بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
طراحی و ساخت پوشش ضد بازتاب چند لایه بر رويGe براي طول موج 8 تا 12 میکرون
چکیده
دراین مقاله فرایند طراحی و ساخت پوشش ضد بازتاب چند لایه بر روي زیر لایه ژرمانیوم برا ي نواحی مادون قرمز دور مورد بررسی قرار می گیرد.در ابتدا بررسی کاملی بر روي مواد مختلف انجام و مواد مناسب شناسایی و انتخاب شده اند.سپس طراحی پوشش مورد نظر با هدف رساندن توان عبور قطعه ژرمانیوم از %47 به حدود %95 بر اساس ماتریس هاي انتقال انجام شده و با شبیه سازي نرم افزاري، طرح لایه نشانی بهینه سازي گردید . براي لایه نشانی از روش تبخیر فیزیکی (PVD) استفاده شده و براي بهینه سازي فرایند لایه نشانی توسط دستگاه دستورالعمل هاي مناسبی استخراج گردید . و همچنین توان عبوري از قطعه ژرمانیوم توسط به دستگاه طیف سنج فوریه ( ( FTIR اندازه گیري شده که با مقدار مورد انتظار از طراحی تطابق خوبی دارد .
مقدمه
عدسیها عمدتاً از ژرمانیوم است 1]و.[2 ژرمانیوم در ناحیه 8 تا 12سیستم هاي تصویر بردار حرارتی1 کاربرد هاي گسترده اي میکرون جذب بسیار کمی دارد ولی بازتاب از روي سطح آن به دلیل در صنایع مختلف تجاري و نظامی دارند . تصویرسازي در بزرگ بودن ضریب شکست زیاد است . بازتاب از روي سطح آن 32 این سیستم ها در طول موج 8 تا 12 میکرون انجام می شود % و بازتاب مجموع یک قطعه ( از روي دو سطح) به %52می رسد . همچنین با توجه به اینکه این امواج توسط اجسام در دماي 1]و2و.[3 بنابراین وجود لایه هاي ضد بازتاب براي چنین عدسی محیط تابیده می شوند براي دیدن محیط اطراف با این هایی اجتناب ناپذیراست . با توجه به گستردگی ناحیه مورد استفاده سیستم نیازي به منبع نور نمی باشد. بطور کلی کارایی و پوشش تک لایه مفید نمی باشد زیرا این پوشش بازتاب را در یک اطلاعات تصویري این سیستم ها نسبت به یک دوربین با ک طول موج کاهش می دهد ولی در اینجا لازم است بازتاب در بازه دید مریی بسیار بالاتر است . [1] در سیستم تصویر بردار 4 میکرونی کاهش یابد . بنابراین می بایست از پوشش هاي چند لایه حرارتی امواج IR توسط یک مجموعه عدسی به نام شیئی2 براي این منظور استفاده کرد .[3] در این مقاله یک پوشش سه لایه بر روي آشکار ساز (IRCCD) متمرکز می شود که جنس طراحی شده و عملیات مناسب براي لایه نشانی آن بر روي قطعه ژرمانیوم انجام شده است .
الکترومغناطیس، اپتیک - شفاهی
-2 شناخت مواد مناسب
به طور کلی ماده اي که به عنوان لایه نازك در یک پوشش بکار برده می شود باید در ناحیهولط موجی مورد نظر کاملاً شفاف باشد . اگر ماده اي در این ناحیه داراي جذب باشد در صدي از نور در این لایه جذب می شود و به طور کلی عبور قطعه کاهش می یابد. بنابراین به عنوان مثال اگر ماده اي در ناحیه طول موجی 8-12 µm بکار برده می شود باید در این ناحیه جذب نداشته باشد . البته لازم به ذکر است که در پاره اي موارد پوشش هاي بسیار نازکی از مواد داراي جذب نیز مورد استفاده قرار می گیرد که این نوع پوشش ها عمدتاً به عنوان محافظ است با .توجه به کم بودن ضخامت این لایه ها عمدتاً جذب آن ها نیز بسیار اندك خواهد بود 2]و. [3 وجود چسبندگی بین لایه هاي مختلف و زیر لایه یکی از شرایط اساسی براي استفاده از یک ماده به عنوان لایه نازك است . در اینجا با توجه به بررسی هاي به عمل آمده مواد ژرمانیوم ، سولفید روي ، سلنید روي ، کریولیت (یا (NaF و اکسید ایتریوم 1]و[2 براي این منظور مناسب می باشند.
-3 طراحی پوشش سه لایه
همانطور که قبلاً گفته شد با توجه به اینکه ضریب شکست ژرمانیوم حدود 4 است بازتاب دو سطح یک قطعه ژرمانیوم به حدود % 52 می رسد که عبور آن نیز بیشتر از% 47 نیست 1]و2و.[3 در این صورت عبور یک مجموعه شیئی با سه لنزبدون پوشش ضد بازتاب به حدود%10 خواهدرسد . در این مقاله هدف رساندن عبور قطعه ژرمانیوم به %95 است که در نهایت براي یک مجموعه سه لنزي عبور به حدود %85می رسد. براي این منظور یک ساختار سه لایه مطابق شکل (1) در نظر می گیریم.
شکل -1 ساختار پوشش 3 لایه
در این صورت ماتریس انتقال سه لایه به صورت زیر نوشته می شود : 5]و[4
در رابطه((1 ، n1 ، n2 وn3 ضرایب شکست لایه هاي (1) و (2) و (3) هستند . از ضرب ماتریس هاي فوق در هم ماتریس انتقال کل ساختار به صورت زیر بدست می آید :
در اینجا ماتریس هر لایه با فرض ربع موج بودن ضخامت ها ساده سازي شده است .با مشخص شدن ماتریس انتقال کل می توان ضریب بازتاب را از رابطه زیر بدست آورد 4]و. [5
در این رابطه N ضریب شکست زیر لایه((Ge و A,B,C,D آرایه هاي ماتریس M می باشد . براي ایجاد ساختار مناسبتر ضخامت لایه دوم برابر 8 در نظرگرفته می شود که ماتریس M به شکل زیر در می آید .
دراین حالت اگر ضریب بازتاب از رابطه (3) محاسبه شود ، با مساوي صفر قراردادن آن ارتباط بین ضریب شکست لایه ها و زیر لایه مشخص می شود روابط زیر براي ضرایب شکست بدست می آید :
با انتخاب لایه اول از جنس ZnSe با ضریب شکست 2/3، ضریب شکست لایه سوم از رابطه (5) حدود 1/16 محاسبه می شود که براي این لایه ماده NaF با ضریب شکست 1/2 انتخاب می شود . ضریب شکست ماده اول برابر 2/3 و ماده دوم 1/2 است که در این صورت ضریب شکست لایه دوم نیز از رابطه (6) حدود 1/39 محاسبه می شود که براي این لایه نیز می توان از ماده Y2O3 با ضریب شکست 1/4 استفاده نمود . پس از شبیه سازي پوشش سه لایه با در نرم افزار مک لیود نمودار بازتاب برحسب طول موج توسط نرم افزار رسم شده که تصویر آن را در شکل (2) مشاهده می کنید .
این نمودار توان انعکاسی یک سطح لایه نشانی شده را نشان می دهد که توان عبوري براي آن به حدود %99 می رسد و براي قطعه(داراي دو سطح) نیز در حدود % 97/5 پیش بینی می شود.
-4 انجام لایه نشانی
براي انجام لایه نشانی نمی توان تمام لایه ها رابطور هم زمان اعمال کرد و سپس پوشش بدست آمده را بررسی نمود زیرا در صورت مطلوب
