 2п8 0,935

Ь=1 - приведенная оптическая толщина.

100 90 80 70 60 Н 50 40 30 20 10

0

2 4 6 8 10 12 14

А,,мкм

Рис.3. Расчетные зависимости коэффициента пропускания Т(Л) зеркал 1 и 2 на подложке из 81.; 3 - спектр Т(Я) спектроделительного покрытия на подложке из изготовленного на основе зеркал 1 и 2.

В четвертом разделе описаны примеры синтеза покрытий, работающих на длинах волн 10,6 мкм и 0,63 мкм одновременно. Речь идет о реализации задачи разделения излучения ССЬ и Не-№ лазеров с помощью ИП, пропускающих (или отражающих) излучение С02 лазера и отражающих (или пропускающих) излучение видимого диапазона, в том числе излучение Не-Ые лазеров. Синтез и изготовление таких структур возможен на основе легированных пленок ВаР2, работающих в видимом и ИК-диапазонах спектра. Приведены примеры синтеза и практической реализации таких покрытий.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Составлена универсальная программа, реализующая синтез интерференционных покрытий различного назначения. Использование средств визуального программирования и вычислительных машин последнего поколения, продуманный интерфейс программы и предусмотренный диалоговый режим работы пользователя привели к сокращению затрат машинного времени на решение поставленной задачи. Разработанная программа написана на языке Object Pascal в среде Delphi и функционирует под управлением операционных систем Windows 95, 98, 2000 или Windows NT.

2. Развита поэтапная методика синтеза широкополосных ИП для ИК диапазона спектра, основанная на концепции эквивалентных слоев. В отличие от предшествующих методик, в разработанных автором методике и программе упрощена процедура выбора начального приближения структуры синтезируемого покрытия, сокращено число этапов синтеза, уменьшена степень допускаемых ошибок при расчетах за счет использования базы данных по дисперсии ОК пленкообразующих материалов.

3. Проведены исследования оптических констант (ОК) пленок наиболее перспективных материалов в ИК области спектра. Определены ОК пленок ZnSe, ZnS, BaF2, PbF2, SrF2, NaF, KC1 на длинах волн X = (0.90^-0.94) мкм и к = 10,6 мкм. Исследованы ОК пленок AS2S3, AS2Se3, PbF2, BaF2, YF3 и PbSe в диапазоне 2-И 1 мкм, а ОК пленок GeTe и РЬТе в диапазоне спектра 2-15 мкм -.

4. Создана база данных по оптическим константам тонких пленок с учетом технологии их изготовления, которая позволяет учесть вызываемые ими ошибки в расчетах синтезируемых покрытий. База данных использована в разработанной программе синтеза ИП. В базе использованы не только данные, взятые из литературных источников, но

и оригинальные результаты исследования для пленок As2S3i As2Se3 и GeTe в области спектра 2-12 мкм.

5. Созданы универсальные методики вычисления ОК пленок и подложек по спектрам пропускания и отражения чистой подложки и пленки, напыленной на подложку. Данные методики основаны на численных методах решения систем нелинейных уравнений и позволяют исследовать пленки в широких спектральных диапазонах при наличии сильных полос поглощения.

6. Составлены программы для ПЭВМ типа IBM-PC, поддерживающие разработанные методики вычисления ОК. Для написания программ использовался язык программирования Object Pascal в среде Delphi.

7. Рассмотрена проблема, связанная с использованием легированных пленкообразующих материалов с измененными соответствующим образом оптическими свойствами для изготовления интерференционных покрытий. На основе легированных пленок BaF2 синтезированы, изготовлены и исследованы спектроделительные покрытия, работающие в среднем инфракрасном и видимом диапазонах спектра одновременно.

8. Найдены базовые структуры синтезированных интерференционных покрытий в диапазоне спектра 2-20 мкм на подложках из КВг, CaF2, ZnSe и NaCl. По некоторым из них реализованы на практике и исследованы покрытия для ИК-диапазона спектра с оптическими параметрами, максимально приближенными к заданным, что демонстрирует эффективность разработанных методик и универсальной программы.

9. Синтезированы и реализованы на практике спектро- и светоделительных покрытия в спектральном интервале 2,5-20 мкм. Эти

покрытия использовались в фурье-спектрометрах, системах обнаружения человека и первичных очагов пожара.

10. На основе легированных пленок BaF2 синтезированы и изготовлены спектроделительные покрытия, разделяющие излучение С02 и He-Ne лазеров.

Результаты диссертации изложены в следующих публикациях:

1. Котликов E.H., Громов Д.Н., Иванов В.А., Хонинева Е.В. и др. Разработка и исследование интерференционных покрытий оптических элементов резонаторов лазеров. Отчет НИР-435. Гос. регистрационный № 01910057519// СПб: ГААП, 1992,- 43 с. (на правах рукописи)

2. Котликов E.H., Коваленко И.И., Иванов В.А., Хонинева Е.В. и др. Изучение инфракрасного поглощения в пленках фторидов. Отчет НИР-53-148-5. Гос. регистрационный № 01920013185 // СПб: ГААП, 1992. - 22 с. (на правах рукописи)

3. Хонинева Е.В. Синтез широкополосных спектроделительных покрытий для видимого и ИК диапазонов спектра // Первая научная сессия аспирантов ГУАП. Сборник докладов СПбГУАП 13-17 апреля 1998 года. Под общ.ред. В.В.Изранцева. П26 УДК 001.8. СПб, ГУАП, 1998. -С.389-391.

4. Е. Kotlikov, Е. Khonineva. Broadband spectrum selective coatings for laser systems // Technical Program. IX Conference on Laser Optics. St.Petersburg. June, 22-26, 1998. P.45.

5. Хонинева Е.В. Синтез широкополосных светоделительных покрытий для ИК диапазона спектра // Вторая научная сессия аспирантов ГУАП: Тезисы докладов СПбГУАП 12-16 апреля 1999 года. П26 УДК 001.8. СПб, ГУАП, 1999. С.87.

6. Котликов E.H. Прокашев В.Н., Семенов С.К., Хонинева Е.В. и др. Исследование дисперсионных констант оптических пленок в объеме и на

границе для ИК_области спектра. Отчет НИР-53-00-293-5. Гос. регистрационный № 01950002608 // СПб: ГУАП, 1999. - 36 с. (на правах рукописи)

7. Е. Kotlikov, Е. Khonineva. Broadband spectrum selective coatings for laser systems //Proceedings of SPIE, 1999. - Vol. 3682. - P. 196-200.

