Исследование оптических характеристик многослойных структур управляемого резонатора Фабри Перо Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.382.002 А.Е. Чесноков СГГ А, Новосибирск

ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МНОГОСЛОЙНЫХ СТРУКТУР УПРАВЛЯЕМОГО РЕЗОНАТОРА ФАБРИ - ПЕРО

Целью исследования является изучение оптических характеристик слоев, составляющих структуру управляемого резонатора Фабри - Перо, и определяющих разрешающую способность микромеханического резонатора на его основе. Конструкция монохроматора и технология его изготовления представлены в работах [1, 2]. Резонатор Фабри - Перо состоит из двух оптически прозрачных пластин, закрепленных с малым воздушным зазором между собой. Обращенные к зазору поверхности пластин являются полупрозрачными зеркалами.

Расчет проводится на основе анализа, приведенного в [1].

Спектральная характеристика резонатора определяется формулой [3]:

T2 I

1 = ^ Х1 + -*4 sin2 V' (1)

(1 - R)2 2

где R - коэффициент отражения; Т - коэффициент пропускания; ф -

разность фаз между соседними пучками падающего света; I0 - интенсивность

падающего пучка света.

Разность фаз определяется выражением:

Ф = — 2dn cos r. (2)

Л

где Л - длина волны излучения, d - расстояние между зеркальными слоями, n - показатель преломления среды между зеркалами, г - угол падения света.

При прохождении светового пучка через любой отражающий слой, часть его интенсивности поглощается этим слоем в соответствии с условием

T+R+A = 1, (3)

где А - коэффициент поглощения.

В качестве материала для получения полупрозрачных зеркал резонатора используется Al000. Для изготовления макетного образца фильтра использовалась, главным образом, технология вакуумного напыления (установки ВУ-1А и ВУП4 с интерференционным датчиком контроля толщины). Подготовка образцов производилась по стандартным для технологии интерференционных покрытий методикам [4]. В качестве материала жертвенного слоя при получении воздушного зазора между зеркалами использовался маннит [4], обладающий сравнительно низкими температурами плавления и кипения.

Для исследования оптических характеристик зеркальных покрытий на поверхности прозрачной стеклянной подложки изготавливалась трехслойная структура Al - маннит - Al. Алюминиевые слои были полупрозрачными, слой

маннита имеет толщину d = 215 нм. Спектральная характеристика измерялась с помощью спектрофотометра СФ - 46 и показана на рис. 1.

х, пт

Рис. 1. Спектр пропускания многослойной структуры А1-маннит-А1

Как видно из рис. 1 спектральная ширина полосы пропускания структуры на уровне 0,5 равна ~ 40 нм.

При анализе полученного результата использовалось известное выражения для вычисления ширины пропускания резонатора Фабри - Перо [2]:

1 - Т • Я

ЗЛ = Л------СР , (4)

я •^^Т7ТЯ

где q - порядок спектра, Тср - коэффициент пропускания среды, R -коэффициент отражения зеркального покрытия.

В нашем случае q = 1.

Из выражения (3) видно, что ширина полосы пропускания может определяться двумя неизвестными параметрами - поглощением среды и коэффициентом отражения R.

Чтобы разделить влияние этих двух параметров был измерен спектр поглощения маннита (рис. 2).

х, пт

Рис. 2. Спектр поглощения маннита

Как видно из представленного спектра поглощения маннита во всем видимом диапазоне длин волн пренебрежительно мало, т. е. Тср ~ 1. Подставим в (3) экспериментальные найденные значения 5Х = 40 нм. Получим коэффициент отражения R = 0,74.

Обычное значение коэффициента отражения алюминиевого зеркального слоя [5], приготовленного нанесением в вакууме, составляет 0,85-0,9, то есть существенно больше полученной выше из спектральных характеристик величины. Одной из возможных причин малого значения R может быть ухудшение зеркальности слоя металла, наносимого на слой маннита, в связи с предполагаемой зернистостью слоя маннита.

Как нам представляется, проведенное исследование показывает возможность по измеренным спектральным характеристикам фильтров Фабри - Перо делать оценки о состоянии поверхности слоев структуры этих фильтров.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Чесноков Д.В. Исследование оптических характеристик управляемого микромеханического светофильтра / Д.В. Чесноков, А.Е. Чесноков // Материалы научно-технич. конф. СГГА «Соврем. проблемы геодезии и оптики». - Новосибирск, 2004. - С. 86-89.

2. Чесноков Д.В. Перестраиваемый миниатюрный монохроматор в микромеханическом исполнении для целей экспресс-анализа / Д.В. Чесноков, А.Е. Чесноков //

Материалы научно-технич. конф. СГГА «Соврем. проблемы геодезии и оптики». -Новосибирск, 2005. - С. 102-105.

3. Ландсберг Г.С. Оптика / Г.С. Ландсберг. - М.: Наука, 1976. - 928 с.

4. Скоков И.В. Многолучевые интерферометры в измерительной технике [Текст] / И.В. Скоков. - М.: Машиностроение, 1989. - 238 с.

5. Фурман Ш.А. Тонкослойные оптические покрытия / Ш.А. Фурман. - Л.: Машиностроение, 1977. - 264 с.

© А.Е. Чесноков, 2007