CC BY
48
УДК 681.7
ПРОСВЕТЛЯЮЩЕЕ ПОКРЫТИЕ ДЛЯ СТЕКОЛ С ВЫСОКИМ ПОКАЗАТЕЛЕМ ПРЕЛОМЛЕНИЯ
Роман Сергеевич Алтухов
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, магистрант кафедры фотоники и приборостроения, тел. (923)115-18-94,e-mail: 55_roman@mail.ru
Никита Андреевич Гурин
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, магистрант кафедры фотоники и приборостроения, тел. (923)129-87-48, e-mail: gna200694@yandex.ru
В статье представлена информация о просветляющем покрытие для стекол с высоким показателем преломления. Для расчёта выбрано стекло из каталога Schott марки SF57. Рассмотрен современный метод расчета покрытий в программном обеспечение OptiLayer. Представленная конструкция семислойного просветляющего покрытия с выбранными плёнкообразующими веществами подходит для марок стёкол типа ТФ, ТБФ и марок стекол из каталога Schott с показателями преломления от 1,72 до 1,84.
Ключевые слова: оптическое производство, технологии, просветляющие покрытия, приборостроение, видимая область спектра, OptiLayer, тяжелые стекла.
ANTI-REFLECTIVE COATING FOR GLASSES WITH HIGH REFRACTION INDICATOR
Roman S.Altukhov
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 10, Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russia, Graduate, Department of Photonics and Device Engineering, phone: (923)115-18-94, e-mail: 55_roman@mail.ru
Nikita A.Gurin
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 10, Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russia, Graduate, Department of Photonics and Device Engineering, phone: (923)129-87-48, e-mail: gna200694@yandex.ru
The article presents information on the antireflective coating for glasses with a high refractive index. For calculation, glass from the Schott catalog of SF57 is chosen. A modern method for calculating coatings in the OptiLayer software is considered. The presented design of the seven-layer an-tireflection coating with the selected film-forming substances is suitable for glass brands such as TF, TBF and glass grades from the Schott catalog with refractive indices ranging from 1.72 to 1.84.
Key words: optical production, technologies, antireflection coatings, instrumentation, visible spectrum, OptiLayer, heavy glass.
Одна из основных современных задач стоящая пред оптиками - технологам - это повышение светопропускания оптических трактов приборов и систем. Поэтому появляются задачи, которые были, не так актуальны еще в начале
ХХ1 века. Одной из таких задач является разработка просветляющего покрытия для стёкол с высоким показателем преломления в видимой области спектра.
В новых оптических приборах всё большее применение находят тяжелые баритовые флинты, которые обладают более высокими значениями показателя преломления, чем баритовые флинты. Это позволяет уменьшить кривизну линз и их число в объективе.
В России имеется не более 10 марок стекол типа ТФ и ТБФ, в то время как в зарубежном каталоге Schott существуют марки стёкол с более выгодным сочетанием оптических постоянных [5].
Выпуск отечественных стекол ТБФ затруднен из-за значительной кристаллизационной способности и высокого содержания дефицитных и дорогостоящих материалов GeO2 и Ta2O5.
Для расчёта выбрано стекло марки SF57 из каталога Schott. Стекло устойчиво к влажной атмосфере, имеет очень высокую твёрдость по сошлифовыва-нию (Кс=1,44). К недостаткам данной марки стекла можно отнести высокий абразивный износ, возможно из-за низкой поверхностной энергии [3].
Наиболее близкий аналог просветляющего покрытия для тяжелых стекол с показателем преломления 1,84 имеет коэффициент отражения 0,15 % [6].
Целью данной работы является получение просветляющего покрытия для видимой (от 440 до 660 нм) области спектра с остаточным коэффициентом отражения менее 0,1 %.
Методы исследования, использованные в работе: компьютерная разработка конструкции покрытия и экспериментальная проверка.
Простым, удобным, применимым в условиях современного оптического производства является инженерный расчёт оптических характеристик плёнок с использованием программа OptiLayer [4]. С помощью расчета по указанной программе получена конструкция покрытия, обеспечивающая требования технического задания по коэффициенту остаточного отражения для области спектра в диапазоне от 440 до 660 нм. Покрытие имеет неравнотолщинную семислойную конструкцию: первый, третий и пятый слои выполняются из диоксида кремния (SiO2); второй, четвёртый и шестой - из оксида циркония (ZrO2); седьмой слой -из фторида магния (MgF2).
При создании конструкции с использованием компьютерного расчета по указанной программе осуществляется оптимизация оптических толщин слоев покрытия по критерию коэффициента остаточного отражения. Последний не должен превышать 0,1 % для спектрального диапазона от 440 до 660 нм.
На рис. 1 изображена спектральная характеристика просветляющего покрытия на подложке из стекла SF57 с указанием толщин и материалов слоёв, рассчитанная в программе OptiLayer. Толщины слоев приведены в столбце QWOT. В столбце материалов буквами А, B и L обозначены соответственно SiO2 , ZrO2 и MgF2.