8. Коптиков E.H., Иванов B.A., Погарева В.Г., Хопииева Е.В. Исследование оптических констант пленок из теллуридов свинца и германия // Оптика и спектроскопия. -2000. - Т.88.- № 5.-С.795-977.

9. E.N. Kotlikov, V.N. Prokashev, Е. V. Khonineva. Synthesis of unstable resonators output mirrors with phase front compensation // Technical Program. X Conference on Laser Optics. St.Petersburg, Russia. June, 26-30, 1998. P.25.

10. Хонинева Е.В. Синтез широкополосных спектро- и светоделительных покрытий для ИК диапазона спектра // Третья научная сессия аспирантов ГУАП. Тезисы докладов. 10-14 апреля 2000 года. П26 УДК 001.8. СПб, ГУАП, 2000. - С. 180 -182.

Отпечатано с оригинал-макета 09.11.2000. Формат 60x84/16. Тираж 100 экз.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Анализ и синтез интерференционных покрытий.

Введение.

1.1 .Обзор методов анализа и синтеза интерференционных покрытий.

1.2.Теория расчета спектральных характеристик тонкопленочных покрытий.

1.3. Программа для анализа и синтеза интерференционных покрытий.

1.4. Методика синтеза интерференционных покрытий.

1.5. Сравнительный анализ результатов синтеза покрытий, полученных разными методами.

2.1. Методы исследования оптических констант.73

2.2. Исследование ОК пленок фторидов и халькогенидов на основе сульфидов и селенидов.79

2.3. Исследование ОК пленок из теллуридов свинца и германия.99

2.4.Исследование оптических свойств легированных пленок фторида бария.108

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Спектро и светоделительные покрытия успешно используются в оптическом приборостроении, лазерной физике, аппаратуре для космических исследований, фурье-спектроскопии и других областях науки и техники. Исключительные возможности в отношении формирования требуемых спектральных кривых, незначительная масса и относительная простота реализации, обусловили их широкое применение. Однако, вопросы теории синтеза и технологии изготовления таких покрытий на современном уровне развития недостаточно изучены и разработаны. В частности, в литературе практически отсутствует обсуждение универсальных методов синтеза покрытий в широком диапазоне спектра с использованием возможностей персональных ЭВМ последнего поколения.

Для реализации широкополосных интерференционных покрытий (ИП) в инфракрасном (ИК) диапазоне спектра требуются прозрачные оптические пленки с различными коэффициентами преломления и малым поглощением в указанной области спектра. Известно, что халькогенидные пленки на основе сульфидов, селенидов и теллуридов являются перспективными пленкообразующими материалами для изготовления широкополосных ИП различного назначения. Несмотря на хорошие эксплуатационные характеристики и малые оптические потери, многие из них не получили должного распространения. Одной из причин этого является отсутствие данных по оптическим константам (ОК) пленок этих веществ, которые сильно зависят от способа и условий изготовления и отличаются от ОК исходных монокристаллов. Необходимость учета дисперсии показателей преломления и коэффициентов поглощения пленкообразующих веществ при синтезе многослойных ИП приводит к проблеме создания базы данных по оптическим константам тонких пленок.

Цель настоящей работы заключается в разработке универсальных программ и на их основе методик синтеза широкополосных покрытий различного назначения для ближнего и среднего ИК-диапазона спектра. Разработанные методики позволят синтезировать реализуемые на практике широкополосные спектро- и светоделительные покрытия на основе различных пленкообразующих материалов при минимальных затратах машинного времени.

Для решения поставленной задачи требовалось:

- провести анализ существующих методов синтеза и оптимизации покрытий, разработать универсальную программу для синтеза интерференционных покрытий различного типа, которая позволит находить структуры реализуемых на практике покрытий с требуемыми спектральными характеристиками в реальном масштабе времени,

- разработать методики синтеза широкополосных спектро- и светоделительных покрытий на основе универсальной программы синтеза,

- разработать методики и программы для расчета оптических констант пленкообразующих веществ в широком спектральном диапазоне,

- провести исследования пленкообразующих веществ на основе халькогенидных соединений в диапазоне от 2 до 15 мкм,

- создать базу данных по оптическим константам тонких пленок и включить ее в универсальную программу для синтеза покрытий с целью учета дисперсии показателей преломления и коэффициентов поглощения пленок,

- провести исследования влияния легирующих добавок на пленки ВаБг и получить толстые пленки, прозрачные не только в инфракрасном, но и в видимом диапазоне спектра,

- синтезировать, изготовить и исследовать широкополосные спектро - и светоделительные покрытия для ИК - диапазона спектра.

Положения, выносимые на защиту.

1. Составлена универсальная программа синтеза интерференционных покрытий различного назначения. В отличие от аналогов, в программе впервые предусмотрена возможность учета дисперсии показателей преломления и коэффициентов поглощения используемых пленкообразующих материалов на всем рассматриваемом участке спектра.

2. На основе созданной программы разработаны методики синтеза широкополосных спектро- и светоделительных покрытий ИК-диапазона спектра, позволяющих синтезировать реализуемые на практике покрытия с требуемыми спектральными характеристиками при минимальных затратах машинного времени.

3. Разработаны методики и программы для определения ОК пленок по спектрам пропускания и отражения в широкой области спектра при наличии сильных полос поглощения и определены оптические константы (ОК) пленок М^ез, МА, РЬЭе, ?Ъ¥2, Ва¥2, ОеТе и РЪТе.

4. Создана база данных по оптическим константам (ОК) пленкообразующих веществ на основе литературных данных и оригинальных исследований. База данных включена в универсальную программу для синтеза интерференционных покрытий различного типа.

5. Проведены исследования влияния легирующих добавок на оптические характеристики пленок ВаГ2 и получены пленки, прозрачные в инфракрасном и видимом диапазонах спектра. На их основе синтезированы, изготовлены и исследованы спектроделительные покрытия для разделения излучения Не-Ые и СО2 лазеров.

6. Синтезированы, изготовлены и исследованы широкополосные спектро- и светоделительные покрытия для ИК-диапазона спектра на подложках из ЫаС1, КВг и 2п8е.

