بخشی از مقاله

چکیده – در این مقاله طراحی و ساخت پالایهی بلندگذر 3/7-4/8 میکرومتر با ویژگی بازتاب بالا در ناحیه 1064 و 750-900 نانومتر تحت زاویه 45 درجه گزارش شده است. لایهنشانی در محفظهی خلا توسط تفنگ الکترونی صورت گرفت. ضخامت لایهها بوسیله ضخامتسنج کریستالی اندازهگیری شد. طیف تراگسیل و بازتاب نمونهها به وسیلهی طیفسنج دوباریکهای - UV-VIS - و نیز طیف سنج FTIR اندازهگیری شد. پالایه بدستآمده دارای کمینه بازتاب 1/7 درصد در ناحیه 3/7-4/8 میکرومتر و میانگین بازتاب 98/4 درصد در ناحیه 750-900 نانومتر و 97/8 درصد در طول موج 1064 نانومتر میباشد.

-1 مقدمه

پالایههای بلندگذر اپتیکی در ناحیهی فروسرخ مجموعهی چندلایهای از دو ماده با ضرایب شکست بالا و پائین میباشند که یک در میان در کنار یکدیگر قرار گرفتهاند. تداخل سازندهی باریکههای بازتاب شده از مرزها، بازتاب و تراگسیل در بازهی طولموج طراحیشده را فراهم میآورد. لایهنشانی پالایههای دی الکتریک در ناحیهی فروسرخ میبایست با توجه به بازهی شفافیت و ضریب شکست مواد و بستره در آن ناحیه خاص صورت پذیرد. [1]

در این پژوهش تلاش شده تا با انباشت یک مجموعهی تمام دیالکتریک بر سطح بستره سیلیکون اپتیکی که برای ناحیه طول موجی 3/7 تا 4/8 میکرومتر طراحی و ساخته شده، بازتاب پایین در این ناحیه طول موجی و نیز بازتاب بالا در ناحیه طول موجی 750 تا 900 نانومتر و طولموج 1064 نانومتر تحت زاویه فرودی 45 درجه حاصل شود. این پالایه جهت جداسازی باریکهی نور فرودی به یک دوربین که در دو ناحیه 3/7 تا 4/8 میکرومتر و 750 تا 900 نانومتر همراه با یک فاصلهسنج که در طولموج 1064 نانومتر کار میکند استفاده میشود.

-2 مواد و روشها

از ویژگیهای لازم برای مواد مورد استفاده در مجموعهی پالایهی تمام دیالکتریک فوق میتوان به شفافیت و عدم وجود جذب اپتیکی در بازهی 3-5 میکرومتر و فروسرخ نزدیک، استحکام مکانیکی و نیز پایداری محیطی مطلوب اشاره نمود. میزان بازتاب در هر ناحیه به اختلاف ضرایب شکست دو ماده بستگی دارد. هرچه تفاوت ضریب شکست بیشتر باشد، دستیابی به هدف اپتیکی مورد نظر در مجموعه بیشتر فراهم میشود. پهنای ناحیهی بازتاب نیز تابع اختلاف ضریب شکست دو ماده است. محاسبات نظری مربوط به طراحی چنین مجموعههایی، در اغلب کتابهای اپتیک لایه-های نازک موجود میباشد.[2]

با توجه به مطالب گفته شده، از دو مادهی سیلیکون و دیاکسید سیلیکون ساخت شرکت Umicore با خلوص 99/999 درصد به عنوان مواد لایهنشانی و از سیلیکون به عنوان بستره استفاده گردید. در مقایسه با بقیه مواد اکسیدی، SiO2 با ضریب شکست 1/4 - در طولموج 3 میکرومتر - و بازهی طولموجی شفافیت ./2-9 میکرومتر از بهترین خواص مکانیکی و پایداری محیطی برخوردار میباشد.

سیلیکون با ضریب شکست 3/4 - در طولموج 3 میکرومتر - و بازهی شفافیت 1-9 میکرومتر نیز دارای ویژگیهای مکانیکی و پایداری محیطی مطلوبی میباشد .[3] بسترهها قبل از اجرای فرایند لایهنشانی به روش استاندارد تمیز شدند .[4] اجرای پروسهها توسط دستگاه لایهنشانی BAK-760 انجام شد. خلا شروع لایهنشانی 1×10- 5 میلی بار و دمای لایهنشانی 250 درجه سانتیگراد انتخاب شد. نرخ انباشت برای SiO2 و Si به ترتیب 0/5 و 0/4 نانومتر بر ثانیه انتخاب شد. طیفسنج دوباریکهای - UV-VIS - و نیز طیف سنج FTIR جهت طیف سنجی از نمونهها استفاده شدند.

-3 طراحی

ویژگیهای اپتیکی لایههای نازک در این پژوهش با استفاده از نرمافزار طراحی لایههای نازک مکلئود1 طراحی و بهینه سازی شد. در این نرم افزار با تعریف مواد با ضریب شکستهای کاملا کنترل شده و نیز با تعریف محدودههای طیفی که مورد انتظار ما میباشد میتوان ضخامتهای بهینه هر یک از لایهها را با دقت یک دهم نانومتر تعیین نمود. سپس ضخامتها به دستگاه لایهنشانی شناسانده شده و پارامترهای دیگر همچون دما، آهنگ لایهنشانی، زمان عملیات گلو2 و دیگر پارامترها بر اساس تجربههای موجود اجرا میشوند. طرح پالایه مورد نظر که توسط نرمافزار مکلئود بدست آمده است در جدول شماره 1 مشاهده می گردد.

طیف بازتاب مربوط به طراحی انجام شده که توسط نرمافزار مکلئود تحت زاویه فرودی 45 درجه ترسیم شده است نیز در شکل شماره 1 مشاهده میگردد. طیف ارائه شده در شکل 1 میانگین طیفهایی با قطبش های s و p میباشد که بصورت طیف میانگین ترسیم شده است. در این طراحی میانگین بازتاب در بازه 3/7 تا 4/8 میکرومتر برابر 0/5 درصد و برای بازه 750 تا 900 نانومتر برابر 98/9 درصد و در تک طول موج 1064 نانومتر برابر با 97 درصد میباشد.

میکرومتر بطور عبوری عمل می کند. از این رو سمت دیگر این پالایه میبایست با لایهنشانی پهن باند ضد بازتاب در بازه 3/7 تا 4/8 لایهنشانی گردد. طرح لایهنشانی پهن باند ضد بازتاب مورد نظر که توسط نرم افزار مکلئود بدست آمده است در جدول شماره 2 مشاهده میگردد. در این طراحی میانگین بازتاب در بازهی3/7 تا 4/8 میکرومتر برابر 0/3 درصد میباشد.

-4 نتایج و بحث

پس از بدست آوردن ضریب تبدیل3 ضخامت برای هر یک از لایههای SiO2 و Si برای دستگاه، مبادرت به اجرای فرایند لایهنشانی کردیم . ضریب تبدیل از تقسیم ضخامت واقعی لایه، بر ضخامت نمایش داده شده توسط کریستال دستگاه بدست میآید. در ابتدا یک سمت بستره با پوشش پهنباند ضدبازتاب لایهنشانی شد که طیف بازتاب آن در محدوده 2500 تا 25000 نانومتر تحت زاویه 45 درجه با استفاده از قطبنده ZnSe که توسط طیفسنج FTIR اندازهگیری شد، در شکل شماره 3 مشاهده میگردد. میانگین بازتاب در بازه 3/7 تا 4/8 میکرومتر برابر 0/4 درصد بدست آمد که قابل قبول است.

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید