Issn молодой учёныйМеждународный научный журналВыходит два раза в месяц 10 (114) Редакционная коллегия bГлавный редактор
 Скачать 5.47 Mb.
|
|
. № 10 (114) . Май, 2016 г. ночных систем. Такие покрытия находят применение в различных видах фильтров, хроматической коррекции, для поляризации излучения (интерференционные поляризаторы, функциональной и компьютерной оптике, рентгеновских зеркалах и других оптических элементах Интерференционные просветляющие покрытия Прежде всего просветление поверхностей элементов оптических систем осуществляют для двух целей 1) для увеличения пропускной способности оптического элемента, те. уменьшаются потери интенсивности падающего излучения на отражение. Это актуально при разработке различных фотоприемных устройств, в частности солнечных элементов 2) для создания антибликовых покрытий за счет их просветления, это используется при разработке устройств отображения информации мониторов, кинескопов, а также входных оптических систем фото, видеоаппаратуры и оптоэлектронных устройств, включая интегральные. В последнее время возросла актуальность использования процессов напыления, использующих ионную поддержку в сочетании с ионной чисткой поверхности напыляемых материалов, что позволяет улучшить морфологию поверхности плёночных покрытий и их структуру. Это приводит к снижению поглощения в плёнках и повышает лучевую прочность Рис Зависимости пропускания T пластины, вычисленного сложением интенсивностей, и отражения R одной поверхности от показателя преломления пластины n Коэффициент отражения при нормальном падении R называется отражательной способностью [10]: 2 1 1 n R n − = Отношение прошедшей энергии к падающей называется коэффициентом пропускания 1 На рис. 1 приведены зависимости вычисленного по формуле Френеля коэффициента отражения R на границе раздела сред воздух−вещество и коэффициента пропускания Т плоскопараллельной пластинки из того же вещества от показателя преломления вещества n [17]. Рисунок отражает величину потерь на отражение оптических систем из различных материалов, которые могут быть гораздо выше в реальных случаях, те. для более чем одной пластины из разных веществ. Рис. 1. Зависимости пропускания T пластины, вычисленного сложением интенсивностей, и отражения R одной поверхности от показателя преломления пластины n [17] В настоящее время на производствах просветляющих покрытий возникает проблема контроля качества выпускаемой продукции, существующие системы контроля это в первую очередь дорогостоящее и импортное оборудование, что стимулирует разработку альтернативных программных методов, позволяющих производить контроль при минимальных затратах на оборудование и уменьшению зависимости от импортных технологий. Оценка качества сводится к определению коэффициенту преломления N , поглощения K и определению толщины пленки d. Рис. 2. Параметры R, R’,T Для расчета была использована модель, предложенная в работе [15]. В данной модели были представлены коэффициенты отражения и пропускания однослойных поглощающих пленок на прозрачных подложках для нормального угла падения выражающиеся следующим образом ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) exp 2 exp 2 2 cos 2 2 sin 2 exp 2 exp 2 2 cos 2 2 sin 2 ab k cd k r n s n R bd k ac k t n u n η η η η η η η η + − + + = + − + + ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) exp 2 exp 2 2 cos 2 2 sin 2 ' exp 2 exp 2 2 cos 2 2 sin 2 cd k ab k r n s n R bd k ac k t n u n η η η η η η η η + − + − = + − + + (1) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 0 16 exp 2 exp 2 2 cos 2 2 sin 2 nn Где, s n — коэффициент преломления подложки 0 n — коэффициент преломления среды n и k — комплексный коэффициент пленки λ — длинна волны (нм d — толщина пленки ми коэффициент отражения от пленки и со стороны подложки T- коэффициент пропускания пленки. ( ) 2 2 0 ; a n n k = − + ( ) 2 2 0 ; d n n k = + + ( ) 2 2 ; s b n n k = + + ( ) 2 2 ; s c n n k = − + ( )( ) ( ) 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 