автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Технология получения тонкопленочных покрытий с переменным отражением

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ

На правахрукописи

Дмитренко Владимир Анатольевич

УДК621.535.683

ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ С ПЕРЕМЕННЫМ ОТРАЖЕНИЕМ.

Специальность 05.11. 07 - Оптические и оптико-электронные приборы и

комплексы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2004

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете информационных технологий, механики и оптики

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Э. С. Путилин

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор В. М Золотарёв

кандидат технических наук А. В. Михайлов

Ведущая организация — ОАО ЛОМО

Защита диссертации состоится "_"_2004 года в_на заседании

диссертационного совета Д. 212.227.01 "Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы" при Санкт-Петербургском государственном университете информационных технологий, механики и оптики по адресу: 197101, г. Санкт-Петербург, ул. Саблинская, д. 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПб ГУИТМО

Автореферат разослан "_"_200 года.

Ваши отзывы и замечания по автореферату в 2-х экземплярах просим направлять в адрес института: 197101, г. Санкт-Петербург, ул. Саблинская, д. 14, СПб ГУИТМО, секретарю диссертационного совета Д. 212.227.01

Ученый секретарь

диссертационного совета Д. 212.227.01 кандидат технических наук, доцент

П

2004-4 26805

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы, В последнее время большое внимание уделяется улучшению выходных пространственно-энергетических характеристик лазеров. Разработаны методы, позволяющие достичь улучшения выходных параметров лазерных систем путем введениея в лазерную систему дополнительных оптических элементов: различных преломляющих оптических систем, фазовых решеток, фильтров, модуляторов, голографических систем, поглощающих линз и т. д. Аналогичных результатов также можно добиться, используя в лазерах различные конструкции лазерных резонаторов, включающих в себя зеркала с фазовым сдвигом, пространственные фильтры, дифракционные оптические элементы, гауссовы зеркала и супер-гауссовы зеркала. Использование в лазерных резонаторах отражателей с переменным по поверхности коэффициентом отражения является одним из перспективных направлений. Отражатели представляют собой нанесенные на подложку многослойные диэлектрические покрытия, содержащие слои с переменным по поверхности детали профилем толщины. Важным моментом в технологии изготовления таких систем, основанной на вакуумных методах нанесения покрытий с использованием различной оснастки, является получение покрытий с заданными геометрическими и оптическими параметрами. В процессе осаждения материала используется фотометрический контроль толщины слоев, который должен обеспечивать формирование покрытий с требуемыми параметрами.

Цель работы. Целью работы является анализ влияния конструкции тонкопленочных систем, включающих слои с переменным профилем толщины, на коэффициент отражения (пропускания) в некоторой точке поверхности подложки на заданной рабочей длине волны и оптимизация выбора конструкции покрытий с заданными характеристиками, а также создание экспериментальной технологии многослойных диэлектрических систем с переменным коэффициентом отражения по поверхности детали, используемых в лазерных резонаторах. Задачи исследования.

Поиск закономерностей, позволяющих оптимизировать выбор конструкции диэлектрической системы, которая должна обеспечить требуемое распределение коэффициента отражения по поверхности детали. Конструкция определяется общим количеством слоев в системе, величиной показателей преломления слоев, подложки, среды, количеством слоев с переменным профилем толщины, а также взаимным расположением слоев с высоким и низким показателями преломления (порядковый номер в пленочной системе), толщиной слоев в центре детали и на краях. - Определение критериев выбора конструкции многослойной системы, обеспечивающих требуемый профиль коэффициента отражения.

- Оценка влияния отклонения от расчетных значений параметров оснастки : Н - расстояние от испарителя до поверхности подложки, к -расстояние от испарителя до диафрагмы, йи - расстояние от испарителя до оси вращения подложки, гБ - радиус диафрагмы, на формирование слоев с переменным профилем толщины и, следовательно, на распределение коэффициента отражения Щр).

Исследование оптических характеристик полученных покрытий.

Методы исследования.

Для решения поставленных задач использовались следующие методы:

- анализа зависимости коэффициента отражения от множества параметров многослойных диэлектрических пленочных систем различных конструкций.

математического моделирования процесса осаждения испаряемого вещества в вакууме через круглую диафрагму, находящуюся между испарителем и подложкой для одинарного вращения.

- процедурного программирования, с использованием языка технических вычислений системы МЛТЬЛВ, для проведения расчетов спектральных, пространственных, энергетических характеристик диэлектрических пленочных систем с учетом профиля толщины различных слоев, а также для определения этого профиля в зависимости от геометрических параметров вакуумной установки, оснастки, и их взаимного пространственного расположения, с использованием математической модели осаждения.

Научная новизна работы.

Определены критерии выбора конструкции многослойной диэлектрической системы, учитывающие назначение оптической системы, близость распределений Щр) систем к требуемому, сложность конструкции, технология изготовления, устойчивость Щр) к отклонениям толщины и показателя преломления в процессе осаждения.

- Рассмотрено влияние на зависимость коэффициента отражения от толщины Щй) количества слоев в пленочной системе, порядка, а также взаимного расположения слоев с постоянной и меняющейся толщиной в многослойном пакете, количества слоев с меняющейся толщиной в конструкциях, представляющих собой традиционные оптические покрытия: узкополосные диэлектрические фильтры, четвертьволновые зеркала, а также другие системы. Проведен поиск закономерностей в этих пленочных системах, позволяющих упростить выбор необходимой диэлектрической системы.

- Проведена оценка факторов, оказывающих влияние на формируемый профиль толщины слоев во время осаждения материала и на профиль коэффициента отражения.

Практическая значимость работы.

- Изготовлена универсальная оснастка, используемая в стандартной вакуумной установке типа ВУ-1А, для нанесения покрытий с

переменным профилем толщины методом вакуумного испарения на поверхности диаметром до 150 миллиметров при одинарном вращении. Изготовлены многослойные диэлектрические покрытия с распределениями коэффициента отражения, близкими к требуемым. Для различного типа покрытий определены закономерности в зависимости коэффициента отражения от параметров пленочных систем, что в достаточной степени облегчает выбор конструкций многослойных систем, обеспечивающих требуемое распределение коэффициента отражения по поверхности подложки. - Проведены расчеты ряда конструкций многослойных систем, на основе которых можно создать сборник зависимостей Я(й) в графическом виде, также упрощающий поиск необходимой конструкции (Приложение 1). Основные результаты, выносимые на защиту.

1. Критерии выбора конструкции пленочной системы.

2. Зависимости коэффициента отражения Я(й) от толщины слоев для пленочных систем различных конструкций.

3. Закономерности влияния структуры многослойной диэлектрической системы, включающей слои с переменным профилем толщины, на распределения коэффициента отражения Щй).

4. Условия формирования профиля толщины слоев пленочных покрытий через круглую диафрагму на подложку, совершающую планетарное или одинарное вращение.

5. Универсальная оснастка для формирования покрытий с переменным профилем толщины на подложке при одинарном вращении.

6. Экспериментальные результаты создания и исследования полученных диэлектрических систем, включающих слои с переменным профилем толщины.

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Международной конференции "Прикладная оптика-96" (г. Санкт-Петербург, сентябрь, 1996 г.), на VI Международной конференции "Лазерные технологии 98" 1ЬЬЛ'98, (г. Шатура, июнь, 1998 г.), на Международной конференции "Прикладная оптика-98" (г. Санкт-Петербург, декабрь, 1998 г.), на Российской научно-практической конференции Оптика-ФЦП "Интеграция", (г. Санкт-Петербург, январь, 1999 г.), на XXX научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава,- (г.Санкт-Петербург, январь, 1999 г.), на Международной конференции "Прикладная оптика 2000" (г. Санкт-Петербург, октябрь, 2000 г.), на Международной конференции "Прикладная оптика 2002" (г. Санкт-Петербург, октябрь, 2002 г.). Публикации.

По материалам диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ и получено 1 авторское свидетельство.

Структура и объем работы,_

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 153 страницы машинописного текста, 49 рисунков, 9 таблиц. Список литературы содержит 89 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение.

Во введении показана актуальность создания отражателей с переменным коэффициентом отражения, используемых в лазерных резонаторах, обоснована практическая значимость работы, сформулированы направления работы, а также научные положения и результаты, представлена краткая аннотация глав. Первая глава.

В первой главе представлен анализ работ, посвященный проблеме улучшения выходных энергетических характеристик лазерных систем, а также методам, позволяющим выполнить эту задачу путем применения в лазерных системах резонаторов различных конструкций. Особое внимание уделяется методу, использующему в резонаторах отражатели с переменным по поверхности детали отражением. Использование подобных оптических элементов приводит к существенному улучшению выходных параметров лазерного излучения, а именно, к уменьшению расходимости и повышению энергетической эффективности лазера. Заданное распределение коэффициента отражения обеспечивают многослойные тонкопленочные системы, включающие слои с переменным профилем толщины. Изменение коэффициента отражения по радиальной координате поверхности подложки чаще описывается супергауссовой функцией:

где Ко - максимальное отражение в центре, р - радиальная координата, Ра - радиус, на котором коэффициент отражения Я0 убывает до значения - любое число. Отмечены улучшения качества лазерного излучения в устойчивых и неустойчивых резонаторах по сравнению с резонаторами на основе обычных зеркал. Приведены различные варианты конструкций покрытий широко используемых в лазерных резонаторах. Формирование покрытий, содержащих слои с меняющейся толщиной, может осуществляться различными способами. Общим для этих методов является использование масок различных конструкций, определяющих распределение толщины слоя по поверхности детали во время процесса осаждения. Маска, находящаяся между испарителем и подложкой, экранирует часть молекулярного потока испаряемого вещества и перераспределяет его на заданном участке поверхности подложки. Профиль толщины слоя будет зависеть от геометрических параметров

отверстия или экрана, а также от его местоположения в вакуумной камере во время осаждения. Каждый из способов формирования слоев с переменным профилем имеет свои преимущества и недостатки, однако, общим недостатком всех рассмотренных методов является нестабильность характеристик испарителя во время осаждения вещества, которая приводит к отклонению толщины от расчетной и, соответственно, к отклонению распределения коэффициента отражения. При вакуумном формировании оптических покрытий наиболее распространенным методом контроля толщины слоев являются спектрофотометрический контроль и контроль по массе. Однако, в публикациях о формировании покрытий с переменным профилем толщины часто не упоминается о способах контроля толщины во время осаждения. Поэтому актуальной проблемой является контроль толщины градиентных слоев во времяосаждения. Вторая глава.

В данной главе рассмотрен выбор конструкций диэлектрических пленочных систем, обеспечивающих требуемое распределение коэффициента отражения по поверхности детали, также рассмотрено влияние толщины слоев в различных системах на коэффициент отражения.

На примере трехслойной диэлектрической системы, содержащей один слой с переменным профилем толщины проведен расчет распределения толщины этого слоя с1(р), который должен обеспечить заданное распределение коэффициента отражения по поверхности подложки. Толщина градиентного слоя зависит от множества параметров:

где - рабочая длина волны, - показатели преломления,

соответственно, среды и подложки, И|, п2, и п^ - показатели преломления, соответственно, слоев с постоянной толщиной ^и^и слоя с переменным профилем толщины </1вг. С увеличением в пленочной системе общего количества слоев, а также количества слоев г/уа1. будет увеличиваться число параметров, влияющих на распределение толщины и зависимости толщины от этих параметров будут принимать более сложный вид. Из зависимости (2) следует, что характер распределения И(р) многослойной диэлектрической системы по поверхности детали (подложки) будет определяться следующим:

1. оптической толщиной слоев в центре детали;

2. порядковым номером и показателем преломления слоев с переменным профилем толщины;

3. характером распределения толщины слоев по поверхности детали. Первая характеристика определяет величину Я в центральной зоне образца. Вторая оказывает влияние как на величину коэффициента отражения, так и на его распределение по поверхности подложки. Особое внимание следует уделить третьему фактору. Во-первых, управление распределением толщины слоя или слоев по радиальной координате

является главной задачей при формировании покрытий с заданным распределением R{p), во-вторых, решать эту задачу можно разными путями. Например, если в центре детали требуется получить максимальное

п шах п лил

значение отражения R0 , а на краях - минимальное Rq , то для обеспечения R0""" в простейшем случае берется многослойное диэлектрическое зеркало с оптической толщиной слоев nd=k<JA. Однако, изменение можно получить путем изменения одного,

нескольких или всех слоев как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения. В качестве исходных систем, обеспечивающих заданное Ro""*, могут быть многослойные диэлектрические зеркальные системы, фильтры, просветляющие системы, изменяя толщину слоев в которых, можно получить требуемое R(ß). Критериями, определяющими окончательный выбор пленочной системы, являются:

1. назначение оптической системы, которое определяет требования к пленкообразующим веществам: область прозрачности, поглощение, адгезионные свойства к подложке и к друг к другу и т.д., а также устойчивость к внешним воздействиям: лучевая прочность, влагоустойчивость, и т.д.;

2. близость распределений R(p) систем к требуемому определяется

следующим: - заданное

распределение R(p), определяемое выражением (1), R^^ - расчетное распределение R(p), которое определяется параметрами оснастки: II, h, rD и Rh. Соответственно, чем меньше величина SR, тем ближе расчетное и заданное распределения коэффициентов отражения;

3. сложность конструкции, которая зависит от общего количества слоев в пленочной системе, их толщины; количества и взаимного расположения слоев с переменным профилем толщины; слоев, у которых оптическая толщина в центре детали отличается от

4. технология изготовления, которая зависит от метода, используемого для формирования слоев с постоянной и меняющейся толщиной пленочной системы (конструкция масок, тип и размеры испарителя), а также от вышеперечисленных критериев;

5. устойчивость распределения R(p) к отклонениям толщины и показателя преломления слоев в процессе осаждения, которая' определяется конструкцией пленочной системы.

Как правило, многослойная веночная система состоит из чередующихся четвертьволновых (rtd=Xс/4) слоев диэлектрика с высоким и низким показателями преломления, нанесенных на подложку с показателем преломления ns- Можно выделить четыре возможных типа пленочных систем:

о

nj/B|/Н2/... /HM.,/BN (3.1), Hs/H,/B2/... /Hn.,/Bn (3.3),

«S/H,/B2/... /Ви.,/Нм (32), ns/B,/H2/... /B№1/HN (3.4),

где В| - первый слой от подложки с показателем преломления «в» Н* -второй слой от подложки с прказателем преломления «н и т.д. Для зеркальных покрытий чаще используется системы типа (3.1), так как они при наименьшем количестве слоев . обеспечивают максимальное отражение. Для формирования градиентных покрытий могут использоваться в равной степени все 4 варианта в зависимости от поставленной задачи. Например, на основе 5-слойной диэлектрической системы, можно сформировать 30 вариантов конструкций систем, содержащих слои с переменным профилем толщины. Из них только 9 (рис. 1) удовлетворяют условию максимального отражения в центре детали ЯоЛ" и минимальному на краю Иатш<1%. На рис. 1 представлены зависимости коэффициента отражения 5-слойной пленочной системы (3.1) от относительной толщины слоев - удовлетворяющие условию

Яо""" и К0тт, где «г*=Л/4, пв= 1.92, пн=1Л5, /75= 1.52. В верхней части рисунка указаны порядковые номера слоев от подложки, толщина которых

Рис. 1 Зависимость коэффициента отражения Л пленочной системы (3.1) от относительной толщины слоев. .

изменяется от nd=025Ao до исМ). На основе 7-слойной системы (3.1) таких вариантов будет 127, а удовлетворяющих условию Ro"a' и Ro""" - 36. После анализа зависимостей R(d/dn) для 5 и 7-слойных систем (3.1) были отмечены характерные закономерности:

- для пленочных систем типа (3.1), содержащих 2 и более неравнотолщинных слоев, изменение коэффициента отражения от максимального до ближайшего минимального значения чаще происходит при меньших изменениях толщины ¿W слоев с переменным профилем в случаях, если слои с переменным профилем толщины находятся в непосредственной близости друг к другу, а также при увеличении в системе количества этих слоев, независимо от структуры*;

- для систем с одинаковым числом, два и более, слоев с переменным профилем и сходной структурой, величина Ad имеет близкие значения.

- выявлено, что в пленочных системах, обеспечивающих требуемый минимальный коэффициент отражения, количество слоев с переменным профилем толщины со стороны воздушной среды больше или равно количеству слоев со стороны подложки относительно среднего слоя, исключая или включая для обоих случаев данный промежуточный слой с высоким или низким показателем преломления.

