Optomechatronika II. Vékonyrétegek - bevonatok

1. Optomechatronika II.Vékonyrétegek - bevonatok Dr. Kovács Gábor BME Mechatronika OptikaésGépészetiInformatika Tanszék http://www.mogi.bme.hu

2. Optikai bevonatok • Optikai tulajdonságok módosítása • Transzmisszió növelése • Reflexió növelése • Polarizációs tulajdonságok módosítása • Diffúz reflexió, transzmisszió • Szilárdság (karcállóság) növelése • Környezeti hatások (nedvesség, savak) kivédése • Gyártástechnológia • Galvanizálás • Diffúziós festés • Porlasztás • Vákuum gőzölés

3. Fémes visszaverődés Kis behatolási mélység Nagy reflexió Komplex törésmutató n=n(1-ik) k:abszorpciós együttható Polarizációs hatások Ibe=IR+IT+IA a réteg vastagságával a reflexió nő, az áteresztés csökken Féligáteresztő tükrök %-os tükrök nyalábosztók Fémrétegek

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

5. Fabry-Pérotinterferométer 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 E0 A visszavert hullám amplitúdója rE0 Az áteresztett hullám amplitúdója: sE0 Az abszorpciót elhanyagoljuk: s2+r2=1 A beeső hullám többszörös visszaverődést szenved Többsugaras interferencia E0 sE0 E1=s2E0 rE0 rsE0 r2sE0 E2=s2r2E0 r3sE0 r4sE0 E3=s2r4E0 r2n-2sE0 En=s2r2n-2E0 t

6. Két egymás utáni komponens útkülönbsége: D=2l-p l = t / cosQ p = 2 d sinQ =2(t tgQ )sinQ D=2t cosQ A fáziskülönbség: d= 2pD/l = (2p/l ) 2t cosQ Az eredő amplitúdó: ET=E1+E2+E3+…+En= ET=s2E0(1 + r2e-id+ r4e-i2d+…+r2n-2e-i(n-1)d) Az 1/(1-x) = 1+x+x2+… sorfejtéssel: ET=s2E0 / (1- r2e-id) Az egyes hullám komponensek fázisai E1=s2E0 p l d q l rsE0 t

7. Az intenzitás az amplitúdó alapján: IT=(ET ET*)/2 = s4E02/2/(1+ r4 - 2r2cosd) Behelyettesítve: I0=E02/2 R=r2, T=s4 valamint R=1-T Az intenzitás: Az áteresztett intenzitás

8. „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

9. Reflexió az optikai felületeken • Egy dielektrikum felületén a visszaverődés a törésmutató különbség függvénye (merőleges beesés esetén): • Az amplitúdóra: r=(n0-n1)/(n0+n1) • Az intenzitásra: R=r2 • BK7 üveg esetén: • n=1.5168 • R=4.2 % felületenként! • Szilícium esetén: • n=3.5 • R=31 % felületenként! • Alkalmazzuk a Fabry-Perotinterferométernél alkalmazott technikát az áteresztés módosítására

10. Visszaverődés két felületen E0 s1E0 • Két felület : • Távolságuk: t • A törésmutatók: n0, n1, n2 • r1=-(n0-n1)/(n0+n1) • r2=(n1-n2)/(n1+n2) • A fáziseltolódás • d=(2pn1/l) 2 t cosQ • Az eredő amplitúdó: • ET=E1+E2+E3+…+En= • ET=s1s2E0(1+r1r2e-id+…+(r1r2) n-1e-i(n-1)d) • Az 1/(1-x) = 1+x+x2+… sorfejtéssel: ET=s1s2E0 / (1- r1r2 e-id) r1E0 E1=s1s2E0 r2s12E0 E2=s1s2r1r2E0 r1r22s12E0 E2=s1s2r12r22E0 t

11. Az intenzitás az amplitúdó alapján: IT=(ET ET*)/2 Behelyettesítve: I0=E02/2 Az intenzitás: Ha nincs elnyelés A reflexióképesség R=1-T Ahol T= IT/I0 Hogyan lehet 0 reflexiót elérni? Ha cos d = -1 R = (r1+r2 )2 / (1+r1r2 )2 Az áteresztett intenzitás

12. A cos d akkor -1 ha n1t = l /4 (negyed hullámhossznyi) Ekkor a teljes reflexió: A reflexió akkor 0: Ha n1=(n0n2)1/2 mértani közép! MgF2 n=1.384 Negyedhullám rétegek