0 0 0 4 ; s s s r n n n k n k n n n n k = + + − + − − ( )( ) ( ) 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 0 0 0 4 ; s s s t n n n k n k n n n n k = + + − + − + ( ) ( ) 2 2 0 0 2 ; s s s K n n n k n n = − + + ( ) ( ) 2 2 0 0 2 ; s s u K n n n k n Где a , , , , , , , , d b c r t s u η — параметры устанавливающие связи и зависимости между искомыми коэффициентами. Коэффициент отражения при нормальном падении R называется отражательной способностью [10]: 2 1 1 n R n − = Отношение прошедшей энергии к падающей называется коэффициентом пропускания 1 На рис. 1 приведены зависимости вычисленного по формуле Френеля коэффициента отражения R на границе раздела сред воздух−вещество и коэффициента пропускания Т плоскопараллельной пластинки из того же вещества от показателя преломления вещества n [17]. Рисунок отражает величину потерь на отражение оптических систем из различных материалов, которые могут быть гораздо выше в реальных случаях, те. для более чем одной пластины из разных веществ. Рис. 1. Зависимости пропускания T пластины, вычисленного сложением интенсивностей, и отражения R одной поверхности от показателя преломления пластины n [17] В настоящее время на производствах просветляющих покрытий возникает проблема контроля качества выпускаемой продукции, существующие системы контроля это в первую очередь дорогостоящее и импортное оборудование, что стимулирует разработку альтернативных программных методов, позволяющих производить контроль при минимальных затратах на оборудование и уменьшению зависимости от импортных технологий. Оценка качества сводится к определению коэффициенту преломления N , поглощения K и определению толщины пленки d. Рис. 2. Параметры R, R’,T Для расчета была использована модель, предложенная в работе [15]. В данной модели были представлены коэффициенты отражения и пропускания однослойных поглощающих пленок на прозрачных подложках для нормального угла падения выражающиеся следующим образом ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) exp 2 exp 2 2 cos 2 2 sin 2 exp 2 exp 2 2 cos 2 2 sin 2 ab k cd k r n s n R bd k ac k t n u n η η η η η η η η + − + + = + − + + ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) exp 2 exp 2 2 cos 2 2 sin 2 ' exp 2 exp 2 2 cos 2 2 sin 2 cd k ab k r n s n R bd k ac k t n u n η η η η η η η η + − + − = + − + + (1) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 0 16 exp 2 exp 2 2 cos 2 2 sin 2 nn Где, s n — коэффициент преломления подложки 0 n — коэффициент преломления среды n и k — комплексный коэффициент пленки λ — длинна волны (нм d — толщина пленки ми коэффициент отражения от пленки и со стороны подложки T- коэффициент пропускания пленки. ( ) 2 2 0 ; a n n k = − + ( ) 2 2 0 ; d n n k = + + ( ) 2 2 ; s b n n k = + + ( ) 2 2 ; s c n n k = − + ( )( ) ( ) 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 0 0 0 4 ; s s s r n n n k n k n n n n k = + + − + − − ( )( ) ( ) 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 0 0 0 4 ; s s s t n n n k n k n n n n k = + + − + − + ( ) ( ) 2 2 0 0 2 ; s s s K n n n k n n = − + + ( ) ( ) 2 2 0 0 2 ; s s u K n n n k n Где a , , , , , , , , d b c r t s u η — параметры устанавливающие связи и зависимости между искомыми коэффициентами. Коэффициент отражения при нормальном падении R называется отражательной способностью [10]: 2 1 1 n R n − = Отношение прошедшей энергии к падающей называется коэффициентом пропускания 1 На рис. 1 приведены зависимости вычисленного по формуле Френеля коэффициента отражения R на границе раздела сред воздух−вещество и коэффициента пропускания Т плоскопараллельной пластинки из того же вещества от показателя преломления вещества n [17]. Рисунок отражает величину потерь на отражение оптических систем из различных материалов, которые могут быть гораздо выше в реальных случаях, те. для более чем одной пластины из разных веществ. Рис. 1. Зависимости пропускания T пластины, вычисленного сложением интенсивностей, и отражения R одной