* например, a,b+c+d (N) - система с N-ным количеством слоев содержит четыре слоя с переменным профилем толщины, разделенных одним или более слоями с постоянной толщиной; а, b, с, d- набор однозначных цифр, количество которых равно числу слоев с переменным профилем толщины, и обозначающих номер неравнотолщинного слоя от подложки см. рис. 1, два из которых а и Ь являются близлежащими слоями.

Наряду с четвертьволновыми пленочными системами, включающими слои с переменным профилем толщины, практическую значимость в формировании заданного распределения R{p) имеют другие системы с оптической толщиной различных слоев ndtXJb. С увеличением числа слоев в пленочной системе, увеличивается число возможных конструкций, содержащих слой с переменным профилем. Что касается пленочных систем типа (3.2), (3.3), (3.4), то зависимости R(d/do) существенно отличаются от вышерассмотренных, поэтому в силу их трудной предсказуемости, для облегчения поиска необходимой конструкции, обеспечивающей необходимое распределение проведены расчеты, в результате которых получены графические зависимости R(d/do) для 5, 6 и 7слойных многослойных диэлектрических пленочных систем (3.1), (3.2), (3.3), (3.4), которые существенно помогают проводить выбор необходимой конструкции. Третья глава,

В данной главе рассмотрено формирование слоев с переменным профилем толщины в вакууме.

Рассмотрена математическая модель формирования на подложке

слоев с переменным профилем толщины. Основными элементами модели осаждения являются: испаритель, подложкодержатель на котором расположена подложка, и диафрагма с круглым отверстием. Подложка находится в плоскости Х'О'У параллельной горизонтальной плоскости ХОУ и совершает сложное, движение - планетарное вращение (рис.2). Осаждение материала на подложку происходит из испарителя И, находящегося на расстоянии ,йц от центра вращения подложко-держателя, через круглую диафрагму с радиусом находящуюся между испарителем и

подложкой в плоскости параллельной плоскости детали на расстоянии к от плоскости испарителя. Подложка и диафрагма вращаются с одинаковой угловой скоростью и в одном направлении относительно оси 0'2'. Центр вращения детали совпадает с центром симметрии и центром вращения диафрагмы и совершает круговое движение по окружности с радиусом г относительно центра вращения подложкодержатсля - 02. Во время перемещения подложки оси ОХ, ОУ и 02 параллельны, соответственно, осям О'Х', О'У и 0'2'. Осаждение испаряемого вещества на точку поверхности подложки будет происходить в том случае, если она будет находиться в зоне видимости испарителя (рис. 2). Толщина слоя d в некоторой точке поверхности детали, сформированная осаждением материала через круглую диафрагму с учетом различных факторов:

Рис. 2 Осаждение материала через круглую диафрагму В на поверхность подложки 5. Модель планетарного вращения.

где - коэффициент конденсации, определяющий отношение числа осажденных молекул к общему числу молекул, - скорость испарения вещества, g - плотность образовавшегося слоя, й> - угловая скорость вращения приемной поверхности, Р - расстояние от центра испарителя И до точки А на поверхности подложки, Н - расстояние от плоскости испарителя до поверхности детали, на которую проводится вакуумное осаждение вещества, фо - угол поворота подложкодержателя или центра подложки,

Предложена схема подложкодержателя (планетарное вращение) для формирования слоев с переменным профилем толщины одновременно на большом количестве подложек при различных положениях испарителя.

Рис. 3 Распаложение детали, диафрагмы и испарителя во время осаждения.

Рассмотрена модель одинарного вращения - частный случай планетарного вращения, где осаждение пленкообразующего материала происходит через тонкую диафрагму с круглым отверстием, находящуюся между испарителем и подложкой, ось вращения которой совпадает с центрами симметрии диафрагмы и ограничивающей диафрагмы ¡У} (рис.3). В данной модели рассматривается бесконечно малый поверхностный испаритель. При этих условиях на поверхности подложки формируется осесимметричное распределение толщины, а, следовательно, профиль коэффициента отражения также будет иметь осевую симметрию. Толщина слоя в некоторой точке подложки определяется как:

Изменяя взаимное расположение подложки, диафрагмы и испарителя, которое определяется параметрами: Н, к, Яи и гБ\ - радиус диафрагмы, можно управлять распределением толщины на подложке. Рассмотрены возможные факторы, оказывающие влияние на формирование слоев с переменным профилем толщины, причины их возникновения и способы уменьшения. Проведена оценка влияния отклонения этих параметров на размеры зоны постоянной толщины - зоны переменного профиля

Рмг, зоны всего покрытия - ра. Параметры взяты в следующих диапазонах /•0|=0.5-=-60мм, Дц=215т235мм, Я=480+500мм, й=37(к499мм. Наибольшее влияние на размеры зон оказывает гОи далее по убыванию параметры Я и к, и наименьшее влияние - Ли- Рассмотрены особенности проводимого фотометрического контроля толщины слоев во время процесса осаждения и связанные с ним ограничения.

Разработана оснастка [10], реализованная в промышленной вакуумной установке ВУ-1А (рис. 4), конструкция которой соответствует математической модели осаждения через круглую диафрагму при одинарном вращении (рис. 3). Оснастка устанавливается на поверхность подложкодержателя. Круглое отверстие в верхней пластине - "плоскости детали" - является посадочным местом для оправы, в которой находится подложка во время осаждения. Отверстие в нижней пластине - "плоскости диафрагмы" - является посадочным местом для диафрагмы ограничивающей исходящий от испарителя поток испаряемого вещества на нижнюю поверхность подложки.

1. Разработанная оснастка устанавливается и закрепляется на

Рис. 4 Внешний вид оснастки для формирования в вакууме пленочных покрытий с переменным профилем толщины.

подложкодержателе вакуумной установки ВУ-1А, находящемся в горизонтальной плоскости. Данная оснастка может устанавливаться в установках другого типа, в которых габариты вакуумной камеры соизмеримы или больше рассматриваемых, а также имеющих малый поверхностный испаритель, находящийся на некотором расстоянии от центра вращения подложкодержателя.

2. Для установки оснастки в камеру и проведения процесса осаждения не требуется сложного дополнительного оборудования и крепежного инструмента, а также проведения изменений во внутрикамеркой оснастке, за исключением технологических отверстий для закрепления оснастки на подложкодержателе.

3. Оснастка не является монолитной конструкцией, и при необходимости возможна ее разборка.

4. Оснастка состоит из простых деталей: цилиндрические и прямоугольные стержни, пластины.

5. Конструкция оснастки, ограниченная габаритами вакуумной камеры, позволяет формировать покрытия на подложках диаметром до 150мм.

6. Перед-установкой подложки в оправу, закрепленную на оснастке в плоскости детали (рис. 4), необходимо провести юстировку оснастки. На первом этапе осуществляется совмещение с горизонтальной плоскостью "плоскости детали" одновременно с "плоскостью диафрагмы", так как они жестко связаны между собой и параллельны друг другу. На втором этапе возможно выполнить перемещение оснастки в горизонтальной плоскости в двух направлениях в заданных пределах, т.е. осуществляется совмещение центров симметрии детали и ограничивающей диафрагмы с центром вращения подложкодержателя.

7. Конструкция оснастки позволяет до процесса осаждения изменять следующие параметры заменяя одни элементы другими. Базовый параметр Н изменяется в небольших пределах, ограниченных стандартной внутренней оснасткой вакуумной камеры ВУ-1А. Параметр к

изменяется путем замены сменных стержней (рис.4). Для того чтобы провести изменение параметра необходимо установить диафрагму с другим радиусом в отверстие в "плоскости диафрагмы" оснастки. Параметр - радиус отрезающей диафрагмы которая находится у поверхности подложки и ограничивает зону формируемого покрытия. Изменение параметра проводится также, т.е. установкой оправы с другим радиусом в отверстие "плоскости детали". Четвертая глава.

В данной главе кратко рассмотрен процесс изготовления многослойных диэлектрических пленочных систем с переменным профилем коэффициента отражения (пропускания), проведены исследования полученных систем.

Для изготовления многослойных диэлектрических тонкопленочных систем, содержащих слои с переменным профилем толщины, использовалась промышленная вакуумная установка модели ВУ-1А Контроль толщины осаждаемых слоев производился комплексом фотометрического контроля толщины СФКТ-751В. При формировании покрытий с переменным профилем толщины процесс изготовления, в отличие от стандартного, имеет некоторые особенности, связанные с подготовительными работами: установка оснастки в вакуумной камере, ее юстировка и с изготовлением: увеличение количества откачек камеры, контроль толщины слоев.