Научная новизна и практическая ценность работы заключается в: разработке программного обеспечения для синтеза интерференционных покрытий различного назначения;

- разработке методик синтеза широкополосных спектро- и светоделительных покрытий на основе созданного программного обеспечения;

- синтезе широкого класса спектро- и светоделительных покрытий и практической реализации некоторых из этих покрытий;

- создании спектрофотометрических методик изучения оптических констант, основанных на численных методах и позволяющих исследовать в широком спектральном интервале пленки, спектры которых содержат сильные полосы поглощения;

- исследовании оптических констант пленок АБ28ез, АвгБз, РЬБе, РЬР2, ВаР2, ОеТе и РЬТе в широком спектральном интервале;

- исследовании влияния легирующих добавок на оптические характеристики пленок ВаР2 и получении пленок, прозрачных в инфракрасном и видимом диапазонах спектра;

- синтезе, изготовлении и исследовании покрытий для разделения излучения Не-Ме и С02 лазеров, полученных на основе пленок ВаР2 с легирующими добавками.

Личный вклад автора. Основная часть теоретических и экспериментальных исследований выполнена автором самостоятельно.

Формулировка направлений исследований, обсуждение и интерпретация результатов проводились совместно с научным руководителем.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на международных научных конференциях "Оптика лазеров - 98" (Санкт-Петербург, 22-26 июня 1998 г.) и "Оптика лазеров -2000" (Санкт-Петербург, 26-30 июня 2000 г.), на I, II и III Научных сессиях аспирантов, докторантов и соискателей Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения (1317 апреля 1998 г., 12-16 апреля 1999 г., 10-14 апреля 2000 г., СПбГУАП). Содержание работы опубликовано в 10 научных трудах [44, 49, 55-57, 8589].

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Изложена на 180 страницах машинописного текста, включая 34 рисунка и 28 таблиц. Список цитируемых литературных источников содержит 89 библиографических ссылок. Содержание работы. В первой главе описывается разработанные автором программное обеспечение и методики синтеза ИП различного назначения. Первый раздел главы посвящен обзору методов решения задач анализа и синтеза интерференционных покрытий и методов оптимизации структур синтезируемых покрытий. Прогресс в развитии скорости обработки информации персональными компьютерами и появление сред визуального программирования позволяет выбрать необходимые оптимизационные методы при написании программ для расчета многослойных покрытий с заданными оптическими характеристиками.

2.3.3. Результаты исследования пленок из РЬТе и СеТе. На рис. 2.3.1. представлены экспериментально полученные спектральные зависимости: пропускания подложки (1) и системы пленка-подложка (2); отражения подложки (4) и системы П-П (3); поглощения А^ЮО-Я-Т (5). Спектры А относятся к исследованиям ОК пленки из ОеТе (<12~1.4 мкм), спектры В - пленки из РЬТе (с!2~1.25), напыленных на подложки из 2п8е с геометрическими толщинами 4.6 мм и 1.95 мм соответственно. Рис.2.3.2. демонстрирует спектры поглощения А (А=100-К-Т) от длины волны А, для пленок ОеТе (1) и РЬТе (2), напыленных на подложки из 2п8е, а также спектры поглощения А данных подложек (3 и 4) без пленочных покрытий.

При использовании описанной выше методики были получены искомые зависимости показателя преломления и поглощения пленок из РЬТе и ОеТе от длины волны в спектральном диапазоне от 2 до 15 мкм. (рис.2.3.3 и 2.3.4 соответственно). Анализ усредненных с учетом погрешности расчета дисперсионных зависимостей позволяет сделать вывод, что для пленок ОеТе спектральный диапазон до 2 мкм, а для РЬТе - до 5 мкм характеризуется высокими показателями преломления и поглощения. Для пленок РЬТе имеются два спектральных участка (приблизительно от 5 до 5,9 мкм и от 8,5 до 11 мкм), в пределах которых рассматриваемые пленки являются прозрачными для ИК излучения С02-лазера. Во всем исследуемом спектральном интервале от 4 до 12 мкм, за исключением участка 6-7 мкм, показатель преломления теллурида свинца

103

РЬТе убывает от 5,2 до 5,0, а для пленок теллурида германия ОеТе в интервале от 3,5 до 13 мкм - от 3,7 до 3,3. Пленки ОеТе не имеют полос поглощения в области 3 и 6,5 мкм, обусловленных полосами поглощения абсорбированной воды и гидроксильной группы ОН , что свидетельствует о высокой плотности пленок. Оценку плотности пленок РЬТе по полосе поглощения воды в области 3 мкм провести невозможно из-за наличия собственной полосы поглощения в области 3 мкм. В области свыше 12 мкм для обоих рассматриваемых материалов наблюдаются полосы поглощения, обусловленные примесями окислов свинца и германия. Адгезия пленок к подложке проверялась тестом на «скотч», показавшим положительные результаты.

Прозрачность в указанных спектральных интервалах, а также хорошая адгезия с подложками, механическая прочность, влагоустойчивость, простота изготовления пленок высокого качества позволяют сделать вывод, что исследуемые пленкообразующие материалы РЬТе и ОеТе являются перспективными для среднего ИК -диапазона спектра.

Х,мкм

Рис.2.3.1. Спектральные зависимости: Т(Х-) подложки П (1) и системы Пл-П (2); Л(А) подложки (4) и системы Пл-П (3); поглощения А=100-Е1-Т (5). А- для пленки из веТе (с12~1.4 мкм), В- для пленки из РЬТе (с!2~1.25).

105

5 4 2

1 0 з

А 3 д д/ а Агт* 1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Х,м<м

1 2

I*

2 1

V 1

1

7 8 9 А,м<м

10 11 12 13 14 15

Рис.2.3.2. Спектры поглощения А (А=100-Я-Т) от длины волны X для пленок веТе (1) и РЬТе (2), напыленных на подложки из ZnSe, а также спектры поглощения А данных подложек (3 и 4) без пленочных покрытий.

107

5.0 4.5 4.0 с 3.5 3.0 2.5 2.0

7 9 Л,,мкм

1

V —

1 - - -- --1 1 2 - —

11

13

0.6 0.5 0.4 0.3 * 0.2 0.1 0.0

15

Рис.2.3.4. Зависимости показателя преломления п (1) и показателя поглощения к (2) от длины волны Я для пленки из веТе. Оптические константы пленки получены (ТД)- методом.

