МНОГОДИАПАЗОННОЕ ПРОСВЕТЛЯЮЩЕЕ ПОКРЫТИЕ

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, в частности к оптическим покрытиям, и может быть использована для создания многодиапазонных оптических устройств, работающих одновременно в нескольких спектральных диапазонах: видимом диапазоне, ближнем и среднем инфракрасных (ИК) диапазонах спектра.
Известна структура многодиапазонного просветляющего покрытия, состоящая из трех или пяти диэлектрических слоев и снижающая величину энергетического коэффициента отражения до значения отражения 5% в диапазонах длины волн 0,5-0,9 мкм, 1,056-1,065 мкм и 8-12 мкм границы раздела воздух - сернистый цинк (Соколова P.C., Муранова Г.А, Горелкина Ж.Н. Многоспектральные просветляющие покрытия для видимой, ближней и ИК областей спектра // Оптический журнал. - 2005. - Т. 72. - С. 60-62). Рассматриваемое покрытие не обеспечивает снижение энергетического коэффициента отражение в средней ИК области.
Известна структура просветляющего покрытия, которая рассчитана численным методом, (Daniel Cohen, Yevgeni Stolov, Amnon Azran, Mordechai Gilo. Dual - and triple-band AR coatings for IR systems // Proc. of SPIE. - 2013. - Vol. 8704. - 870422). Покрытие снижает энергетический коэффициент отражения до величины 1-2% в трех диапазонах: 8-12 мкм, 3-5 мкм и на длине волны 1,06 мкм. Недостатком этого покрытия является отсутствие просветления в видимом диапазоне и узкая зона просветления в ближней ИК области.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели, является структура покрытия, описанная в (Suman Awasthi, B.B. Nautiyal, Rajiv Kumar, P.K. Bandyopadhyay. Multi-spectral antireflection coating on zinc sulphide simultaneously effective in visible, eye safe laser wave length and MWIR region // Infrared Physics & Technology. - 2012. - Vol. 55. - P. 395-398). Представленная в данной работе структура просветляющего покрытия может быть взята за прототип. Покрытие сформировано на подложке из сернистого цинка, который имеет показатель преломления 2,26, и состоит из 8 слоев. Четные слои сформированы из оксида гафния (n=1.89), нечетные - из оксида кремния (n=1.45), слой с меньшим показателем преломления граничит с воздухом, оптические толщины слоев не равны между собой и многие из них много меньше длины волны, на которой наблюдается минимальное значение энергетического коэффициента отражения.
Недостатком этого покрытия является то, что оно сформировано слоями, оптические толщины которых не равны между собой, а некоторые из них много меньше длины волны, на которой наблюдается минимальное отражение, что вызывает большие сложности контроля толщин слоев при их изготовлении. Это покрытие обеспечивает такое распределение энергического коэффициента отражения, что остаточное отражение в видимом 0,45-0,65 мкм и среднем ИК 3-5 мкм диапазонах больше 3%.
Задача, решаемая заявляемой полезной моделью, заключается в получении структуры многодиапазонного просветляющего покрытия на подложке из оптического сернистого цинка, которая снижает энергетический коэффициент отражения до значения менее 3% в диапазонах 0,45-0,7 мкм, 1-1,1 мкм и 3-5 мкм.
Данная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося в упрощении технологии изготовления структуры, обеспечивающей снижение отражения на границе раздела сернистый цинк - воздух менее 3%. Технический результата достигается тем, что многодиапазонное просветляющее покрытие, сформированное на оптическом элементе из сернистого цинка, имеющем показатель преломления 2.26, и состоящее из слоев диэлектрических материалов, причем слой, граничащий с воздухом, имеет минимальный показатель преломления и отличается тем, что покрытие состоит из четырех слоев, оптические толщины слоев, равны между собой и равны 550 нм, а геометрические отличаются в соответствии с показателями преломления, значение показателей показатели преломления слоев увеличиваются от воздуха к подложке. Слой, граничащей с воздухом, изготовлен из фторида магния (n=1.35), прилежащий к нему слой - из фторида иттрия (n=1.50), следующий слой из оксида гадолиния (n=1.80), слой, расположенный на подложке, из диоксида гафния (n=2.15).
Показатели преломления слоев, на основе которых выбираются материалы для их формирования, определяются из соотношения [Southwell W.H. Coating design using very thin high - and low-index layers // Appl. Opt. - 1985. - V. 24. - №4. - P. 457-460.]:
i
П
0
0
где n - показатель преломления i-ого слоя, x - расстояние от границы с воздухом до границы раздела между i-ым и i+1-ым слоями (i=0, 1, 2, 3, 4), T - общая физическая толщина покрытия, состоящего из нескольких слоев, n - показатель преломления подложки, для сернистого цинка эта величина равна 2.26, n - показатель преломления окружающей среды (для воздуха n=1).
Данное покрытие обеспечивает снижение энергетического коэффициента отражения оптического элемента, изготовленного из сернистого цинка, с величины 15% до величины менее 3% в трёх спектральных диапазонах: 0,45 - 0,7 мкм, 1 - 1,1мкм и 3 - 5 мкм.
Устройство работает следующим образом. Для указанных диапазонов длин волн выполняется условие минимума интенсивности при интерференции излучений, отраженных от верхней и нижней границ каждого слоя, т. е. определяемая удвоенной оптической толщиной каждого слоя разность хода равна нечетному числу длин полуволн (см., например, Крылова Т. Н. "Интерференционные покрытия", Машиностроение, 1973). В предлагаемом изделии оптическая толщина каждого слоя равная 550нм обеспечивает условие минимума интерферируемого излучения в указанном спектральном диапазоне, а геометрическая толщина каждого слоя определяется обратно пропорционально его показателю преломления.
Реализация разработанных конструкций просветляющих покрытий была осуществлена на стандартной вакуумной установке ВУ-2М, снабженной термическими испарителями (температура испарения используемых соединений превышает 1000°С) и системой фотометрического контроля СФКТ-751В. При формировании данных структур использовался контроль изменения пропускания оптического элемента по мере увеличения толщины слоя. Точность контроля оптической толщины каждого слоя не превышает 7%, что обеспечивает возможность воспроизведения требуемых структур.
-3
Величина остаточного давления в вакуумной камере во время формирования интерференционного покрытия лежала в интервале (1-3)×10 Па.
Спектральные характеристики энергетического коэффициента отражения заявляемого покрытия (кривая 1) и энергетический коэффициент сернистого цинка без просветляющего покрытия (кривая 2) представлены на фиг.