Для экспериментальной проверки метода получения покрытий с переменным профилем толщины в данной работе были получены многослойные диэлектрические системы с рабочей длиной волны, находящейся в видимом диапазоне. Были изготовлены две тестовые зеркальные системы, нанесенные на плоскопараллельную стеклянную пластину марки К8.

Одна из них должна обеспечить заданное распределение коэффициента отражения на Ло=450нм, другая - на Ло=632.8нм. На подложку нанесено два слоя с постоянной толщиной - просветляющее покрытие и три слоя с переменным профилем толщины. В качестве пленкообразующих материалов были выбраны Формирование

переменного профиля толщины выполнялось при параметрах оснастки Я=499мм, • Л=390.7мм, Лц=225мм, гД(=56мм. Для измерения пропускания вдоль радиальной координаты полученных зеркальных- систем использовалась схема, представленная на рис. 5. В состав схемы входят:

1 - лампа накаливания, находящаяся в фокальной плоскости

2 - коллимирующей линзы, 3 - модулятор, 4 - диафрагма, 6 - диафрагма, 7 - фокусирующая "линза, 8 - монохроматор МДР-2, 9-ФЭУ-100, 10 - усилитель, 11 - цифровой вольтметр.

П5/0.372В,/0.197Н2 + Д(0.25В3/0.25114Л1.25В!)

(6)

0

вдоль радиальной координаты подложки.

Рис 6 Расчетное - расч и экспериментальное - эксп распределения пропускания Т{р) системы (5). 1. Ло=450нм, 2. Ло=632.8кч

Получены распределения пропускания Т(р) пленочной системы (6) для ■Ло=450нм и Ло=632.8нм с использованием схемы на рис. 5. Проведены измерения спектральных характеристик полученных систем в центральной зоне — зоне максимального отражения и на краю — в зоне просветления, с использованием спектрофотометров СФ-26, СФ-46. Используя результаты сравнения расчетных и экспериментальных спектральных кривых, выполнена предварительная оценка отклонений толщины слоев в пленочной системе. Далее получены конструкции пленочных систем с учетом предполагаемых ошибок, спектральные кривые которых имеют наибольшее совпадение с экспериментальными. Рассмотрено влияние различных факторов, которые могли бы привести к отклонениям толщины слоев в системе. Определено, что влияние этих факторов: ошибок оператора, изменения параметров оснастки и т.д. не может привести к полученным результатам С использованием схемы (рис. 5),

проведено дополнительное исследование и получены спектральные характеристики вдоль радиальной координаты подложки. Измеренные спектральные распределения коэффициента пропускания в разных зонах покрытия позволяют по смещению зависимостей определить

распределение толщины слоев по поверхности зеркала. На рис.7 приведено относительное распределение толщины одного из слоев, полученных с

°-5о -10 о Лым 10 20

Рис. 7 Распределение относительной

толщины ¿(/о)/1/о(р) вдоль радиальной

подложки слоя с переменным

профилем в системе (6).

расч - расчетное, "эксп" — близкое к

экспериментальному.

использованием оснастки, соответствующее экспериментальному распределению пропускания. Из рисунка видно, что отклонения по толщине, которые привели к отклонению пропускания, наблюдаются как в зоне с постоянной толщиной, так и в зоне с переменным профилем. Этот результат можно объяснить влиянием рассеяния молекулярного пучка на промежутке диафрагма-деталь равному Дй«11мм. Дополнительно во время осаждения на профиль толщины может оказывать влияние переотражение молекул вещества от элементов оснастки и вакуумной камеры, а также нестабильность эмиссионной характеристики испарителя. С увеличением и количества слоев с переменным профилем толщины в системе увеличивается вышерассмотренное влияние. Учет влияния ошибок в распределении толщины слоя по поверхности зеркального покрытия на распределение коэффициента пропускания не будет полным, если не рассмотреть характер формирования его в разных длинах волн. Как видно рис. 8 дает хорошее совпадение экспериментальных и расчетных

Рис. 8 Распределение пропускания Т\р) на различных длинах волн. расч - расчетное системы (6) с

учетом отклонений толщины. эксп - экспериментальное Т(р),

- длина волны, на которой проводилось измерение.

результатов с учетом ошибки в определении толщины слоев зеркальной системы. Следовательно, при расчете таких систем необходимо учитывать дополнительные отклонения толщины в зоне переменного профиля, величина которых определяется параметром

В работе была выполнена проверка возможности проведения качественного измерения распределения пропускания в видимой области

50'

Рис. 9 Распределения относительной интенсивности синего цвета изображений пленочной системы (6) (До=450нм), полученные с помощью сканера по пропусканию - 2 и сканера по отражению - 3 в сравнении с распределеном относительного пропускания - 1 (Ла„=450нм), полученного с использованием схемы (см. рис. 5)

4-2о -10 0А мм 10 20

полученных пленочных систем с использованием в качестве инструмента измерения офисной оргтехники - планшетного сканера. В качестве объекта исследования использовалась плоскопараллельная стеклянная пластина (К8) толщиной «10мм и диаметром »52мм с нанесенной на одну из поверхностей диэлектрической системой (6) (Ло=450нм). Результаты обработанных с помощью MATLAB изображений представлены на рис. 9. Из рисунка следует, что распределения относительной интенсивности для одного из основных цветов (синий) колометрической системы RGB и распределение относительного пропускания на длине волны имеют близкие профили. Следовательно, сканер можно использовать для проведения качественной оценки исследуемых покрытий, если длины волн основных цветов (Адсй) являются близкими к рабочей длине волны Ло исследуемого образца.

При изготовлении более простых систем (7) на подложках малых

диаметров, где величина параметра оснастки ДА небольшая, и влияние различных факторов, в том числе и рассеяния, минимально, удается добиться лучшего совпадения расчетного и экспериментального

7is/0.364B,/0.199Ha + Д(0.25В3) v.__)

(7)

40

О

Рис. 10 Распределение отражения R(p) пленочной системы (6), расч-расчетное, эксп-экспериментальное.

-2 О АШ, 2

распределений R(p) (рис. 10).

Автором были изготовлены зеркала с переменным отражением, являющиеся элементами резонатора - выходным зеркалом лазерной системы. Конструкции таких зеркал аналогичны конструкции многослойных систем (6) и (7): 3-=-5-слойные системы, включающие 1ч-3 слоя с переменным профилем толщины. Применение в качестве выходных отражателей резонатора градиентных зеркал с переменным профилем коэффициента отражения приводит к следующим результатам: для зеркал, используемых в лазерах на YAG:Nd3+ (Ло=1064нм) и на неодимовом стекле (Ло=!060нм), уменьшение угловой расходимости до 0.2-0.5 мрад, увеличение осевой интенсивности выходного излучения в 2-3 раза, а также повышение стабильности пространственной структуры генерируемого излучения

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Определены критерии выбора конструкции многослойной пленочной системы: назначение оптической системы; SR, определяющий близость распределений Ä(p) к требуемому; сложность конструкции; технология изготовления; устойчивость /?(р) к отклонениям толщины и показателя преломления в процессе осаждения, на основе которых проводится окончательный выбор системы, обеспечивающей требуемое распределение

2. Получены зависимости коэффициента отражения от толщины градиентных слоев для возможных вариантов 5-7-слойных четвертьволновых диэлектрических систем различных конструкций и структур, на основе которых выявлены закономерности, позволяющие упростить выбор необходимой пленочной системы.

3. Изложена математическая модель осаждения в вакууме на подложку, совершающую планетарное и одинарное вращение.

4. Предложена схема планетарного вращения для вакуумного формирования слоев с переменным профилем толщины на большом количестве подложек.

5. Разработана экспериментальная оснастка для изготовления многослойных диэлектрических систем, а также других систем включающих слои с переменным профилем толщины

6. Проведено исследование тестовых зеркал с переменным отражением (пропусканием) для видимого диапазона: исследование распределения и спектральных характеристик в различных зонах покрытия, сравнение расчетных и экспериментальных распределений, оценка влияния ошибок, возникающих в ходе проведения технологического процесса.

7. Изготовлены многослойные диэлектрические зеркала для лазерных систем на подложках разных диаметров.

