Uzun kızılötesi elektro-optik uygulamalar için geniş bant ve yüksek verimli anti yansıtıcı kaplamaların germanyum optikler üzerine simülasyonu
Simulation of broadband and high-efficiency anti-reflective coatings on germanium optics for long infrared electro-optical applications
Yazar: DAVUT AKBULUT
Danışman: DOÇ. DR. MUHAMMED SAYRAÇ
Sivas Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Elektrooptik aletler = Electo-optic devices ; Film kaplama = Film coating ; Germanyum = Germanium ; Kaplama = Coating ; Kızılötesi = Infrared ; Simülasyon =

Özet:
Uzun kızılötesi (LWIR) elektro-optik sistemlerinde optik özelliklerinden dolayı Germanyum (Ge) yarıiletkeni tercih edilmektedir. Kızılötesi spektrumda yer alan Çinko Selenid (ZnSe), Germanyum (Ge) ve İterbiyum (III) Florür (YbF3) tabanlı geçirgen optikler için geniş bant aralıklı, ortalama yansıma değeri uzun kızılötesi spektrumda, 8-12 µm dalga boyu aralığında R <1 olan çok katmanlı anti yansıtıcı kaplama tasarımları OptiLayer ve Essential Macleod yazılımları yardımıyla simüle edilmiştir. Simülasyon tasarımında kullanılan alttaş ve diğer malzemelerin spektral verileri literatürde bulunan deneysel çalışmalardan alınmıştır. Çok katmanlı anti yansıtıcı kaplama simülasyonu için yüksek, orta ve düşük kırılma indisli Ge, ZnSe ve YbF3 malzemeleri OptiLayer yazılımında modellenmiştir. Simüle edilen çok katmanlı anti yansıtıcılı tasarım, yüksek vakumlu optik kaplama cihazlarının kalınlık kontrolü sistemlerinde bulunan Kuvars Kristal Mikrobalans (QCM) ve Optik Monitör Sistemlerinin (OMS) literatürde bulunan deneysel verilerine dayanarak simülasyon grafikleri ile karşılaştırılmaları yapılmıştır. OptiLayer yazılımında modellenen tüm simülasyon verileri Essential Macleod yazılımı ile doğrulanmıştır. Yapılan simülasyon çalışmasının amacı uzun kızılötesi spektrumda çalışacak anti yansıtıcılı kaplamalı elektro optik sistemlerin deneysel çalışmaları için ön hazırlık aşamasıdır. İki farklı optik ince film kaplama tasarım programları kullanılarak ön bilgi oluşturacaktır. 
Yüksek vakumlu optik kaplama cihazlarında kullanılan iki farklı kalınlık kontrol sistemlerinin karşılaştırılmalı simülasyon tasarımı ile deney çalışmasına etkisi hakkında bilgi sağlayarak deneysel çalışmalara yön verebilecek niteliktedir. Deneysel çalışmalara hız kazandırıp etkin ve düşük maliyetli çalışmalar önünü açacağı beklenmektedir.

Abstract:
Due to their optical properties, Germanium (Ge) semiconductors are preferred for long infrared (LWIR) electro-optical systems. Multilayer anti-reflective coating designs for Zinc Selenide (ZnSe), Germanium (Ge), and Ytterbium (III) Fluoride (YbF3) based transmissive optics in the infrared spectrum with wide spectrum bandwidth and average reflectivity R < 1 in the extended infrared spectrum have been simulated with the help of Essential Macleod and OptiLayer software. The spectral data of the substrate and other materials used in the simulation design are taken from experimental studies in the literature. High, medium, and low refractive index Ge, ZnSe, and YbF3 materials were modeled in OptiLayer software to simulate multilayer anti-reflective coating. The simulated multilayer anti-reflective design is compared with simulation graphs based on experimental data available in the literature on Quartz Crystal Microbalance (QCM) and Optical Monitor Systems (OMS), which are thickness control systems of high vacuum optical coating devices. All simulation data modeled in OptiLayer software were validated with Essential Macleod software. This study aims to design simulations by creating preliminary information with two different optical thin film coating design programs for the experimental studies of anti-reflective coatings in the extended infrared spectrum. 
To be able to direct the experiment by providing information about the effect of two different thickness control systems used in high vacuum optical coating devices on the experimental work with comparative simulation design. It is projected this study will help conducting experimental research in an accurate and cost-effective ways.