2.4. Исследование оптических свойств легированных пленок фторида бария

2.4.1. Обзор литературы по исследованию влияния легирующих добавок на оптические свойства тонких пленок

Для реализации широкополосных интерференционных покрытий в видимой и инфракрасной областях спектра требуются прозрачные оптические пленки с различными коэффициентами преломления и малым поглощением. Перспективные для этого пленки фторидов бария, кальция, стронция при суммарных оптических толщинах более 3-5 мкм в многослойных покрытиях мало прозрачны в видимой части спектра из-за потерь на рассеивание.

Для получения пленок с заданными оптическими свойствами (например, показателем преломления) можно использовать совместное напыление различных веществ [64]. Изготовленные по такой технологии пленки часто обладают более высокими механическими и оптическими свойствами. Например, структурные исследования совместно напыленных пленок Се02 и СеР3 показали, что они имеют более тонкую структуру, чем пленки отдельных компонентов смеси. В настоящее время широко используются пленки из смесей фторидов и смесей окислов для уменьшения рассеяния света в пленках [65].

В [64] приведены также и результаты исследования пленок из смеси германия ве с 2п8 и ве с М^^. Пленки были получены одновременным напылением из двух отдельных испарителей. Было установлено, что пленки из смеси Ge+ZnS относительно мягкие и гигроскопичные. В этом отношении лучшими характеристиками обладает система Ое+М£р2. Отметим, что эти эксперименты проводились с целью получения пленок с промежуточными значениями показателей преломления.

В [66] уделено внимание проблеме влияния примесей ВаР2, М^Р2, Се02, ZnS и 81 на свойства пленок германия. Автор ставил задачу -получить мелкозернистые пленки германия. Исследовались пленки при малых концентрациях (1-г5%) примесей. Использование смеси Ое+81 оказалось наиболее перспективным способом получения пленок высокого качества [67]. На основе этих результатов были разработаны, изготовлены и изучены интерференционные покрытия из слоев ZnSe и слоев ве, легированного кремнием 81, для волноводных С02-лазеров. В работе приводятся данные о влиянии условий осаждения (температуры подложки и скорости напыления), а также концентрации 81 в исходной смеси Ое+81 на поглощение и структуру покрытий. Показано, что поглощение пленок Ое связано с наличием дефектов - в виде узлов или, точнее, капель, наблюдаемых в растровом электронном микроскопе (чем больше дефектов, тем больше поглощение), и предложен способ для уменьшения поглощения в пленках Ое путем совместного напыления Ое и 81. Этот способ позволяет уменьшить поглощение в пленках германия в инфракрасной области спектра на порядок при использовании оптимальной пропорции Ое и по сравнению с пленками чистого германия. Таким образом, легирование пленок германия кремнием снижает число "узелковых" дефектов и одновременно снижает поглощение в пленках.

Статья [68] содержит анализ механизма оптических потерь в пленках германия и зеркалах из пленок германия Ое, легированного селенидом цинка 2п8е. Потери в пленках Ое в ИК-области спектра обусловлены поглощением, которое, в свою очередь, является следствием разупорядоченной структуры пленок, характеризуемой наличием большого количества "узелковых" ("капельных") дефектов. Уменьшение числа подобных дефектов в структуре пленок приводит к уменьшению поглощения в них, которое слабо зависит от длин волн в диапазоне 3-12 мкм. Образование дефектов в [68] объясняется на основе термодинамического рассмотрения конденсации пересыщенного пара на подложке, а факт снижения роста "капельных" дефектов при легировании материала пленки - на основе классической теории гетерогенного образования зародышей.

Давление насыщенных паров над поверхностью с радиусом кривизны г при температуре Т имеет вид р1=р0ехр(Ост/гкТ), (2.4.1) где - атомный объем, а - поверхностное натяжение, ро - давление насыщенных паров над плоской поверхностью, р! - давление насыщенных паров над поверхностью с радиусом кривизны г. На начальной стадии зародышеобразования на поверхности образуется множество зародышей сферической формы. Преимущественное их образование происходит на дефектах структуры подложки или пленки. Они растут, коалесцируют и образуют сплошную пленку. Если в какой-то момент времени часть зародышей имеет большие размеры, то в дальнейшем эти зародыши могут расти быстрее в условиях пересыщенного пара. В теории термодинамики это соответствует состоянию неустойчивого равновесия, в котором находится набор капель различного размера, окруженный насыщенным паром. Мелкие капли, обладающие избыточной энергией, связанной с поверхностным давлением (см. формулу 2.4.1), будут испаряться, а на крупных каплях будет происходить конденсация.

С увеличением размеров капель или температуры подложки, а также с уменьшением поверхностного натяжения ст, происходит выравнивание р! и р0, т.е. преимущественный рост дефектов по сравнению с ростом пленки прекращается. Увеличение давления облегчает рост мелких капель, т.е. с ростом скорости осаждения число капельных дефектов должно увеличиваться. Уменьшение поверхностного натяжения ст может быть достигнуто легированием пленки молекулами другого вещества.

Снижение роста капельных дефектов вытекает из классической теории гетерогенного образования зародышей. Присутствие слоя адсорбированной примеси на подложке уменьшает энергию связи адсорбированного мономера, хотя возможен и противоположный эффект. При этом понижается энергия активации и для десорбции, и для поверхностной диффузии. Адсорбированные атомы более активно диффундируют по поверхности и образуют более упорядоченную структуру пленки.

В работе [69] при изучении влияния легирующих добавок на структуру кристаллических вакуумных конденсатов также установлено, что оптические свойства пленок ВаРг+М^Бг и А^з+М^Бг сильно зависят от степени дефектности по фтору, а экспериментально определенная зависимость показателя преломления пленок смеси ВаР2+1У^р2 от процентного соотношения испаряемых компонентов смеси имеет нелинейный характер.

Таким образом, на основании проведенного обзора литературы можно сделать вывод, что уменьшение рассеяния света пленками может быть достигнуто легированием данных пленок молекулами другого вещества.

2.4.2. Постановка задачи

В настоящей работе ставилась задача исследовать оптические характеристики легированных пленок фторидов бария с целью получения пленок, прозрачных в видимом и инфракрасном диапазонах спектра.

