بخشی از مقاله
چکیده:
در این پژوهش، شبیهسازی یک سامانهی اپتیکی شامل لایهی جاذب مورد بررسی قرار گرفتهاست. برای این شبیهسازی برنامهی کامپیوتری نوشته شدهاست که با گرفتن اطلاعات توسط کاربر، توانهای بازتاب، تراگسیل و جذب را برای قطبش S و P را برای محدوده ی طول موج نور فرودی، محدودهی زاویهی تابش فرودی و یا برای یک طول موج با زوایهی تابش مورد نظر محاسبه میکند. اساس کار این محاسبات، روش ماتریسی میباشد. خروجی نرمافزار طراحی شده را با نتایج حاصل از دو نرمافزار مشابه مکلئود1 و فیلم ویزارد2 مقایسه شدهاست و توافق خوبی بین نتایج آنها مشاهده شدهاست.
مقدمه:
منظور از لایه نازک، بُرهای از مواد است که ضخامت آن خیلی کوچکتر از دو بعد دیگر است. از پوششهای تک لایهای یا چندلایهای اپتیکی برای بدست آوردن مادهای با ویژگیهای نوری مورد نظر استفاده میشود. لایههای نازک در صنایع الکترونیک، در ساخت الکترودهای شفاف قطعات اپتوالکترونیک، سلولهای خورشیدی، صفحات نمایش مایع ساخت انواع دیودها، آشکارسازها و لیزرهای نیمه رسانا استفاده میشود.
امروزه با ترکیب لایهها با ضخامت و ضریب شکست مناسب روی سطوح شیشه، پوششهایی ایجاد میکنند که میتوانند بازتاب، تراگسیل و جذب سامانه را افزایش یا کاهش دهند. از لایه نازک جاذب برای کاهش شدت نور نیز استفاده می-شود.[2] برای این لایهها کاربردهای پزشکی و بهداشتی زیادی وجود دارد. برای مثال پوششهای نانوکامپوزیتی در صنایع بسته بندی، سبب نازکتر شدن بسته بندی، سبکی و طولانیتر شدن عمر مواد غذایی میشوند، که البته میزان عبور نور از آنها نیز باید کنترل شود.
نور فرودی در مرز، به دو بخش نور بازتابی و عبوری تقسیم میشود. با توجه به معادلات ماکسول و شرایط مرزی، برای هر مرز میتوان روابط فرنل را برای امواج بازتابی وعبوری بدست آورد. برای امواج همدوس، با جمع کردن دامنههای امواج بازتابی به محیط فرودی و امواج عبور یافته به محیط بستره میتوان، توانهای بازتاب و تراگسیل را برای سامانهی اپتیکی چند لایهای حساب کرد. همچنین از قانون اسنل برای تعیین کردن زاویهی تابش در هر لایه استفاده میشود. در انجام محاسبات، از روش ماتریسی استفاده میشود. پس از طراحی پوشش چندلایهای، که شامل محاسبهی ثابتهای اپتیکی، تعیین طول موج نور فرودی و زاویهی تابش، تعیین ضخامت هر یک از لایهها است، با استفاده از روش ماتریسی میتوان، توانهای بازتاب، تراگسیل و جذبشده، پوشش تک لایهای یا چند لایهای را بدست آورد. از مزیتهای این روش ماتریسی، انجام سریع تر و آسان تر محاسبات میباشد.
یکی از مشکلات مهم در زمینهی محاسبات و طراحی لایههای نازک وجود لایههای رسانا در بین مجموعه لایهها میباشد. روابط مربوط به خواص اپتیکی رساناها به دلیل ضریب شکست مختلطی که دارند از مواد دیالکتریک پیچیدهتر است و در صورتی که در طراحی لایههای نازک، از مواد جاذب استفاده شود، محاسبهی توانهای بازتاب، تراگسیل و جذب را مشکل میسازد. از طرفی، لایهنشانی فرآیندی طولانی و پرهزینه است، بنابراین داشتن یک نرم افزار شبیهسازی که بتواند طراحی مناسبی از نوع لایهها با ضخامت مناسب ارائه کند، بسیار مفید و پراهمیت میباشد. لازم به ذکر است که در تمام این پژوهش، نور فرودی همدوس فرض شده است.
بررسی سامانهی اپتیکی چند لایهای شامل لایه رسانا :
در ابتدا، تک لایهی جاذب که بین دو محیط دیالکتریک قرار گرفته است بررسی میکنیم و سپس روابط را برای سیستم چند لایهای تعمیم میدهیم. با استفاده از روابط فرنل میتوان دامنهی امواج بازتابی و عبوری را بدست آورد. برای تک لایهی که بین دو محیط دی-الکتریک قرار گرفته است