ПУБЛИКАЦИИ

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. В. А. Дмитренко, Технология получения тонкопленочных покрытий с переменным профилем, сборник тезисов международной конференции "Прикладная оптика-96", Санкт-Петербург, 1996, с. 198.

2. Л. А. Губанова, В. А. Дмитренко, Э. С. Путилин, Зеркала с заданным профилем коэффициента отражения, используемые в лазерных резонаторах, VI Международная конференция "Лазерные технологии 98" ILLA 98, научно-исследовательский центр по технологическим лазерам российской академии наук, Шатура, 1998, с. 49.

3. В. А. Дмитренко, Э. С. Путилин, Оптические многослойные покрытия с переменным коэффициентом отражения, тезисы докладов Российской научно-практической конференции Оптика-ФЦП "Интеграция", Санкт-Петербург, 1999, с. 24.

4. Л. А. Губанова, В. А. Дмитренко, Э. С. Путилин, Зеркала с заданным профилем коэффициента отражения, тезисы докладов XXX научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, Санкт-Петербург, 1999, с. 18.

5. В. А. Дмитренко, Э. С. Путилин, Критерии выбора конструкции и метод изготовления многослойных пленочных систем с переменным профилем толщины, сборник трудов том 2 международной конференции "Прикладная оптика 2000", Санкт-Петербург, 2000, с. 28.

6. Л. А. Губанова, В. А. Дмитренко, Э. С. Путилин Многослойные диэлектрические зеркала с переменным профилем коэффициента отражения для лазерных систем // Оптический журнал, том 67, №3, 2000, с. 91-97.

7. В. А. Дмитренко, Э. С. Путилин, П. Н. Фимин, Анализ конструкций многослойных диэлектрических лазерных зеркал, тезисы докладов конференции "Прикладная оптика-2002", Санкт-Петербург, 2002, с. 151.

8. Л. А. Губанова, В. А. Дмитренко, Э. С. Путилин, Студеникин Л. М., Оптимизация условий осаждения градиентных зеркал, получаемых методом испарения в вакууме, тезисы докладов конференции "Прикладная оптика-2002", Санкт-Петербург, 2002, с. 148.

9. А. С. №28690 на п.м. МПК С23с 14/00 Устройство для формирования покрытия с переменным профилем толщины., В. А. Дмитренко, Э. С. Путилин, Реш. о выдаче 22.11.02., (Россия) №2002118016/20, Заяв. 09.07.02, Опубл. 10.04.03 Бюл.№10.

10.Л. А. Губанова, В. А. Дмитренко, Э. С. Путилин, Формирование градиентных слоев с помощью круглых диафрагм и экранов // Оптический журнал, том 70, №3,2003, с. 50-53.

11 .Л. А. Губанова, В. А. Дмитренко, Э. С. Путилин, Л. М. Студеникин Синтез условий осаждения градиентных лазерных зеркал // Оптический журнал, том 70, №8,2003, с. 50-54.

№.15 82-

РНБ Русский фонд

2004-4 26805

Тиражирование и брошюровка выполнены в Центре «Университетские телекоммуникации». Санкт-Петербург, Саблинская ул,. 14. Тел. (812) 233-46-69. Тираж 100 экз.

Введение.

1. Методы формирования неравнотолщинных покрытий и их применение в лазерных системах. (Литературный обзор).

1.1 Методы, позволяющие улучшить выходные характеристики лазерных систем.

1.2 Применение в лазерных резонаторах, многослойных диэлектрических зеркал, с переменным коэффициентом отражения.!

1.3 Методы формирования слоев с переменной по поверхности детали толщиной.

1.4 Контроль толщины слоев во время процесса осаждения.

2. Выбор конструкций тонкопленочных систем, обеспечивающих заданные выходные характеристики лазерных систем.

2.1 Диэлектрические узкополосные фильтры.

2.2 Четвертьволновые зеркала.

2.3 Диэлектрические системы различных конструкций.

Выводы по главе 2.

3. Формирование слоев с переменным профилем толщины при испарении пленкообразующих материалов в вакууме.

3.1 Планетарное вращение.

3.2 Одинарное вращение.

3.3 Факторы, оказывающие влияние на профиль толщины покрытий во время осаждения.

3.4 Оснастка для формирования в вакууме покрытий с переменным профилем толщины.

Выводы по главе 3.

4. Изготовление и исследование многослойных диэлектрических покрытий с переменным отражением.

4.1 Используемое вакуумное оборудование.

4.2 Изготовление многослойных диэлектрических систем.

4.3 Исследование многослойных диэлектрических систем.

Выводы по главе 4.

С развитием современных оптических технологий лазерные системы и технологии находят все большее применение в различных областях науки и техники. В последнее время большое внимание уделяется улучшению выходных пространственно-энергетических характеристик лазеров. Разработаны методы, позволяющие достичь в этом направлении положительных результатов. Одним из таких методов является использование в лазерных резонаторах отражателей с переменным по поверхности коэффициентом отражения. Отражатели представляют собой, нанесенные на подложку многослойные диэлектрические покрытия, содержащие слои с переменным по поверхности детали профилем толщины. Конструкция таких диэлектрических систем, т.е. число слоев, порядок их расположения, показатели преломления, оптические толщины, может быть различной, для облегчения подбора пленочной системы важно определить закономерности формирования коэффициента отражения в зависимости от следующих параметров, которые необходимо рассматривать не только по отдельности, но и в совокупности друг с другом:

- общее количество слоев в системе;

- количество слоев с непостоянной толщиной в системе;

- толщина слоев в центре детали и на краях;

- порядок чередования слоев с высоким и низким показателями преломления и их взаимное расположение;

- величины показателей преломления слоев, подложки, среды. Определив некоторые существующие закономерности, можно подобрать множество систем, близко удовлетворяющих заданным условиям, и, учитывая требуемые характеристики: распределение коэффициента отражения по поверхности детали, фазовые соотношения, сделать окончательный выбор системы.

Процесс вакуумного испарения пленкообразующего вещества является сложным, но достаточно изученным процессом. Осаждение пленок в вакууме можно разделить на несколько последовательных этапов: 1) переход пленкообразующего вещества из твердой или жидкой фазы в газообразную; 2) перенос паров вещества в вакууме от испарителя до поверхности подложки; 3) конденсация паров вещества на поверхности подложки. На эти этапы оказывает влияние множество различных факторов, в том числе и человеческий фактор, которые возможно предсказать, но довольно трудно учесть непосредственно во время процесса осаждения, так как каждый процесс осаждения вещества является индивидуальным, т.е. неповторимым, и многие факторы изменяются с течением времени. Поэтому при выборе конструкции многослойной пленочной системы необходимо руководствоваться таким свойством системы как минимальная зависимость распределения коэффициента отражения и других оптических характеристик от каких-либо ошибок и отклонений, возникающих во время осаждения.

Важным моментом в технологии изготовления таких систем, основанной на вакуумных методах нанесения покрытий с переменным профилем толщины, используя различную оснастку, является простота и удобство эксплуатации оснастки, а также получение покрытий с заданными оптическими и геометрическими параметрами.

В процессе осаждения материала используются различные методы контроля толщины слоев. Самым распространенным является фотометрический метод, в котором оптическая толщина на фиксированной длине волны Лк контролируется путем измерения коэффициента пропускания 71(ЛК) или отражения Я(ЛК). Во время осаждения Т(ЛК) или /?(Лк) изменяются с ростом толщины слоя по косинусоидальному закону и зависят от показателей преломления пленкообразующего материала, подложки, среды, из которой падает свет и от длины волны Лк. Существует проблема контроля толщины слоев на деталях с зоной постоянного коэффициента отражения меньшей размера светового пучка, посредством которого ведется контроль, или на деталях малого диаметра по тем же причинам. Поэтому необходим метод, который должен обеспечивать формирование покрытий с требуемыми оптическими и геометрическими параметрами.

Целью работы является анализ влияния конструкции тонкопленочных систем, включающих слои с переменным профилем толщины, на коэффициент отражения (пропускания) в некоторой точке поверхности подложки на заданной рабочей длине волны и оптимизация выбора конструкции покрытий с заданными характеристиками, а также создание экспериментальной технологии многослойных диэлектрических систем с переменным коэффициентом отражения по поверхности детали, используемых в лазерных резонаторах.