Однако, в отличии от предыдущих разделов, здесь не определялись показатели преломления пленок п в широком спектральном диапазоне, а изучалось влияние на п, а также на плотность q пленки фторида бария условий напыления (температура подложки Т5, выбор вещества в качестве примеси и его концентрация).

Нами изучались оптических потери рассматриваемых пленок при использовании легирующих добавок Са¥2 и М£р2 с различной концентрацией. В ходе экспериментов нужно было определить значения оптимальных концентраций СаР2 и М§Р2 в пленках ВаР2, при которых оптические потери снижаются до минимальных, а дальнейшее экспериментальное увеличение концентрации легирующей примеси приводит к увеличению напряжения в пленках и последующему их разрушению. Кроме того, исследовалось влияние примесей на оптическую плотность пленок ВаР2 при различных значениях температуры подложки Т8.

2.4.3. Методика измерения коэффициента преломления.

Используемые нами ранее методики по ОК пленок в настоящем случае были неприменимы по двум причинам: 1) после вынесения на воздух после напыления пленок фторида бария в вакууме их показатель преломления сильно изменяется вследствие абсорбции паров воды, заполняющей поры пленок фторидов [46], 2) целью работы было исследование влияния условий напыления пленок на его оптические свойства, а не определение п в широком спектральном интервале.

Поэтому для измерения коэффициента преломления использовалась другая разработанная нами методика, базирующаяся на известных формулах [70] по определению коэффициентов пропускания и отражения двухслойной пленки. Оптические толщины напыленных слоев составляли величину Л,0/4, где Я,0=0,8 мкм. В качестве подложек использовался кварц КВ с п5 =1,46. Коэффициент отражения однослойной пленки с показателем преломления пн, большим показателя преломления подложки п5, равен

Я, - [(п2н- П0П8)/(ПН2 + п0п5)]2, (2.4.2) где п0 - показатель преломления обрамляющей среды, в общем случае 110=1.

Тогда коэффициент преломления первого слоя пленки, соприкасающегося с подложкой, равен пн = [п8(1(2-4.3) Коэффициент отражения двухслойной пленки Я2 = [(пн2П0-п8пь2)/(пн2п0 + п8пь2)]2 (2.4.4)

Из (2.2.4) следует, что коэффициент преломления второй пленки пь равен

Пь = пн[(1-К2,/2)/((п8(1+Я2,/2))]1/2=[ (1 ,/2)/(( 1 +Я2Й)( 1 -Я.,/2)) ]*

2.4.5)

Коэффициент отражения поверхности с показателем преломления л

Пз равен 11о=[(п5-1)/(пз+1)] -0,03 5, откуда мы определяем коэффициент отражения поверхности, необходимый для определения коэффициента отражения поверхности с одной и двумя пленками:

К^Ко+ЛЫь Яг^+АКг (2.4.6), где ЛИ.! - изменение коэффициента отражения подложки после нанесения первого слоя, АЯ2 - изменение отражения подложки после нанесения второй пленки.

Точность определения пропускания подложки с нанесеннными пленками 5Т=5Т!=5Т2 составляла 0,5%. Пропускание определялось с помощью фотометрической системы контроля. Так как при отсутствии поглощения в пленках

Т^ЬЯь Т2=1-Я2 (2.4.7.), то 8Т=5К=5К1=5К2=0,5%.

Погрешность определения коэффициента преломления для первой пленки равна

5пн = 0,25п81/25КУ[К^(1-К1,/2)] х

X | [(1 - И.!/(1 -Ы^,/2)]Кг+[(1+Я1 /2)/( 1 -Я!Уг)]л | (2.4.8)

Если показатель преломления первой пленки пн лежит в пределах от 2,1 до 2,5, то погрешность определения показателя преломления первой пленки будет равна

5пн=2,6п8К251Ы), 5x0, 03=0,015. (2.4.9)

Таким образом, абсолютная погрешность измерения не превышает

0,02.

Погрешность измерения показателя преломления второй пленки §Пь-5пн[(1-К2К2)/(п3(1+К2/2))]/2+0,25пн5К/(п5^К2^(1+К2^))х х | [(1 1 -Е^2,/2)][(1 1/2)/( 11/2)]5/21 • (2.4.10)

Если показатель преломления второй пленки пь находится в пределах от 1,3 до 1,5, то его погрешность измерения 8пь равна

5пь * 0,65пн+0,85Я «0,015. (2.4.11)

Таким образом, точность измерений показателя преломления данным методом высока и сравнима с точностью измерения показателей преломления другими методами (эллипсометрическими, спектрометрическими и т.д.).

2.4.4. Определение относительной плотности и показателей преломления пленок ВаР2, ZnSe и ХпБ при разных температурах подложки.

Относительная плотность ц определяется отношением плотности пленки pf к плотности массивного образца рт. Относительная плотность (коэффициент упаковки, коэффициент заполнения) связана с показателем преломления массивного образца пт и пленки г^ соотношением [46] д=[(п2г1)/(пУ2)]х[(п2т+2)/(п2т-1)]. (2.4.12)

В таблице 2.1 даны значения относительной плотности пленки фторида бария. За оптическую плотность массивного образца фторида бария принято значение пт=1,47.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Составлена универсальная программа, реализующая синтез интерференционных покрытий различного назначения. Использование средств визуального программирования и вычислительных машин последнего поколения, продуманный интерфейс программы и предусмотренный диалоговый режим работы пользователя привели к сокращению затрат машинного времени на решение поставленной задачи. Разработанная программа написана на языке Object Pascal в среде Delphi и функционирует под управлением операционных систем Windows 95, 98, 2000 или Windows NT.

2. Развита поэтапная методика синтеза широкополосных ИП для ИК диапазона спектра, основанная на концепции эквивалентных слоев. В отличие от предшествующих методик, в разработанных автором методике и программе упрощена процедура выбора начального приближения структуры синтезируемого покрытия, сокращено число этапов синтеза, уменьшена степень допускаемых ошибок при расчетах за счет использования базы данных по дисперсии ОК пленкообразующих материалов.

3. Проведены исследования оптических констант (ОК) пленок наиболее перспективных материалов в ИК области спектра. Определены ОК пленок ZnSe, ZnS, BaF2, PbF2, SrF2, NaF, KC1 на длинах волн X = (0.90-0.94) мкм и А, = 10,6 мкм. Исследованы ОК пленок AS2S3, AS2Se3, PbF2, BaF2, YF3 и PbSe в диапазоне 2-11 мкм, а ОК пленок GeTe и РЬТе в диапазоне спектра 2-15 мкм.

4. Создана база данных по оптическим константам тонких пленок с учетом технологии их изготовления, которая позволяет учесть вызываемые ими ошибки в расчетах синтезируемых покрытий. База данных использована в разработанной программе синтеза ИП. В базе использованы не только данные, взятые из литературных источников, но и оригинальные результаты исследования для пленок As2S3( As2Se3 и GeTe в области спектра 2-12 мкм.

5. Созданы универсальные методики вычисления ОК пленок и подложек по спектрам пропускания и отражения чистой подложки и пленки, напыленной на подложку. Данные методики основаны на численных методах решения систем нелинейных уравнений и позволяют исследовать пленки в широких спектральных диапазонах при наличии сильных полос поглощения.

6. Составлены программы для ПЭВМ типа IBM-PC, поддерживающие разработанные методики вычисления ОК. Для написания программ использовался язык программирования Object Pascal в среде Delphi.

7. Рассмотрена проблема, связанная с использованием легированных пленкообразующих материалов с измененными соответствующим образом оптическими свойствами для изготовления интерференционных покрытий. На основе легированных пленок BaF2 синтезированы, изготовлены и исследованы спектроделительные покрытия, работающие в среднем инфракрасном и видимом диапазонах спектра одновременно.

8. Найдены базовые структуры синтезированных интерференционных покрытий в диапазоне спектра 2-20 мкм на подложках из KBr, CaF2, ZnSe и NaCl. По некоторым из них реализованы на практике и исследованы покрытия для ИК-диапазона спектра с оптическими параметрами, максимально приближенными к заданным, что демонстрирует эффективность разработанных методик и универсальной программы.

171

9. Синтезированы и реализованы на практике спектро- и светоделительных покрытия в спектральном интервале 2,5-20 мкм. Эти покрытия использовались в фурье-спектрометрах, системах обнаружения человека и первичных очагов пожара.

10. На основе легированных пленок Ва¥2 синтезированы и изготовлены спектроделительные покрытия, разделяющие излучение С02 и Не-Ие лазеров.

1. Фурман Ш.А. Тонкослойные оптические покрытия. Л.: Машиностроение,-1977.-264 с.

2. Фурман Ш.А. Синтез нейтральных просветляющих покрытий // Оптика и спектроскопия.-1966.-T.21.-B.3.-C.357-364.

3. Столов Е.Г. Расчет интерференционных оптических покрытий с заданными оптическими характеристиками // Оптика и спектроскопия.-1977.- Т.43.- В.6.- С.1126-1128.

4. Яковлев П.П., Мешков Б.Б. Проектирование интерференционных покрытий. М.: Машиностроение.-1987.- 185 с.

5. Сосси Л. Метод синтеза диэлектрических интерференционных покрытий // Изв. АН Эст. ССР. Сер. физ., матем. -1974.-Т.23.-С.229-237.

6. Сосси Л. К теории синтеза многослойных диэлектрических светофильтров // Изв. АН Эст. ССР. Сер. физ., матем. 1976.-Т.2.-С.176-177

7. Путилин Э.С. Многослойные системы, формирующие фазовые и энергетические характеристики. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора техн. наук //ЛИТМО, 1988. 36 с.

8. Столов Е.Г. Синтез интерференционных оптических покрытий // Опт.-мех. промышленность. 1982. №5. - С. 10-11.

9. Мироненко С.Г., Тимофеева Г.И., Ханалюк А.П. Программа для машинного синтеза ахроматических просветляющих покрытий // Опт.-мех. промышленность. 1987- №4. -С.34-35.

10. Минков КМ. Просветление границы между изотропными средами для двух длин волн // Опт.-мех. промышленность. 1983.-№7.-С.1-3.

11. Шкляревский И.Н., Овчаренко А.П. Новая конструкция узкополосных интерференционных фильтров // Оптика и спектроскопия. 1985.-Т.58. №1. С. 204-206.

12. Марков Ю.Н., Несмелое Е.А., Никитин A.C. и др. К теории полосовых интерференционных фильтров // Оптика и спектроскопия. -1977.- Т.43.-В.5.- С. 984-989.

13. Epstein L.I. The Design of Optical Filters. J. Opt. Soc. Amer.-1952.- V.12. -№11. P. 201-237.

14. Rabinovich K., Pagis A. Multilayer Antireflection Coatings: Theoretical Model and Design Parameters 11 Appl. Opt. -1975. -V.14. №6. -P. 1326-1334.

15. Ермолаев A.M., Минков И.М., Власов А.Г. Метод расчета многослойного покрытия с заданной отражательной способностью // Оптика и спектроскопия. 1962.-Т.13.-№.2.-С. 259-265.

16. Минков И.М. Об определении глобального минимума в задаче синтеза интерференционных оптических покрытий // Оптика и спектроскопия. 1981.-Т.50.-№.4. С. 755-765.

17. Евтушенко Ю.Г. Методы поиска глобального экстремума // Исследование операций. М. : Изд-во АН СССР. -1974. -В.4.- С. 39-68.

18. Свешников А.Г., Фурман Ш.А., Тихонравов А.Р. и др. Общий метод синтеза оптических покрытий // Оптика и спектроскопия. -1985.-Т.59.-№.5.-С. 1161-1163.

19. Кард П.Г. Анализ и синтез многослойных интерференционных пленок.- Таллин : Валгус, 1971. 235 с.

20. Фурман Ш.А., Столов Е.Г. Синтез покрытий на основе сочетания аналитического и численного методов. ОМП. 1975.-№11,- С. 75-76.

21. Бернинг П.Х. Теория и методы расчета оптических свойств тонких пленок. // Физика тонких пленок. М.: Мир.-1967.-Т.1.-С.91-151.

22. Телен А. Конструирование многослойных интерференционных светофильтров. // Физика тонких пленок. М. : Мир.- 1969.-Т.5. С. 46-83.

23. Белл Р.Д. Введение в фурье-спектроскопию. М. :Мир. 1975.380 с.

24. Martin S., Rivory J., Schoenauer. Synthesis of optical multilayer systems using genetic algorithms //Appl. Opt. 1995.-V.34.-№13.-P.2247-2253.