поверхности от показателя преломления пластины n [17] В настоящее время на производствах просветляющих покрытий возникает проблема контроля качества выпускаемой продукции, существующие системы контроля это в первую очередь дорогостоящее и импортное оборудование, что стимулирует разработку альтернативных программных методов, позволяющих производить контроль при минимальных затратах на оборудование и уменьшению зависимости от импортных технологий. Оценка качества сводится к определению коэффициенту преломления N , поглощения K и определению толщины пленки d. Рис. 2. Параметры R, R’,T Для расчета была использована модель, предложенная в работе [15]. В данной модели были представлены коэффициенты отражения и пропускания однослойных поглощающих пленок на прозрачных подложках для нормального угла падения выражающиеся следующим образом ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) exp 2 exp 2 2 cos 2 2 sin 2 exp 2 exp 2 2 cos 2 2 sin 2 ab k cd k r n s n R bd k ac k t n u n η η η η η η η η + − + + = + − + + ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) exp 2 exp 2 2 cos 2 2 sin 2 ' exp 2 exp 2 2 cos 2 2 sin 2 cd k ab k r n s n R bd k ac k t n u n η η η η η η η η + − + − = + − + + (1) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 0 16 exp 2 exp 2 2 cos 2 2 sin 2 nn Где, s n — коэффициент преломления подложки 0 n — коэффициент преломления среды n и k — комплексный коэффициент пленки λ — длинна волны (нм d — толщина пленки ми коэффициент отражения от пленки и со стороны подложки T- коэффициент пропускания пленки. ( ) 2 2 0 ; a n n k = − + ( ) 2 2 0 ; d n n k = + + ( ) 2 2 ; s b n n k = + + ( ) 2 2 ; s c n n k = − + ( )( ) ( ) 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 0 0 0 4 ; s s s r n n n k n k n n n n k = + + − + − − ( )( ) ( ) 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 0 0 0 4 ; s s s t n n n k n k n n n n k = + + − + − + ( ) ( ) 2 2 0 0 2 ; s s s K n n n k n n = − + + ( ) ( ) 2 2 0 0 2 ; s s u K n n n k n Где a , , , , , , , , d b c r t s u η — параметры устанавливающие связи и зависимости между искомыми коэффициентами. 317 Technical Sciences “Young Scientist” . #10 (114) . May Рис Параметры R, R’, Коэффициент отражения при нормальном падении R называется отражательной способностью [10]: 2 1 1 n R n − = Отношение прошедшей энергии к падающей называется коэффициентом пропускания 1 На рис. 1 приведены зависимости вычисленного по формуле Френеля коэффициента отражения R на границе раздела сред воздух−вещество и коэффициента пропускания Т плоскопараллельной пластинки из того же вещества от показателя преломления вещества n [17]. Рисунок отражает величину потерь на отражение оптических систем из различных материалов, которые могут быть гораздо выше в реальных случаях, те. для более чем одной пластины из разных веществ. Рис. 1. Зависимости пропускания T пластины, вычисленного сложением интенсивностей, и отражения R одной поверхности от показателя преломления пластины n [17] В настоящее время на производствах просветляющих покрытий возникает проблема контроля качества выпускаемой продукции, существующие системы контроля это в первую очередь дорогостоящее и импортное оборудование, что стимулирует разработку альтернативных программных методов, позволяющих производить контроль при минимальных затратах на оборудование и уменьшению зависимости от импортных технологий. Оценка качества сводится к определению коэффициенту преломления N , поглощения K и определению толщины пленки d. Рис. 2. Параметры R, R’,T Для расчета была использована модель, предложенная в работе [15]. В данной модели были представлены коэффициенты отражения и пропускания однослойных поглощающих пленок на прозрачных подложках для нормального угла падения выражающиеся следующим образом ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) exp 2 exp 2 2 cos 2 2 sin 2 exp 2 exp 2 2 cos 2 2 sin 2 ab k cd k r n s n R bd k ac k t n u n η η η η η η η η + − + + = + − + + ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) exp 2 exp 2 2 cos 2 2 sin 2 ' exp 2 exp 2 2 cos 2 2 sin 2 cd k ab k r n s n R bd k ac k t n u n η η η η η η η η + − + − = + − + + (1) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 0 16 exp 2 exp 2 2 cos 2 2 sin 2 nn Где, s n — коэффициент преломления подложки 0 n — коэффициент преломления среды n и k — комплексный коэффициент пленки λ — длинна волны (нм d — толщина пленки ми коэффициент отражения от пленки и со стороны подложки T- коэффициент пропускания пленки. ( ) 2 2 0 ; a n n k = − + ( ) 2 2 0 ; d n n k = + + ( ) 2 2 ; s b n n k = + + ( ) 2 2 ; s c n n k = − + ( )( ) ( ) 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 0 0 0 4 ; s s s r n n n k n k n n n n k = + + − + − − ( )( ) ( ) 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 0 0 0 4 ; s s s t n n n k n k n n n n k = + + − + − + ( ) ( ) 2 2 0 0 2 ; s s s K n n n k n n = − + + ( ) ( ) 2 2 0 0 2 ; s s u K n n n k n Где a , , , , , , , , d b c r t s u η — параметры устанавливающие связи и зависимости между искомыми коэффициентами. Выражение (1) представляет собой систему из х нелиненых уравнений стремя неизвестными. Для решения этой системы был использован модифицированный метод Ньютона — Рафсона, так как он наиболее универсальный и удобный для применения ЭВМ, сочетающий преимущества метода касательных и способа логарифмической линеаризации нелинейной части системы [19,20]. Используя в алгоритме решения вышеописанный метод — следует учитывать что устойчивость решения зависит от начального условия 1 2 2 1 1 1 2 1 2 * * ; * * i i f f f f k k n n f f f f n k k n − ∂ ∂ − ∂ ∂ = + ∂ ∂ ∂ ∂ − ∂ ∂ ∂ ∂ (2) 2 2 1 2 1 1 2 1 2 * * ; * * i i f f f f n n k k f f f f n k k n − ∂ ∂ − ∂ ∂ = +Где, ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 1 0 cosh 2 sinh 2 2 cos 2 2 sin 2 16 s R f P Q r S n n n k T α α γ γ = + + + − + ; ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 2 0 ' cosh 2 sinh 2 2 cos 2 2 sin 2 16 s R f P Q r S n n n k T α α γ γ = − + − − + ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 0 8 cosh 2 sinh 2 2 cos 2 2 sin 2 cos 2 sin 2 32 ; n n n n s f d R P Q R S S r n n n n T π α α γ γ γ γ λ ∂ = + + + + − − ∂ ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 0 4 cosh 2 sinh 2 2 cos 2 2 sin 2 sin 2 cosh 2 32 ; k k k k s f d R P Q R S P h Q n n k k T π α α γ γ α α λ ∂ = + + + + + − ∂ ( ) ( ) ( ) ( ) 2 0 4 ' cosh 2 sinh 2 2 cos 2 2 sin 2 32 ; k k k k s f d R P Q R S n n k k T π α α γ γ λ ∂ = + + + + − ∂ ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 0 8 ' cosh 2 sinh 2 2 cos 2 2 sin 2 cos 2 sin 2 32 ; n n n n s f d R P Q R S S r n n n n T π α α γ γ γ γ λ ∂ = − + − − − − ∂ ( ) ( ) ( ) 2 2 2 2 2 2 0 0 4 4 ; n s s P n n k n n k n n n = + + + + + − ( ) ( ) ( ) 2 2 2 2 2 2 0 4 ; k s P k n k n n k n = + + + + + ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 2 2 2 2 2 0 0 0 4 8 ; n s s s Q n k n n n k n n n n n π = + + − + + + − ( ) 0 8 ; n s Q nk n n = − ( ) ( ) ( ) 2 2 2 2 2 2 0 2 ; n s R n n k n n k n = − + − + + − ( ) ( ) ( ) 2 2 2 2 2 2 0 0 2 4 ; k s s R k n k n n k n n n = + − + + − + ( ) 0 4 ; n s S nk n n = − ( ) ( ) ( ) 2 2 2 0 0 0 2 4 ; k s s s S n n n k n n k Метод, реализованный в моей программе решает эту проблему, сначала находится первое приближение искомых коэффициентов и только потом производится окончательное уточнение найденных приближений с использованием описанного выше метода Ньютона-Рафсона. Программа optic const.exe, позволяет проводить расчет коэффициентов преломления, поглощения и толщины нанесенной пленки. В программе предусмотрен простой и функциональный интерфейс, позволяющий пользователю корректировать входные данные и находить устойчивые решения. Основное окно программы показано на рис. Рис. 3. Основное окно программы Рассмотрим основные элементы управления. Ввод данных — ввод параметров среды, подложки и т. д. Запуск решения — отображение спектральных значений пропускания, преломления и поглощения, а также диаметр покрытия. |