Настоящая диссертационная работа посвящена:

1. Поиску закономерностей, позволяющих оптимизировать выбор конструкции диэлектрической системы, которая должна обеспечить требуемое распределение коэффициента отражения по поверхности детали. Конструкция определяется общим количеством слоев в системе, величиной показателей преломления слоев, подложки, среды, количеством слоев с переменным профилем толщины, а также взаимным расположением слоев с высоким и низким показателями преломления (порядковый номер в пленочной системе), толщиной слоев в центре детали и на краях.

2. Оценке неоднозначности выбора конструкций пленочных систем, обеспечивающих требуемый профиль коэффициента отражения, и определение критериев выбора конструкции многослойной системы.

3. Анализу особенностей фотометрического контроля толщины слоев с переменным профилем во время процесса осаждения.

4. Оценке влияния различных факторов во время осаждения материала на формируемый профиль толщины, а, следовательно, на профиль коэффициента отражения.

5. Исследованию оптических характеристик полученных покрытий.

Основные результаты, выносимые на защиту:

1. Критерии выбора конструкции пленочной системы.

2. Зависимости коэффициента отражения от толщины слоев R{d) для пленочных систем различных конструкций.

3. Закономерности влияния структуры многослойной диэлектрической системы, включающей слои с переменным профилем толщины, на распределения коэффициента отражения R(d).

4. Условия формирования профиля толщины слоев пленочных покрытий через круглую диафрагму на подложку, совершающую планетарное или одинарное вращение.

5. Универсальная оснастка для формирования покрытий с переменным профилем толщины на подложке при одинарном вращении.

6. Экспериментальные результаты создания и исследования полученных диэлектрических систем, включающих слои с переменным профилем толщины.

Диссертация состоит из четырех глав. В первой главе представлен анализ работ, посвященный проблеме улучшения выходных энергетических характеристик лазерных систем, а также методам, позволяющим выполнить эту задачу путем применения в лазерных системах резонаторов различных конструкций. Особое внимание уделяется методу, использующему в резонаторах отражатели с переменным по поверхности детали отражением. Заданное распределение коэффициента отражения обеспечивают многослойные тонкопленочные системы, включающие слои с переменным профилем толщины. Здесь же рассмотрены методы формирования переменного профиля пленочных покрытий в вакууме с использованием масок различных конструкций.

Во второй главе подробно рассмотрены расчеты профиля толщины слоя, на примере однослойной и трехслойной диэлектрических пленочных систем, содержащих один слой с меняющейся толщиной, в ходе которых определены параметры, оказывающие влияние на требуемый профиль толщины слоя или слоев, и который в итоге должен обеспечивать требуемое или близкое к требуемому распределение коэффициента отражения по поверхности подложки. Определены критерии выбора конструкции многослойной диэлектрической системы в порядке их значимости, руководствуясь которыми будет проводиться окончательный выбор пленочной системы. Рассмотрено влияние определенных параметров на зависимость коэффициента отражения от толщины, от порядка расположения слоев с постоянной и меняющейся толщиной и т.д., в конструкциях, представляющих собой узкополосные диэлектрические фильтры, четвертьволновые зеркала, а также другие зеркальные системы. Проведен поиск закономерностей в этих системах, позволяющих упростить подбор необходимой диэлектрической системы. Показана неоднозначность в выборе конструкции пленочных систем. Используя эти зависимости и зная выявленные закономерности, присущие тем или иным системам, можно в большой степени упростить получение желаемого результата.

В третьей главе рассмотрена математическая модель планетарного вращения, в которой осаждение материала происходит через круглую диафрагму на подложку, совершающую планетарное движение. Для данной модели предложены различные варианты схем подложкодержателя для вакуумного формирования неравнотолщинных покрытий одновременно на большом количестве подложек. Рассмотрена модель одинарного вращения, описывающая формирование на подложках осесимметричных покрытий с переменным профилем толщины. Рассмотрены факторы, оказывающие влияние на профиль толщины покрытий во время осаждения. При одинарном вращении и испарении вещества из малого поверхностного испарителя через круглую диафрагму, рассмотрено влияние на толщину слоя в некоторой точке поверхности подложки параметров, ограниченных в заданных пределах: Н - расстояние от испарителя до поверхности подложки, к - расстояние от испарителя до диафрагмы, Яц - расстояние от испарителя до оси вращения подложкодержателя, г И 1 - радиус диафрагмы. Представлена схема разработанной экспериментальной оснастки для формирования в вакууме пленочных покрытий с переменным профилем толщины.

В четвертой главе рассмотрено вакуумное формирование на плоскопараллельной пластине многослойной диэлектрической системы с переменным отражением, а также проведено исследование полученных пленочных систем и сравнение экспериментальных и расчетных данных.

Выводы.

В данной главе рассмотрен процесс изготовления многослойных диэлектрических пленочных систем с переменным профилем коэффициента отражения (пропускания), приведены результаты исследования полученных систем.

1. Проведено исследование тестовых зеркал для видимого диапазона с переменным отражением (пропусканием): исследование распределения Т{р) и спектральных характеристик Т(Л) в различных зонах покрытия, сравнение расчетных и экспериментальных распределений.

2. Определены отклонения в толщине слоев многослойных покрытий возникших в процессе осаждения и влияющих на распределение отражения.

3. Выполнена проверка возможности проведения качественного контроля: измерение распределения пропускания в видимой области, полученных пленочных систем с переменным отражением (пропусканием), с использованием в качестве инструмента измерения офисной оргтехники -планшетного сканера.

4. Изготовлены многослойные диэлектрические зеркала для лазерных систем на подложках разных диаметров.

Заключение.

В данной работе:

1. Проведено решение задач синтеза на простых примерах, в дальнейшем позволяющее аналогично выполнять поставленные задачи для более сложных пленочных систем.

2. Определены критерии выбора конструкции многослойной диэлектрической системы в порядке их значимости, руководствуясь которыми будет проводиться окончательный выбор пленочной системы.

3. Рассмотрено влияние на зависимость коэффициента отражения от толщины Я(с1/с1о) для множества различных систем: порядка, а также взаимного расположения слоев с постоянной и меняющейся толщиной в многослойном пакете, ограниченном с двух сторон системой сред воздух-подложка; количества слоев с меняющейся толщиной в конструкциях, представляющих собой узкополосные диэлектрические фильтры, четвертьволновые зеркала, а также другие зеркальные системы. Проведен 'поиск закономерностей в этих системах, позволяющих оптимизировать подбор необходимой диэлектрической системы. Показана неоднозначность в выборе конструкции пленочных систем.

4. Рассмотрена математическая модель планетарного вращения, в которой осаждение материала происходит через круглую диафрагму на подложку, совершающую планетарное движение. Предложены различные варианты схем подложкодержателя для вакуумного формирования градиентных покрытий одновременно на большом количестве подложек, совершающих сложные движения. Также рассмотрена модель одинарного вращения, описывающая формирование на подложках осесимметричных покрытий с переменным профилем толщины.

5. При одинарном вращении и испарении вещества из малого поверхностного испарителя через круглую диафрагму, рассмотрено влияние на толщину слоя в некоторой точке поверхности подложки параметров оснастки: Н, У?и, h, rD\, ограниченных в заданных пределах.

6. Определены и рассмотрены возможные различные факторы: ошибки, возникающие до процесса осаждения, при изготовлении элементов оснастки, при сборке и установке оснастки в вакуумной камере, и ошибки, возникающие во время осаждения и причины их возникновения.

7. Разработана универсальная оснастка для формирования в вакууме различных пленочных систем с переменным отражением (пропусканием): зеркала, фильтры (A.C. на п.м. МПК С23с 14/00 Устройство для формирования покрытия с переменным профилем толщины., В. А. Дмитренко, Э. С. Путилин, (Россия) №2002118016, Реш. о выдаче 22.11.02.).

8. Проведены исследования полученных многослойных систем с использованием различных измерительных схем. Проведено сравнение расчетных и экспериментальных распределений: спектральные характеристики и распределение коэффициента пропускания Т(р) (отражения R(p)). Проведена оценка влияния различных факторов, оказывающих влияние на распределение Т(р), результаты которой позволят при изготовлении таких систем их учитывать и в дальнейшем получать необходимое Т(р).

9. Изготовлены зеркальные системы с переменным отражением, которые используются в качестве элементов резонатора лазерной системы.

134

1. P. W. Rhodes, D. L. Shealy, Refractive optical systems for irradiance redistribution of collimated radiation: their design and analysis // Appl. Opt., Vol. 19, p. 3545-3553, 1980.