25. Конопле в Ю.Н., Мамаев Ю.А., Старостин В.Н., Туркин А. А. Широкополосные просветляющие покрытия на селениде цинка и германии в инфракрасной области спектра // Опт. и спектр. 1995.-Т.79.-№3.-С.499-501.

26. Baumeister P. Starting designs for the computer optimization of optical coatings // Appl. Opt. 1995.-V.34.-№22.-P.4835-4843.

27. Фурман Ш.А., Барзах A.E., Шифрин Б.Ф. Синтез многослойных покрытий на основе базовых толщин // Опт. и спектр. 1990. Т.74.-№1.-С.176-179.

28. Котликов Е.Н., Шифрин Б.Ф. Минимизация поглощения в зеркалах на основе пленок фторидов и селенида цинка // Опт. и спектр. 1993.-Т.74.-№3.-С.621-625.

29. Фурман Ш.А. Синтез интерференционных покрытий // Опт. и спектр. 1984. Т.56. - №2.-С. 198-200.

30. Dobrovolski J.A., Piotrovski S.H.C. Refractive index as variable in the numerical design of optical thin film systems. Applied Optics. 1982. Vol.21 .№8.P. 1502-1511.

31. Фурман Ш.А. Синтез и формирование интерференционных покрытий. Диссерт. на соискание ученой степени доктора технических наук. Л.: ЛОМО, 1977. 363 с.

32. Минков И.М. Простой способ определения показателей преломления слоев четвертьволновых просветляющих покрытий // Опт. и спектр. 1985.-Т.59.-№1.-С.212-214.

33. Мухамедов Р.К. Определение оптимальных значений показателей преломления просветляющих покрытий // ОМП, 1991 -№2.-С.57-60.

34. Терещенко Г.В. Синтез просветляющих покрытий для ПК области спектра на основе эквивалентных слоев. Диссертация на соиск. ученой ст. канд-та физ.-мат. наук. Санкт-Петербург: СПбГААП. 1997. 197 с.

35. Васильев Ф.П. Численные методы решения экстремальных задач. М.: Наука, 1980. 520 с.

36. Михайлов В.Н. К теории синтеза интерференционных покрытий с помощью преобразования Фурье // Опт. и спектр. 1990. Т.69.-№3.-С.698-703.

37. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М: Наука, 1970. 856 с.

38. Крылова Т.Н. Интерференционные покрытия. Л.: Машиностроение, 1973 224 с.

39. Федоров А.Г. Создание Windows-приложений в среде Delphi. -М.: Компьютер Пресс, 1995.- 287 с.

40. Сван Т. Секреты 32- разрядного программирования в Delphi. -К.: Диалектика, 1997. 480 с.

41. Press W.H., Flannery В.Р., Teukolsky S.A., Vetterling W.T. Numeral Recipes. The Art of Scientific Computing. Cambridge University Press , 1988.-P. 294-301. (P.817)

42. Котликов E.H., Терещенко Г.В. Использование халькогенидных соединений для изготовления просветляющих покрытий в средней ИК области спектра // Оптический журнал. 1997.- Т.64.- №3 - С. 110-115.

43. Котликов Е.Н., Иванов В.А., Погарева В.Г., Хонинева Е.В. Исследование оптических констант пленок из теллуридов свинца и германия // Оптика и спектроскопия. -2000. Т.88.- № 5.-С.795-977.

44. Справочник технолога-оптика /под ред. С.М. Кузнецова и М.А.Окатова.- Л., 1983.-414 с.

45. Риттер Э. Пленочные диэлектрические материалы для оптических применений // В кн. Физика тонких пленок М.: Мир, 1978.-Т.8.-С.7-60.

46. Столов Е.Г. Синтез интерференционных оптических покрытий, исследование процесса их формирования и новые направления применения. Диссерт. на соиск. ученой степени доктора физ.-мат. наук // Д.: JIOMO.-1989.-УДК 681.7.064.45(043).-С.120 -126.

47. Каталог "Infrared Laser Components and Accessories". Oriel GmbH. Darmstadt: LOT, 1975.

48. E. Kotlikov, E. Khonineva. Broadband spectrum selective coatings for laser systems //Proceedings of SPIE, 1999. Vol. 3682. - P.196-200.

49. Котликов E.H., Прокашев B.H., Хонинева E.B., Хонинев А.Н. Синтез широкополосных светоделительных покрытий для ИК-диапазона спектра // Оптический журнал, 2000. в печати.

50. Тун Р.Э. Структура тонких пленок. Физика тонких пленок. // М.: Мир, 1967.-Т.1. С. 231-275.

51. Абелъситов Г.А, Гонтаръ В.Г., Колпаков А.А. и др. Технологические лазеры. Справочник. Т. 2. М.: Машиностроение, 1991. 544 с.

52. Котликов Е.Н. Исследование поглощения в зеркалах и пленках из селенида цинка и фторидов// Оптика и спектроскопия. 1991.-Т.70. №4. - С.838-841.

53. Котликов E.H., Громов Д.Н., Иванов В.А., Коваленко И.И. и др. О проблеме уменьшения поглощения света пленками в инфракрасной области спектра // Высокочистые вещества . 1992. №2. - С. 34-40.

54. Котликов E.H., Громов Д.Н., Иванов В.А.,.Хонинева Е.В. и др. Разработка и исследование интерференционных покрытий оптических элементов резонаторов лазеров. Отчет НИР-435. Гос. регистрационный № 01910057519 // СПб: ГААП, 1992. 43 с.

55. Котликов E.H., Коваленко И.И, Иванов В.А.,.Хонинева Е.В. и др. Изучение инфракрасного поглощения в пленках фторидов. Отчет НИР-53-148-5. Гос. регистрационный № 01920013185 // СПб: ГААП, 1992. 22 с.

56. Котликов E.H. Прокашев В.Н., Семенов С.К, Хонинева Е.В. и др. Исследование дисперсионных констант оптических пленок в объеме и на границе для ИК-области спектра. Отчет НИР-53-00-293-5. Гос. регистрационный № 01950002608 // СПб: ГУАП, 1999. 36 с.

57. Котликов E.H. Терещенко Г.В. Исследование оптических констант пленок, используемых для синтеза широкополосных просветляющих покрытий // Оптика и спектроскопия. 1997. Т.82.В.4.С.653-659.