Рис. 1. Спектральная характеристика и конструкция семислойного просветляющего покрытия
Далее была проведена экспериментальная работа по изготовлению покрытия в соответствии с разработанной конструкцией.
Покрытие наносилось на поверхность плоскопараллельной пластины (подложку), выполненной из стекла марки SF57, в вакуумной установке 0rtus-700 методом электронно-лучевого испарения одновременно с ионным ассистированием. Процесс напыления сопровождался постоянным контролем толщины покрытия с помощью фотометрической системы и кварцевым контролем по массе напыляемого плёнкообразующего вещества.
На рис. 2 изображена спектральная характеристика остаточного коэффициента отражения экспериментально изготовленного просветляющего покрытия на подложке из стекла марки SF57, измеренная на спектрофотометре Lambda 35 [7].
При измерении коэффициента отражения на спектрофотометре Lambda 35 используется формула (1). Перед началом измерений на приборе прописывают спектральную кривую непросветленной пластины кварца, принятой за 100%. Далее измеряется просветленный образец, и по результатам измерений строится спектральная кривая (рис. 2). Для вычисления коэффициента отражения просветленного образца для требуемой длины волны по оси ординат снимается число делений %R (это является числом делений Аобр), делится на нулевой отсчёт от образца кварца (100 делений) и умножается на R3, равное 3,7%.
Яобр = Aj X^3%, (1)
где R^p - коэффициент отражения просветленного образца;
Аобр - число делений %R на рис. 2 в окне программы;
Аэ - нулевой отсчёт от образца сравнения кварца, равный 100;
R3 - коэффициент отражения эталонного кварцевого стекла, равный 3,7%.
/
/
/
/
и
/ £4
/
/
/
£
400 500 ЕШ.Ш 600 700 000
Рис. 2. Спектральная характеристика остаточного коэффициента отражения просветляющего покрытия, нанесенного на поверхность подложки из стекла марки 8Б57: %Я - эталонное кварцевое стекло; пт - длина волны
Анализ результатов измерений, приведенных на рис. 2, свидетельствует, что максимальное значения остаточного коэффициента отражения на подложке из стекла марки 8Б57 составляет 0,02% на длине волны 555 нм, минимальное значение - 0,005% на длине волны 450 нм.
Получившиеся просветляющее покрытие соответствует по механической прочности I группе [2].
На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
- применение современного программного обеспечения для расчёта просветляющих покрытий позволяет в условиях оптического производства эффективно разрабатывать конструкции высококачественных просветляющих покрытий, а технология вакуумного нанесения обеспечивает изготовление покрытий с характеристиками по коэффициенту отражения, близкими к расчетным;
- разработана конструкция семислойного просветляющего покрытия для оптического стекла, имеющего показатель преломления 1,84, обеспечивающая среднее значение коэффициента остаточного отражения в диапазоне от 440 до 660 нм не более 0,1%. Результаты разработки подтверждены экспериментально;
- использование приведённой методики и рассчитанной конструкции просветляющего покрытия позволяет достичь аналогичных значений остаточного коэффициента отражения и для других марок стекол, имеющих показатели преломления в диапазоне от 1,72 до 1,84, без изменения оптических толщин слоев покрытия. Экспериментально подтверждено, что на стеклах марок СТК19,
ТФ10 разработанное покрытие обеспечивает средний коэффициент остаточного отражения не более 0,1%.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Современное состояние исследований и технические применения // Физика тонких пленок / Под ред. А. Г. Ждан, В. Б. Сандомирский. - 1978. - Том 8, 1978. - 360 с.
2. ОСТ 3 - 1901 - 95. Покрытия оптических деталей. Типы, общие технические требования и методы контроля. // ВНЦ "ГОИ им.С.И. Вавилова". - 1995.
3. Крылова Т. А. Интерференционные покрытия. - Л. : Машиностроение, 1973. - 224 с.
4. OptiLaer [Электронный ресурс] / отдел «Продукция и услуги». - Электрон. дан. - М., 2014. http://www. optilayer.com/.
5. Каталог Schoot [Электронный ресурс] / отдел «Продукции». - Электрон. дан. - М., 2018. http://www.schott.com/russia/russian/products/products.html/.
6. Нанесение покрытий. ООО «Изовак» [Электронный ресурс] / http://www.izovac.com/ coating/coating_service/
7. Спектрофотометр Lambda 35 [Электронный ресурс] / http:// techob.ru/katalog/katalog-priborov/spektralnyie-analizatoryi/4. 1. -uf- spektrofotometryi/spektrofotometryi-perkin-elmer/lambda-25-lambda-35-lambda-45.html/.
© Р. С. Алтухов, Н. А. Гурин, 2018