2. S. R. Jahan, M. A. Karim, Refraction systems for Gaussian-to-uniform beam transformations // Opt. Laser Technol., Vol. 21, p. 27-30, 1989.

3. M. A. Karim, A. K. Cherri, A. A. Sami Awwal, A. Basit, Refracting systems for annular laser beam transformation // Appl. Opt., Vol. 26, p. 2446-2449, 1987.

4. W. B. Veldkamp, Laser beam profile shaping with binary diffraction gratings // Opt. Commun., Vol. 38, p. 381-386, 1981.

5. M. A. Karim, A. M. Hanafi, F. Hussain, S. Mustafa, Z. Samberid, N. M. Zain, Realization of a uniform circular source using a two-dimensional binary filter // Opt. Lett., Vol. 10, p. 470-471, 1985.

6. S. P. Chang, J.-M. Kuo, Y.-P. Lee, C.-M. Lu, K.-J. Ling, Transformation of Gaussian to coherent uniform beams by inverse-Gaussian transmittive filters // Appl. Opt., Vol. 37, №4, p. 747-752, 1998.

7. Y. Ohtsuka, Y. Arima, Y. Imai, Acustooptic 2-D profile shaping of a Gaussian laser beam //Appl. Opt., Vol. 24, p. 2813, 1985.

8. C. C. Aleksoff, K. K. Ellis, B. D. Neagle, Holographic conversion of a Gaussian beam to a near-field uniform beam // Opt. Eng., Vol. 30, p. 537-543, 1991.

9. N. C. Roberts, Beam shaping by holographic filters // Appl. Opt., Vol. 28, p. 31-32 1989.

10. C. S. Ih, Absorption lens for producing uniform laser beams // Appl. Opt., Vol. 11, p. 694-695, 1972.

11. P.A.Bélanger, C. Paré, Optical resonators using graded-plane mirrors // Opt. Lett., Vol. 16, p. 1057-1059, 1991.

12. P. A. Bélanger, R. L.Lachance, C. Paré, Super-Gaussian output from C02 laser by using a graded-phase mirror resonator // Opt. Lett., Vol. 17, p. 739-741, 1992.

13. C. Paré, D. A. Bélanger, Custom laser resonators using graded-phase mirrors // IEEE J. Quantum Electron., Vol. QE-28, p. 355-362, 1992.

14. V. Kcrmene, A. Saviot, M. Vampouille, B. Colombeau, C. Froehly, T. Dohnalik, Flattening of the spatial laser beam profile with low losses and minimal beam divergence// Opt. Lett., Vol. 17, p. 859-861, 1992.

15. J. R. Leger, D.Chen, Z.Wang, Diffractive optical element for mode shaping of a Nd:YAG laser// Opt. Lett., Vol. 19, p. 108-110, 1994.

16. J. R. Leger, D.Chen, G. Mowry, Design and performance of diffractive optics for custom laser resonators // Appl. Opt., Vol. 34, p. 2498-2509, 1995.

17. K. Yasui, S. Yagi, M. Tanaka, Negative-branch unstable resonator with a phase unifying output coupler for high power Nd:YAG lasers // Appl. Opt., Vol. 29, № 9, p. 1277-1280, 1990.

18. A. Piegari, G. Emiliani, Laser mirrors with variable reflected intensity and uniform phase shift: design process // Appl. Opt., Vol. 32, № 28, p. 5454-5461, 1993.

19. G. Emiliani, A. Piegari, S. De Silvestri, P. Laporta, V. Magni, Optical coatings with variable reflectance for laser mirrors // Appl. Opt., Vol. 28, № 14, p. 2832-2837, 1989.

20. S. De Silvestri, P. Laporta, V. Magni, O. Svelto, Solid-state laser unstable resonators with tapered reflectivity mirrors: the super-Gaussian approach // IEEE J. Quantum Electron., Vol. 24, № 6, p. 1172-1177, 1988.

21. S. De Silvestri, V. Magni, O. Svelto, G. Valentini, Lasers with super-Gaussian mirrors // IEEE J. Quantum Electron., Vol. 26, № 9, p. 1500-1509, 1990.

22. A. Parent, P. Lavigne, Variable reflectivity unstable resonators for coherent radar emitters//Appl. Opt., Vol. 28, № 5, p. 901-903, 1989.

23. P. Lavigne, N. McCarthy, A. Parent, K. J. Snell, Laser mode control with variable reflectivity mirrors // Can. J. Phys., Vol. 66, p. 888-895, 1988.

24. K. J. Snell, N. McCarthy, M. Piche, P. Lavinge, Single transverse mode oscillation from an unstable resonator Nd:YAG laser using a variable reflectivity mirror // Opt. Commun., Vol. 65, № 5, p. 377-382, 1988.

25. S. De Silvestri, P. Laporta, V. Magni, O. Svelto, C. Arnone, C. Call, S. Sciortino, C. Zizzo, Nd:YAG laser with multidielectric variable reflectivity output coupler // Opt. Commun., Vol. 67, № 3, p. 229-232, 1988.

26. S. De Silvestri, P. Laporta, V. Magni, and O. Svelto, B. Majocchi, Unstable laser resonators with super-Gaussian mirrors // Opt. Lett., Vol. 13, № 3, p. 201-203, 1988.

27. S. Dc Silvcstry, P. Laporta, V. Magni, G. Valcntini G. Gerullo, Comparative analysis of Nd:YAG unstable resonators with super-Gaussian variable reflectance mirrors // Opt. Commun., Vol. 77, № 2,3, p. 179-184, 1990.

28. C. Zizzo, C. Arnone, C. Cali, S. Sciortino, Fabrication and characterization of tuned Gaussian mirrors for visible and the near infrared // Opt. Lett., Vol. 13, № 5, p. 342344, 1988.

29. G. Duplain, P. G. Vcrly, J. A. Dobrovolski, A. Waldorf, S. Bussiere, Graded-reflectance mirrors for beam quality control in laser resonators // Appl. Opt., Vol. 32, №7, p. 1145-1153, 1993.

30. Э. С. Путилин, Л. А. Губанова, Интерференционные фильтры, формирующие фазовые и амплитудные характеристики отраженного и прошедшего излучения // Оптический журнал, № 8, с. 72-77, 1995.

31. II. П. Милованов, Формирование неравнотолщинных тонкопленочных покрытий на сферической подложке напылением из наклонного испарителя // ОМП, № 5, с. 27-30, 1987.

32. Б. А. Шапочкин, Вакуумная асферизация // ОМП. №6, с. 41-43, 1960.

33. Ким Чжон Суп, Э. С. Путилин, Фотометрический контроль толщины слоев с переменным профилем // Оптический журнал т. 65, № 10, с. 113-116, 1998.

34. Ким Чжон Суп, Э. С. Путилин, Формирование толщины слоев вакуумным испарением // Оптический журнал, т. 65, № 10, с. 108-112, 1998.

35. Ким Чжон Суп, Э. С. Путилин, Математическое моделирование процесса осаждения оптических тонких пленок // Оптический журнал т. 64, № 8, с. 61-65, 1997.

36. К. В. Балышев, Э. С. Путилин, С. Ф. Старовойтов, Исследование воспроизводимости выходных параметров многослойных диэлектрических систем во время изготовления // Оптический журнал, т. 65, № 3, с. 39-43, 1998.

37. Холленд JL, Нанесение тонких пленок в вакууме, M.-JI.: "Госэиергоиздат", 1963.

38. С. Y. Han, Y. Ishii, К. Murata, Reshaping collimated laser beams with Gaussian profile to uniform profiles //Appl. Opt. 22, 3644-3647, 1983.

39. Ким Чжон Суп, Моделирование процесса осаждения и разработка методов контроля градиентных пленок в процессе осаждения // С.-П.: канд. диссерт. -с.112, 1998.

40. J. A. Dobrowolski, A. J. Waldorf, Manufacture of all-dielectric interference filters of arbitrary thickness and refractive index // J. Opt. Soc. Am. Vol. 60, 1970.

41. J. A. Dobrowolski, Design and construction of unconventional interference filters // in Optical Coatings: Applications and Utilization II, Proc. SPIE Vol. 140, p.102-108, 1978.

