Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

FOTONIKA VÉKONYRÉTEGEK - BEVONATOK Dr. Kovács Gábor BME Mechatronika Optika és Gépészeti Informatika Tanszék

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "FOTONIKA VÉKONYRÉTEGEK - BEVONATOK Dr. Kovács Gábor BME Mechatronika Optika és Gépészeti Informatika Tanszék"— Előadás másolata:

1 FOTONIKA VÉKONYRÉTEGEK - BEVONATOK Dr. Kovács Gábor BME Mechatronika Optika és Gépészeti Informatika Tanszék

2 OPTIKAI BEVONATOK Optikai tulajdonságok módosítása Transzmisszió növelése, csökkentése Reflexió növelése, csökkentése Speciális transzmissziós/reflexiós karakterisztikák --- anyagában színezett szűrők Polarizációs tulajdonságok módosítása Diffúz reflexió, transzmisszió Szilárdság (karcállóság) növelése Környezeti hatások (nedvesség, savak) kivédése Gyártástechnológia Galvanizálás Diffúziós festés Porlasztás Vákuum gőzölés

3 Lambert reflexiós felületek létrehozása Felületi struktúra Homogenitás A reflexió csökkentése DeSoto Black paint Akzo Nobel (CAT-A- LAC) Aeroglaze Z306 poliuretán bevonat Super black Vertical carbon nanotubes (R<0.045%) Maximális reflexió BaSO 4 por PTFE (Teflon) por Spectralon festék Reflexiós etalonok DIFFÚZ REFLEXIÓS TULAJDONSÁGOK

4 Fémes visszaverődés Kis behatolási mélység Nagy reflexió Komplex törésmutató n =n(1-i  )  :abszorpciós együttható Polarizációs hatások I be =I R +I T +I A a réteg vastagságával a reflexió nő, az áteresztés csökken Féligáteresztő tükrök %-os tükrök nyalábosztók FÉMRÉTEGEK

5 Egyszerű nyalábosztó Többszörös reflexiók Polarizációs hatások Nyalábosztó kocka Kiegyenlített optikai úthosszak Pontosabb gyártás és szerelés „Polka dot” nyalábosztók NYALÁBOSZTÓK

6 Fabry-Pérot interferométer Két nagypontosságú sík felület Egymástól t távolságra, párhuzamosra állítva A felületeken nagy reflexiójú réteg található Tekintsük az első felületet elérő hullámfrontot: A beeső hullám amplitúdója E 0 A visszavert hullám amplitúdója  E 0 Az áteresztett hullám amplitúdója:  E 0 Az abszorpciót elhanyagoljuk:  2 +  2 =1 A beeső hullám többszörös visszaverődést szenved TÖBBSUGARAS INTERFERENCIA E0E0 E0E0 E1=E0E1=E0  E 0 E2=2E0E2=2E0 2E02E0 3E03E0 4E04E0 E3=4E0E3=4E0  2n-2  E 0 E n =    2n-2 E 0 t E0E0

7 Két egymás utáni komponens útkülönbsége:  =2l-p l = t / cos  p = 2 d sin  =2(t tg  )sin   =2t cos  A fáziskülönbség:  = 2  = (2  ) 2t cos  Az eredő amplitúdó: E T =E 1 +E 2 +E 3 +…+E n = E T =  2 E 0 (1 +  2 e -i  +  4 e -i2  +…+  2n-2 e -i(n-1)  ) Az 1/(1-x) = 1+x+x 2 +… sorfejtéssel: E T =  2 E 0 / (1-  2 e -i  ) AZ EGYES HULLÁM KOMPONENSEK FÁZISAI p E1=E0E1=E0  E 0 t l l  d

8 Az intenzitás az amplitúdó alapján: I T =(E T E T * )/2 =  4 E 0 2 /2/(1+   2 cos  ) Behelyettesítve: I 0 =E 0 2 /2 R=  2, T=  4 valamint R=1-T Az intenzitás: AZ ÁTERESZTETT INTENZITÁS Az intenzitás a fázis (  ) függvényében (t=1,  =0°)

9 „Vékony” réteg Vastagsága a fény hullámhossz nagyságrendjébe esik Határfelületei párhuzamosak (konstans vastagság) Hordozóra leválasztott egy vagy több különálló felület Alkalmazások Optikai vékonyrétegek Mikroelektronika (vezetők, szigetelők, diffúzós gátak, mágneses területek stb.) Speciális szenzorok Felületkikészítés (korrózióvédelem, szilárdság, kopásállóság) VÉKONYRÉTEGEK

10 Egy dielektrikum felületén a visszaverődés a törésmutató különbség függvénye (merőleges beesés esetén): Az amplitúdóra:  =(n 0 -n 1 )/(n 0 +n 1 ) Az intenzitásra: R=  2 BK7 üveg esetén: n= R=4.2 % felületenként! Szilícium esetén: n=3.5 R=31 % felületenként! Alkalmazzuk a Fabry-Perot interferométernél alkalmazott technikát az áteresztés módosítására REFLEXIÓ AZ OPTIKAI FELÜLETEKEN

