Рабочая программа модуля технология тонких плёнок и покрытий

1. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА МОДУЛЯ ТЕХНОЛОГИЯ ТОНКИХ ПЛЁНОК И ПОКРЫТИЙ

Направление подготовки - Оптотехника
Дисциплина- Оптические покрытия
Лекции – 36 час.
Лабораторные работы - 32 час.
1

2.

Покрытие – тонкий слой одного материала,
нанесенный на поверхность другого (основного)
материала для улучшения эксплуатационных
характеристик.
Оптические покрытие – тонкие слои
различных материалов, нанесенный на
поверхность основного материала (подложки)
для улучшения оптических характеристик.
2

3.

Видимый спектр
3

4.

Окна прозрачности атмосферы
4

5.

5

6.

6

7.

Области спектра
Возможные применения
Видимая область
Передача информации,
рассчитанная на зрительное
восприятие человека:
очки, дисплеи, фотоаппараты,
кинокамеры, бинокли,
зрительные трубы, телескопы и
т.п.
Ультрафиолетовая
область
Рентгеновская диагностика
Инфракрасная
область
Системы ночного видения,
тепловизоры, окна прозрачности
атмосферы
7

8.

При прохождении света через элементы
оптических систем возникает необходимость
оптимизовать такие основные характеристики,
как
интенсивность прошедшего света
интенсивность поглощенного света
интенсивность отраженного света
поляризацию.
Добиться вышеперечисленных характеристик в нужном
спектральном диапазоне (спектроделительные, фильтрующие,
спектрально чувствительные/нечувствительные покрытия).
8

9.

Классификация оптических покрытий по
назначению
Просветляющие покрытия
уменьшение остаточного отражения при прохождении
светя через элементы оптических систем
увеличение спектрального диапазона
9

10.

Классификация оптических покрытий по
назначению
Отражающие покрытия
создание систем с максимальным коэффициентом
отражения, как на кратных, так и на некратных целому
числу длинах волн,
увеличение спектрального диапазона.
10

11.

• 210902
11

12.

Классификация оптических покрытий по
назначению
Поляризационные покрытия
особенно важны в связи с интенсивной разработкой
современных источников когерентного и некогерентного
излучения с определенным состояние поляризации,
источники некогерентного излучения как правило
характеризуются сравнительно большой расходимостью
и широким спектральным диапазоном,
увеличение спектрального диапазона.
12

13.

Классификация оптических покрытий по
назначению
Фильтрующие покрытия
создание систем с максимальными оптическими
характеристиками в выбранном спектральном
диапазоне.
сужение спектрального диапазона, повышение
избирательности.
13

14.

Классификация оптических покрытий по
назначению
Упрочняющие покрытия
создание систем с максимальной стойкостью к
механическим воздействиям, без ухудшения
эксплуатационных оптических характеристик.
14

15.

15

16.

16

17.

Распространение света в прозрачных средах
Электромагнитная теория света.
Световой поток- поперечные электромагнитные волны,
распространяющиеся в пустоте со скоростью с = 300000 км/с.
Показатель преломления вещества:
n=c/v, где v – скорость распространения света в веществе.
Для воздуха n = 1,00027.
Для двух сред
Показатели преломления обратно пропорциональны
скоростям света в средах.
17

18.

Электромагнитная теория света.
Световой поток- поперечные электромагнитные волны,
распространяющиеся в пустоте со скоростью с = 300000 км/с.
18

19.

19

20.

Поляризация световых волн
а) естественный
неполяризованный
свет
б) поляризованный
в плоскости
Закон Брюстера (1815).
При отражении света от границы
раздела двух диэлектриков при
некотором угле отраженный свет
будет полностью поляризован
Брюстер, Дэвид,
перпендикулярно плоскости
шотландский физик.
(1781-1868)
падения.
Прошедший пучок частично
поляризован. Для стекол θs ≈ 57 град.
20

21.

Поляризация световых волн
Поляризация
линейная.
Поляризация
эллиптическая.
Поляризация круговая.
21

22.

Падение света на границу раздела двух сред
I (incident) – луч падающий.
T(transmitted) – луч прошедший
(преломленный).
R(reflected) – луч отраженный.
Отсчет углов от нормали!
Все лучи:
отраженный (R),
преломленный (T),
падающий (I) и
нормаль к границе раздела в точке падения находятся в одной плоскости
(падения).
Угол падения равен углу отражения
22

23.

Падение света на границу раздела двух сред
Отношение синусов углов падения и
преломления – величина постоянная
для данных веществ и равна их
относительному показателю преломления.
При переходе света из среды оптически менее плотной в среду
оптически более плотную луч приближается к нормали. При обратном
переходе – луч удаляется от нормали.
Для линии Na 589.8 нм
Кварцевое Крон К8
Тяжелый
Алмаз
стекло КУ
1,4586
флинт ТФ5
1,51630
1,7550
2,4195
23

24.

Только в вакууме фазовая скорость
не зависит от частоты
В реальных средах скорость света (и показатель преломления) зависит
от частоты (явление дисперсии).
24

25.

Геометрическая оптика
25

26.

• 210909
26

27.

Формулы гармонического колебательного движения
A- амплитуда колебания,
T – период (время совершения полного
колебания),
ω – круговая частота.
Проекция на ось X
Фаза колебания φ
Амплитуда колебания на расстоянии x от
источника в момент времени t
Длина волны λ
Начальная фаза δ
27

28.

Формулы гармонического колебательного движения
Оптическая длина пути
n – показатель преломления среды,
h - расстояние
Если взять t = 0 и δ=0, то
и Δ – фаза колебания. Определяется длиной пути h в
среде с показателем преломления n.
Иногда удобно использовать волновое число k, численно
равное обратной длине волны λ .
Оно показывает, сколько длин волн укладывается в 1 см.
Иногда удобно использовать частоту υ,
например, терагерцы.
28

29.

Суперпозиция гармонических колебаний
Рассмотрим случай одновременного распространения в среде двух
гармонических когерентных (фазы не меняются со временем) колебаний.
29

30.

Суперпозиция гармонических колебаний
Определим
(23-1)
поскольку
Найдем А, возведя в квадрат (23-1)
Определим Δ, разделив строки в (23-1)
Разность фаз колебаний
30

31.

Суперпозиция гармонических колебаний
Условие максимума
Максимум если разность хода колебаний равна целому числу длин волн
(включая нуль).
Условие минимума
Минимум если разность хода колебаний равна нечетному числу полуволн.
Если разность фаз колебаний имеет промежуточное значение, то и
амплитуда имеет некоторое значение от 0 до 2А1.
31

32.

32

33.

Комплексные числа
Комплексное число z = a+ib
а - действительная (вещественная) часть,
iв – мнимая часть, причем
В полярных координатах ρ – модуль комплексного числа, φ – аргумент.
Комплексно-сопряженное число
Умножение комплексных чисел
Деление комплексных чисел
Произведение сопряженных комплексных
чисел
33

34.

Комплексные числа
Разделение действительной и мнимой
частей: умножение на комплексно
сопряженное знаменателю
Действительная часть
Мнимая часть
Аргумент
Формула Эйлера
34

35.

35

36.

Уравнение гармонического колебательного движения
Re – действительная часть.
Тогда формулу
опуская Re можно переписать как
Интенсивность светового потока
(энергия световой волны)
36