3.14. ПРОСВЕТЛЯЮЩИЕ ПОКРЫТИЯ

В начале 20-го века английский оптик Дэннис Тэйлор случайно обнаружил возможность искусственного старения оптического стекла при травлении линз, приводящего к уменьшению нежелательного отражения. Этот эффект был объяснен образованием переходного слоя, в

котором показатель преломления плавно изменяется от до В середине 1930-х годов с развитием процесса вакуумного напыления тонких пленок Смакула в Германии и Стронг в США открыли антиотражающие свойства напыленного диэлектрического слоя. Позднее в 1944 г. Вальтер Геффкен запатентовал процесс просветляющего покрытия с тремя диэлектрическими слоями. С тех пор было исследовано множество просветляющих покрытий [30, 31]. Были развиты конкретные методики изготовления покрытий с необходимыми характеристиками [32—34]. Некоторые из них мы обсудим ниже.

Как мы уже показали, отражение от диэлектрика можно свести к нулю, а относительное пропускание увеличить до единицы, если использовать пленку толщиной с показателем преломления К сожалению, в большинстве практических случаев этому условию трудно удовлетворить. Например, при нанесении наиболее широко распространенного покрытия из не удается достичь отражательной способности меньше, чем 1,26%, если окружающая среда — это воздух (рис. 3.22,а). Для исключения потерь на отражение необходимо использовать по крайней мере двухслойное покрытие. Действительно, если показатели преломления двух выбранных для покрытия материалов заданы, то нулевое отражение можно получить, выбирая фазовые толщины в соответствии со следующими соотношениями

Рис. 3.22. Отражательная способность стеклянной подложки для различных просветляющих покрытий, а — однослойное покрытие из с оптической толщиной двухслойное -покрытие: (линия Не-Ne-лазера); в — двухслойное -покрытие: (Из работы [301).

В частности, если то Такое покрытие называют двойным четвертьволновым. Заметим, что в такой системе изменение с частотой (рис. 3.22, б) имеет вид типичной -образной зависимости, что и привело к появлению названия -покрытие».

В случае когда необходимо иметь слабое отражение в более широком частотном интервале, предпочтительно использовать так называемые четвертьполуволновые покрытия, состоящие из полуволновой (прилегающей к подложке) и четвертьволновой пленок. Используя выражение (3.12.8) и (3.9.8) и соотношение нетрудно показать, что для произвольной частоты, для которой имеем

Здесь коэффициенты, которые зависят от показателей преломления [30]. Для получаем

Спектральные зависимости отражательной способности имеют при этом типичный вид с двумя минимумами. Поэтому такие покрытия называют -покрытиями» (рис. 3.22, в).

Другие двухслойные просветляющие покрытия используются для подложек с большим показателем преломления [например, При этом должны быть выполнены условия (так называемые покрытия -типа) или (покрытия -типа). В первом случае имеет единственный широкий минимум, причем при (рис. 3.23). Во втором случае отражательная способность характеризуется небольшим максимумом при и достигает нулевого значения в двух точках, в которых где отражательная способность образца без покрытия.

Используются и трехслойные покрытия. При этом также выделяют покрытия типа причем фазы выбирают

Рис. 3.23. Отражательная способность двухслойных покрытий типа I (один минимум) и типа II (два минимума) на кремниевой подложке минимум), 2,21 (два минимума) (Из работы [30]).

одинаковыми, а показатели преломления находят из следующих соотношений: для типа для типа И. Частотные зависимости отражательной способности таких покрытий имеют соответственно 2 и 3 нулевых минимума.

Из-за отсутствия материалов с достаточно малым показателем преломления такие покрытия нельзя использовать на стеклянных подложках. Однако при этом можно использовать комбинацию где показатель преломления произвольного очень тонкого фиктивного слоя, расположенного между пленками 2 и 3. Такая комбинация показателей преломления позволяет достичь -ного пропускания в подсистемах «воздух — слой 1 — слой 2 — фиктивный слой» и «фиктивный слой — слой 3 - подложка». Приведенные соотношения показателей преломления получаются из условий, что первая подсистема является двухслойным покрытием типа I, а вторая удовлетворяет -условию.

Операцию, аналогичную описанной выше, можно обобщить на четырехслойные покрытия, которые можно изготовить из двух покрытий типа II. При этом показатели преломления должны быть выбраны так, чтобы Если же потребовать равенства нулю отражательной способности при некоторой длине волны то эти соотношения необходимо дополнить еще одним, а именно

Читателя, интересующегося более сложными структурами, мы отсылаем к работам Ниттла [1], Мак-Леода [16], Массета и Телена [30], Кокса и Хасса [31], а также Добровольского [35].