Görünür bölge ve yakın kırmızı altı bölgesi için dielektrik ayna tasarımı, hazırlanması ve karakterizasyonu
Designing, preparation and characterization of dielectric mirrors for visible and near infrared region
Yazar: GÜLSÜM GÜNDOĞDU
Danışman: YRD. DOÇ. ÖZLEM DUYAR COŞKUN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Yansıtıcı kaplamalar tanımlanmış dalga boyu aralığını tamamen yansıtmak için tasarlanırlar. Yansıtıcı kaplamaların genel olarak dielektrik ve metal yansıtıcılar olmak üzere iki çeşidi vardır. Geçmişte yüksek yansıtmalı kaplamalar olarak sadece metaller kullanılırdı. Yüksek yansıtıcı özelliklerine rağmen, metal kaplamaların soğurma katsayıları dielektrik kaplamalara göre oldukça yüksektir. Işığın geliş açısına metal yansıtıcılardan daha fazla duyarlı oldukları halde, dielektrik yansıtıcılar en dayanıklı yansıtıcılar olup, metal yansıtıcılara göre daha fazla tercih edilmektedir.Dielektrik aynalar dielektrik malzemeler kullanılarak oluşturulmuş ince filmlerin, cam veya uygun bir alttaş üzerine, yüksek ? düşük kırma indisli malzemelerin genelde referans dalga boyunun çeyrek boyu katı optik kalınlıklı katmanlarının periyodik olarak dizilmesiyle oluşturulur.Bu çalışmada elektromanyetik spektrumun görünür ve yakın kırmızı altı bölgesi için dielektrik aynalar TFC optik tasarım programı kullanılarak tasarlanmış, tasarlanmış olan dielektrik aynalar Hacettepe Üniversitesi Fizik Mühendisliği Bölümü İnce Film Hazırlama ve Ölçme Laboratuvarı'nda bulunan RF Magnetron Kopartma sistemi kullanılarak hazırlanmıştır. Bu çalışmada yüksek kırma indisli malzeme olarak Titanyumdioksit ve düşük kırma indisli malzeme olarak ise Silikondioksit kullanılmıştır. Öncelikle tasarlanmış olan aynaların hazırlanabilmesi için, malzemelerin her biri ayrı ayrı farklı kaplama koşullarında alttaş üzerine tek tabaka olarak kaplanmış, hazırlanmış olan filmlerin 350-1100 nm dalga boyu aralığında s ve p kutupluluk için geçirgenlik ve yansıtma ölçümleri nkd-8000e Aquila spektrofotometre kullanılarak alınmıştır. Yasak enerji band aralıkları hesaplanan tek tabaka ince filmlerin geçirgenlikleri de incelendikten sonra, her bir malzeme için uygun kaplama koşullarına karar verilmiştir.Tek katlı kaplamalar sonucunda belirlenen kaplama koşulları sabit tutularak yapılandeneylerde, ince filmlerin kalınlık kontrolünün yapılabilmesi için TFC Programı kullanılarak uyuşum işlemi sonucunda elde edilen ve kuvartz kristalin monitöründen okunan ince film kalınlıkları kullanılarak, her bir deneyden sonra yeni kalibrasyon çarpanı (tooling factor) belirlemek için eşitlik (6.3) kullanılarak, uygun kalibrasyon çarpanı belirlenmiştir.Bu aşamadan sonra çok katlı kaplamalar hazırlanmış spektroskopik ölçümleri yapılmış, her bir malzeme için ölçümlerin uygun işlemleri yapılıp, çalışmada kullanılacak deney koşulları test edilmiştir. Bir sonraki aşamada, uygun deney koşullarına göre görünür ve yakın kırmızı altı bölgeler için tasarlanmış olan dielektrik aynalar hazırlanıp, hazırlanmış olan aynaların s ve p kutuplanma için geçirgenlik ve yansıtma ölçümleri ise nkd-8000e Aquila spektrofotometresi kullanılarak alınmıştır. Başarılı deneyler sonucunda elektromanyetik spektrumun görünür ve IR bölgeleri için dielektrik aynalar hazırlanmış ve optik karakterizasyonları yapılmıştır.

Abstract:
Reflective coatings are designed to reflect fully the range of specified wavelength. There are two types of reflective coatings, dielectric and metal reflectors. In the past, for high reflective coatings only metals were used. Despite the high reflecting properties of metal coatings, their absorption coefficients are substantially higher than dielectric coatings. Although dielectric reflectors are more sensitive to the incident angle of the light than metal reflectors, the most stable reflectors are dielectric reflectors, so they are more preferred than metal reflectors.Dielectric mirrors were created by using thin films of dielectric materials, on appropriate substrate of glass or optical components, arranged quarter wavelength optical thickness layers are used periodically.Dielectric mirrors for visible and close near infrared region of electromagnetic spectrum were designed using TFC optical design program, the designed mirrors were prepared by using RF Magnetron Sputtering system at Thin Film Preparation and Measurement Laboratory in the Hacettepe University Department of Physics Engineering. Titaniumoxide and Silicondioxide films were used as a high refractive index material and as a low refractive index material; respectively. For the preparation of the designed mirrors, first of all each individually material were coated on the substrate as a single layer with different deposition conditions, the transmittance and reflectance measurements of the films were measured using a Aquila nkd-8000e model spectrophotometer for s and p polarization in the range of 350-1100 nm wavelengths. The energy band gap calculated of the single layer thin films. The Optimum deposition conditions for each material have been decided.These experimental conditions taken stable in the experiments, for controlling the thickness of thin films, using the fitting thin film thickness of TFC program and the reading thin film thickness of the quartz crystal monitor tooling factor using equation (6.3) was determined.After determining the experimental conditions, multilayer coatings were prepared and made their thickness fit, so the experimental conditions were controlled that were used in the study. After that the designed dielectric mirrors for visible and near infrared regions were prepared and their spectrophotometer measurements were done.