Yer gözlem uydularında yansıtıcı ve yansıma engelleyici optik kaplamalar
Reflective and anti-reflective optical coatings for earth observation satellites
Yazar: NURCAN YANARCAN DOĞAN
Danışman: DOÇ. DR. AKİF ESENDEMİR ; PROF. DR. AYHAN ELMALI
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez yer gözlem uydu sistemlerinin optik elemanlarından, ayna ve mercek yüzeylerine yapılacak olan sırası ile yansıtıcı ve yansıma engelleyici kaplamaların tasarım ve uygulama sürecini anlatmaktadır. Bu kaplamalar, sistemin istenilen tayfsal alanda iyi bir optik performansla çalışabilmesi için gereklidir. 400-900nm tayfsal alanda mercekler üzerine kaplanması için yansıma engelleyici kaplamalarda yüksek kırıcılık indisli ve düşük kırıcılık indisli malzeme olarak, uzay uygulamalarında sıkça kullanıldığı bilinen TiO2/SiO2, alternatif malzeme olarak MgF2 kullanılmıştır. Yansıtıcı kaplamalarda Ag, koruma katmanı olarak ise TiO2/SiO2 malzemeleri kullanılmıştır. Bu tezde öncelikle kavramsal altyapı bilgisi ve kullanılan kaplama teknikleri gözden geçirilmiştir. Kaplamaların üretiminde TiO2, SiO2 ve MgF2 malzemeleri için elektron demetli buharlaştırma tekniği, Ag için ısısal buharlaştırma tekniği kullanılmıştır. Yapılan kaplamaların yansıtıcılık ölçümleri spektrofotometre ile alınmıştır. `Opti-Layer' programı kullanılarak yansıma engelleyici kaplamalarda ortalama yansıtıcılığı %0,21, yansıtıcı kaplamalar için ortalama yansıtıcılığı %98,5 olan iki ayrı kaplama tasarımı elde edilmiştir. Üretim aşamasında her tasarımdan, üretimde tekrarlanabilirliği sağlamak için iki ayrı örnek üretilmiştir. Hazırlanan tasarımlara kıyasla yansıma engelleyici kaplamalarda ortalama %0.05 farkla, yansıtıcı kaplamalarda ortalama %0.3 farkla üretimler gerçekleştirilmiştir. Yapılan kaplamaların zaman aşımında nasıl değişiklikler göstereceğini anlamak için 7 ay sonra tekrar ölçümleri alınmış ve 400-900nm tayfsal aralığın yüksek enerjili kısmında yansıtıcılığında, yansıma engelleyici kaplamalarda ortalama %0.1, yansıtıcı kaplamalarda ortalama %0.3 artış saptanmıştır. Ayrıca kaplamaların sıcaklık farklılıklarında nasıl değişiklik gösterdiğini incelemek için örnekler önce 70?C'de iki saat fırınlanmış, ardından da -20?C'de tutulmuştur. Bu işlemler sonucunda optik performansın bozulmadığı gözlenmiştir.

Abstract:
The main scope of this thesis is to investigate the design and implementation process of reflective and antireflective coatings applied on the optical components of earth observational satellites such as mirrors and lens surfaces. These coatings play an important role on the optical performance of the system at a desired spectral range. For coating the lenses to be worked in 400-900nm spectral range, antireflective coatings of TiO2/SiO2 were used as high and low refractive index materials which are known to be widely integrated in space applications. MgF2 was used as an alternative material. Ag was used in the reflective coatings and TiO2/SiO2 were used as protective layers. As a first goal, the basic background information and the coating techniques used up to date were investigated in this thesis. During the fabrication, TiO2, SiO2 and MgF2 were deposited by using e-beam evaporation technique, and Ag was deposited with thermal evaporation technique. The reflectivity properties of the coatings were probed via spectrophotometer. Modeling of the reflective and antireflective layers was performed with ?Opti-Layer? software. By using this software, the average reflectivity of 0.21% and 98.5% were modeled for antireflective and reflective coatings, respectively. All the samples related to a specific model were fabricated two times to show the reproductively of the same properties of the coatings. When the experimental results were compared with the theoretical modeling, an average difference of 0.05% was found for antireflective coatings and 0.3% an average difference was found for reflective coatings. To see the effect of time, ageing experiments were performed after seven months and the samples were re-measured in spectrophotometer. The results of the ageing experiments showed an increase in reflectivity at the higher energy part of 400-900nm spectral region, namely 0.1% for antireflective coatings and 0.3% for reflective coatings. Moreover, for the investigation of the effect of temperature on the optical coatings the samples were first heated up to 70?C for two hours and then kept under -20?C to see the stability. After these experiments, it was shown that, there were no changes in the performance of the coatings.