42. H. K. Pulker, Characterization of optical thin films // Applied Optics, Vol. 18, № 12, p. 1969-1977, 1979.

43. A. J. Vermeulen, Some phenomena connected with the optical monitoring of thin-film deposition, and their application to optical coatings // Optica Acta, Vol. 18, № 7, p. 531-538,1971.

44. H. A. Macleod, Turning value monitoring of narrow-band all-dielectric thin-film optical filters // Optica Acta, Vol. 19, № 1, p. 1-28, 1972.

45. H. A. Macleod, E. Pelletier, Error compensation mechanisms in some thin-film monitoring systems // Optica Acta, Vol. 24, № 9, p. 907-930, 1977.

46. C. J. van der Loan, Optical monitoring of nonquarterwave stacks // Appl. Opt., Vol. 25, №5, p. 753-760, 1986.

47. Ryozo Hiraga, Noborii Sugawara, Shigetaro Ogura, Saichiro Amano, Measurements of spectral characteristics of optical thin film by rapid scanning spectrophotometer // Japan J. Appl. Phys., Suppl.2, Pt.l, p. 689-692, 1974.

48. В. Vidal, A. Former, Е. Pelletier, Wideband optical monitoring of nonquarterwave multilayer filters // Appl. Opt., Vol. 18, № 22, p. 3851-3856, 1979.

49. Eberhard Spiller, Experience with the in situ monitor system for the fabrication of x-ray mirrors // App. Thin Film Multilayered Structures to figured X-Ray Optics, Proc. SPIE Vol. 563, p. 367-375, 1985.

50. R. P. Riegert, Optimum usage of quartz-crystal monitor-based devices // Proceedings of the Fourth International Vacuum Congress, p. 527-530, 1968.

51. Chih-Shun Lu, Owen Lewis, Investigation of film-thickness determination by oscillation quartz resonators with large mass load // J. Appl. Phys., Vol. 43, № 11, p. 4385-4390, 1972.

52. C. J. vd Loan, H. J. Frankena, Monitoring of optical thin films using a quartz crystal monitor//Vacuum, Vol. 27, №4, p. 391-397, 1977.

53. V. Mecca, R. V. Bucur, The mechanism of the interaction of thin films with resonating quartz crystal substrates: the energy transfer model // Thin Solid Films, Vol. 60, p. 7384, 1979.

54. A. Hennansen, A method for production of interference filters for specified wavelengths//Nature, Vol. 167(4238), p. 104-106, 1951.

55. P. Н. Berning, Theory and calculations of optical thin films // In: "Physics of Thin Films (advanced in research and development)/ Vol.l" Ed. By G. Hass: Academic Press, p. 84-91, 1963.

56. H. П. Заказнов, В.В.Горелик, Изготовление асферической оптики. М.: Машиностроение, 1978.

57. Р. С. Сабиров, Диаграмма направленности электронно-лучевого испарителя при испарении тугоплавких окислов // ОМП, №8, с. 36-38, 1984.

58. К. Г. Берндт, Методы контроля и измерения толщины пленок и способы получения пленок, однородных по толщине. В кн.: Физика тонких пленок. М.: Мир, т. 3, с. 7-57, 1968.

59. J. A. Dobrovolski, P. D. Grant, R. Simpson, A. J. Waldorf, Investigation of the evaporation process conditions on the optical constants of zirconia films // Appl. Opt., Vol. 28, № 18, p. 3997-4005, 1989.

60. A. Piegari, A. Tirabessi, G. Emiliani, Thin films for special laser mirrors with radially variable reflectance: production techniques and laser testing // Proc. SPIE in Thin films in optics, Т. T. Tschudi, ed., Vol. 1125, 1989.

61. Фазылзянов P. X., Панасенко Б. В., Несмелов Е. А., Тагирова Р. Б., Влияние давления остаточных газов на контроль толщины пленок // ОМП №7, с. 25-28, 1980.

62. Е. Б. Брик, В. И. Тюрникова, Н. Ю. Тюрникова, Неравнотолщинные просветляющие покрытия из фторида магния и оксида титана // ОМП, №11, с. 35-39, 1987.

63. Болынанин А. Ф., Жиглинский А. Г., Парчевский С. Г., Путилин Э. С,. Формирование пленок постоянной толщины на осесимметричной подложке // ОМП, №3, с.39-42, 1978.

64. J1. А. Губанова, В. А. Дмитренко, Э. С. Путилин Технология получения тонкопленочных покрытий с переменным профилем // Международная конференция "Прикладная оптика 96"., Тез. докл. С.-П., с. 198, 1996.

65. JI. А. Губанова, В. А. Дмитренко, Э. С. Путилин Многослойные диэлектрические зеркала с переменным профилем коэффициента отражения для лазерных систем // Оптический журнал, №3, с.91-97, 2000.

66. JI. А. Губанова, В. А. Дмитренко, Э. С. Путилин, Зеркала с заданным профилем коэффициента отражения, используемые в лазерных резонаторах // Международная конференция "Прикладная оптика-98". Тез. докл. С.-П., с.44, 1998.

67. Н. Р. Белашенков, В. Б. Карасев, В. В. Назаров, Э. С. Путилин, П. II. Фимин, В. Ю. Храмов // Влияние фазового отклика выходного градиентного зеркала нахарактеристики лазерных мод плоскопараллельного резонатора, Оптический журнал, №1, с.25-28, 2000.

68. Справочник "Технология тонких пленок" / под ред. JI. Майссела, Р. Глэнга, пер. с англ. под ред. М. И. Елинсона, Г. Г. С мол ко, М. "Советское радио", т.1, т.2, 1977.

69. А. Г. Жиглинский, Э. С. Путилин, Оптимальные условия формирования однородных тонких пленок // ОМП, №9, с. 46-49, 1971.

70. А. А. Ефремов, Ю. В. Сальников, Изготовление и контроль оптических деталей, М. "Высшая школа", 1983.

71. В. А. Москалев, И. М. Нагибина, Н. А. Полушкина, В. J1. Рудин, Прикладная физическая оптика, С.-П. Политехника, 1995.

72. И. В. Скоков, Оптические спектральные приборы, М. "Машиностроение", 1984.

73. JI. А. Губанова, Тонкопленочные элементы в оптических системах телевизионной техники, Автореферат дис. . канд. техн. наук (05.11.07) ЛИТМО,-Л., с. 18, 1990.

74. Э. С. Путилин, Многослойные системы, формирующие фазовые и энергетические характеристики излучения, Диссертация . докт. техн. наук (05.11.07) ЛИТМО, JI., с.358, 1988.

75. Н. Р. Белашенков, В. Б. Карасев, Э. С. Путилин, П. Н. Фимин, В. Ю. Храмов, Градиентные лазерные зеркала // Оптический журнал, №5, с.9-19, 2001.

76. А. И. Костржицкий, В.Ф.Карпов, М. П. Кабаченко, О.Н.Соловьева, Справочник оператора установок по нанесению покрытий в вакууме, М., Машиностроение, с. 173, 1991.

77. М. Борн, Э. Вольф, Основы оптики, М.,: Наука, с.856, 1970.

78. Жиглинский А. Г., Парчевский С. Г., Путилин Э. С., Эльснер 3. Н., Границы сосуществования отражения и формирования волнового фронта диэлектрическими зеркалами // Опт. и спектр. 1977. - Т. 43, вып. 2 - С. 283-287.

79. А. В. Нужин, Д. Б. Путилов, Контроль градиентных зеркал // Изв. вузов. Приборостроение., Т. 44, №1, с. 44-47, 2001.

80. A.C. на п.м. МПК С23с 14/00 Устройство для формирования покрытия с переменным профилем толщины., В. А. Дмитренко, Э. С. Путилин, (Россия) №2002118016, Реш. о выдаче 22.11.02.

81. Справочник "Физические величины" / под ред. И. С. Григорьева, Е. 3. Мейлихова, М. Энерргоатомиздат, 1991.

82. П. Н. Фимин, Разработка и исследование градиентных лазерных зеркал, Диссертация . канд. техн. наук (05.11.07) ЛИТМО, Л., с. 134,2001.

83. Л. Л. Губанова, В. Л. Дмитренко, Э. С. Путилин, Формирование градиентных слоев с помощью круглых диафрагм и экранов // Оптический журнал, №3, с. 5053,2003.

84. Л. А. Губанова, В. А. Дмитренко, Э. С. Путилин, Л. М. Студеникин Синтез условий осаждения градиентных лазерных зеркал // Оптический журнал, №8, с. 50-54,2003.