11 Két felület : Távolságuk: t A törésmutatók: n 0, n 1, n 2   =-(n 0 -n 1 )/(n 0 +n 1 )   =(n 1 -n 2 )/(n 1 +n 2 ) A fáziseltolódás d=(2  n 1 / ) 2 t cos  Az eredő amplitúdó: E T =E 1 +E 2 +E 3 +…+E n = E T =  1  2 E 0 (1+  1  2 e -i  +…+(  1  2 ) n-1 e -i(n-1)  ) Az 1/(1-x) = 1+x+x 2 +… sorfejtéssel: E T =  1  2 E 0 / (1-  1  2 e -i  ) VISSZAVERŐDÉS KÉT FELÜLETEN E0E0 E1=E0E1=E0 E0E0 E2=E0E2=E0 t E0E0 E0E0 E2=E0E2=E0 E0E0

12 Az intenzitás az amplitúdó alapján: I T =(E T E T * )/2 Behelyettesítve: I 0 =E 0 2 /2 Az intenzitás: Ha nincs elnyelés A reflexióképesség R=1-T Ahol T= I T /I 0 Hogyan lehet 0 reflexiót elérni? Ha cos  = -1 R = (  1 +  2 ) 2 / (1+  1  2 ) 2 AZ ÁTERESZTETT INTENZITÁS

13 A cos  akkor -1 ha n 1 t = /4 (negyed hullámhossznyi) Ekkor a teljes reflexió: A reflexió akkor 0: Ha n 1 =(n 0 n 2 ) 1/2 mértani közép! MgF 2 n=1.384 NEGYEDHULLÁM RÉTEGEK

14 A két felület analitikusan kezelhető, de mi van a többivel? Többszörös visszaverődés „Végtelen sorok végtelen sora” 1937 Rouard: mátrix módszer Rétegmátrix: SOKRÉTEGŰ BEVONATOK SZÁMÍTÁSA

15 Manapság szinte tetszőleges spektrális karakterisztika megvalósítható Sokféle réteganyag Széles törésmutató választék Optimalizációs programok Akár különböző réteg Fejlett rétegezési technikák Technológiai korlátok A törésmutatók nem állandók A számítások csak egy beesési szögre igazak Az anyagok száma véges (csak bizonyos törésmutatók léteznek) A rétegvastagság mérési bizonytalansága Rétegtapadási problémák Időigényes, drága folyamat SOKRÉTEGŰ BEVONATOK

16 Sávszűrők FWHM nm T>95% Alul / felül áteresztő szűrők Blokkolási tartomány T<0.01% Különböző technológiák kombinációja Interferenciaszűrő 1 v. 2 oldalas Fémréteg Anyagában színezett üveg v. kristály VÉKONYRÉTEG SZŰRŐK

17 Tisztítás Por zsiradék mentesítés Ultrahangos tisztítás Kémiai oldószeres tisztítás Környezetterhelés Kémiai módszerek Ezüstözés, fém oxidok Molecular Beam Epitaxy Chemical Vapor Deposition Fizikai rétegleválasztás Vákuumpárologtatás A leggyakoribb módszer Precíz, ellenőrzött rétegfelvitel Porlasztás Kiváló réteg stabilitás Gyengébb ismétlőképesség Lépései: Forrásanyag gőzfázisba hozása Szabad részecskék transzportja a hordozóig Részecskék lecsapódása a hordozóra VÉKONYRÉTEG TECHNOLÓGIÁK

18 Alacsony nyomású vákuum: p<10 -5 torr Nagy szabad úthosszú részecskék Mechanikus és diffúziós pumpák A forrást felfűtik, míg elpárolog Al, Ag, Au, SiO, SiO 2, MgF 2, Al 2 O 3, TiO 3, ZnSe, stb. Csónakban, elektromos fűtés Elektronnyalábbal Kis energiájú részecskék A lerakódás egyenletessége a távolságtól és a forrás geometriától függ Bolygóműves mozgatások Rétegvastagság mérés optikailag, vagy rezgő kvarccal VÉKONYRÉTEG GŐZÖLÉS

19 Kisebb vákuum Rövidebb szabad úthossz Gázplazmát hozunk létre melyből az ionok a forrásba csapódnak Az így erodált forrásból atomok, ionok lépnek ki és a hordozóra rakódnak Az egyenletes anyagáram fenntartása a részecskék energiájának és impulzusának kézbentartásával Rádiófrekvenciás vagy magnetronos porlasztás ION PORLASZTÁS

20 Vákuumgőzölés Nagy vákuum, nagy szabad úthossz, kevés ütközés Kis energiájú részecskék, gyengébb tapadás a hordozón Kevés abszorbeált gáz Nagyobb szemcseméret, kevés kristályosodási irány Egyenletesebb, pontosabb rétegvastagság Porlasztás Kisebb vákuum, kis szabad úthossz, sok ütközés Nagy energiájú részecskék, jobb tapadás Sok abszorbeált gáz Kisebb szemcseméret, sok kristályosodási irány Rosszabb réteg jellemzők, gyengébb ismételhetőség VÁKUUM TECHNOLÓGIÁK


Letölteni ppt "FOTONIKA VÉKONYRÉTEGEK - BEVONATOK Dr. Kovács Gábor BME Mechatronika Optika és Gépészeti Informatika Tanszék"

Hasonló előadás


Google Hirdetések