58. Золотарев В.М., Морозов В.Н., Смирнова Е.В. Оптические постоянные природных и технических сред. Справочник. JL: Химия, 1984.216 с.

59. Глебов В.Н., Малютин A.M., Якунин В.П. Поглощение в интерференционных покрытиях оптических элементов технологических СОг-лазеров // Оптический журнал, 1992.- №4.- С. 56-58.

60. Мустаев P.M., Гисин М.А., Егоров A.JI. // Внутренние напряжения и адгезия пленок РЬТе, полученных вакуумным испарением // Оптический журнал, 1992. №2. -С. 48-51.

61. Yi-Hsun Yen, Ling-Xin Zhu, WenDe Zhang, Feng-Shan Zhang, Shou-Yin Wang. Study of PbTe optical coatings // Applied Optics, 1984. -V.23.№20. P.3597-3601.

62. Валеев A.C. Исследование оптических констант пленок фторидов //Оптика и спектроскопия 1963. Т. 15. В. 4. С.500-511.

63. Якобсон Р. Неоднородные и совместно напыленные однородные пленки для оптических применений. // Физика тонких пленок. М. : Мир, 1978.-Т.8.-С. 61-105.

64. Валидов М.А., Иванов В.А., Ахмадеев М.Х. Авт. свид. №268622 // Бюл. изобр. 1970, №14.

65. Салиев М.А. Разработка и исследование многослойных интерференционных покрытий для С02-лазеров из пленок BaF2, PbF2, ZnS, ZnSe и Ge. Диссерт. на соиск. ученой степ. канд. техн. наук // Л. : ЛГУ, НИИФ, 1988.-159 с.

66. Котликов E.H., Кулъбицкая М.Н., Салиев М.А., Фролов А.Ф. Способ изготовления многослойных покрытий на основе германия. Заявка на авт. свид. №4165704/21 от 24.12.86. Положит, решение от 15.10.87.

67. Котликов E.H. Исследование механизма оптических потерь в пленках германия //Оптика и спектроскопия, 1990. Т. 69. - Вып.4. -С.846-850.

68. Голота А.Ф., Лиманская Л.В., Подколзина Т.М., Хубиева З.К. Влияние легирующих добавок на структуру кристаллических вакуумных конденсатов. // Сборник тезисов докладов VII Всесоюзного совещания "Кристаллические материалы". Л., 1986. С.359-362.

69. Кокс Д.Т., Хасс Г. Просветляющие покрытия для видимой и инфракрасной областей спектра Физика тонких пленок. Т. 2. М.: Мир, 1967. С. 186-253.

70. Толмачев В.А., Окатов М.А., Леонова Т.В. Эллипсометрия: теория, методы, приложения. Новосибирск: Наука, 1991. 252 с.

71. Bubenzer A., Koidl P. Exact expressions for calculating thin-film absorption coefficients from laser calorimetric data. // Applied Optics. 1984.-Vol.23.- №17. -P.2886-2891.

72. Swanepoel R. Determination of the thickness and optical constants of amorphous silicon//J. Phys. E. 1983. V. 16. P. 1214-1222.

73. Раков A.B. Спектрофотометрия тонкопленочных полупроводниковых структур. М.: Советское радио, 1975. 176 с.

74. Хевенс О.С. Измерение оптических констант тонких пленок. Физика тонких пленок. Т. 2. М.: Мир, 1967. С. 136-185.

75. Epstein Kenneth A., Misemer David К, Vernstrom George D. Optical parameters of absorbing semiconductors from transmission and reflection // Applied Optics, 1987. Vol.23. -№2. - P.294-299.

76. Минков И.М., Ветлицкая E.JI., Золотарев B.M., Капитонова JI.H. Определение оптических констант поглощающего неоднородного слоя по спектрам отражения // Оптика и спектроскопия, 1985. Т.58. - №3. -С.689-693

77. Житарюк В.Г., Гуминецкий С.Г. О точности интерференционных методов определения оптических постоянных тонких слоев // Оптика и спектроскопия, 1982. -Т.52. №1. - С.126-130

78. Филиппов В.В. Аналитический метод определения оптических постоянных и толщины поглощающих пленок по спектрам отражения // Оптика и спектроскопия, 1995. Т.78. - №5. - С.798-801

79. Андриевский Б.В., Вахулович В.Ф., Курляк В.Ю., Романюк Н.А. Определение дисперсии показателя преломления и толщины тонких пленок по спектрам отражения или пропускания // Оптика и спектроскопия, 1988. -Т.65. №1. - С.136-140

80. Воронкова Е.М., Гречушников Б.Н., Дистлер Г.И., Петров И.П. Оптические материалы для инфракрасной техники. Справочное издание. М.: Наука, 1965. 336 с.

81. Борисович Н.А., Верещагин В.Г., Валидов М.А. Инфракрасные фильтры. Минск: Наука и техника, 1971.228 с.

82. Такео Miyata // SPIE. 1986. V.650.-Р.131-140.

83. Lehmann W., Heerdegen W., Schirmer G., Mutschke H., Richter W., Hacker E., Dohle R. Structure correlated infrared properties of fluoride films. // Phys. stat. sol. 1990. V.l 19. -P.683-688.

84. Е. Kotlikov, Е. Khonineva. Broadband spectrum selective coatings for laser systems // Technical Program. IX Conference on Laser Optics. St.Petersburg. June, 22-26, 1998. P.45.

85. Хонинева E.B. Синтез широкополосных светоделительных покрытий для ИК диапазона спектра // Вторая научная сессия аспирантов ГУАП: Тезисы докладов СПбГУАП 12-16 апреля 1999 года. П26 УДК 001.8. СПб, ГУАП, 1999. С.87.

86. E.N. Kotlikov, V.N. Prokashev, Е. V. Khonineva. Synthesis of unstable resonators output mirrors with phase front compensation // Technical Program. X Conference on Laser Optics. St.Petersburg, Russia. June, 26-30,1998. P.25.

87. Хонинева E.B. Синтез широкополосных спектро- и светоделительных покрытий для ИК диапазона спектра // Третья научная сессия аспирантов ГУАП. Тезисы докладов. 10-14 апреля 2000 года. П26 УДК 001.8. СПб, ГУАП, 2000. С.180 -182.