99.99% አንጸባራቂ ሌዘር ባለከፍተኛ ነጸብራቅ መስተዋቶች፡ አጠቃላይ የመርሆች፣ የማምረቻ ሂደቶች እና የመለኪያ ትንተና

አንድ ወዳጄ በአንድ ወቅት ከፍተኛ አንፀባራቂ ሌዘር መስታወት አምጥቶ 'ስፔክ ሉህ R> 99.99% ይላል ነገር ግን የኔ ስፔክትሮፎቶሜትር 99.8% ነው የሚለካው:: ሀሰተኛ ነገር አግኝቻለሁ?' ሲል ጠየቀኝ።

የግድ የውሸት እንዳልሆነ ነገርኩት። መስታወቱ ራሱ ጉድለት ያለበት ሊሆን ይችላል፣ ነገር ግን የስፔክትሮፎቶሜትር መለኪያው በቀላሉ እንዲህ ያለውን ዋጋ ለመለካት አለመቻል ነው።

አብዛኛዎቹ የስፔክትሮፕቶሜትሮች ትክክለኛነት ከ ± 0.1% እስከ ± 0.3% ነው; 99.99% አንፀባራቂን ለመለካት አንዱን ለመጠቀም መሞከር የሰውን ፀጉር ዲያሜትር በተለመደው የቴፕ መለኪያ ለመለካት እንደመሞከር ነው።

በልዩ ሉህ ላይ '99.99%' መፃፍ ቀላል ነው—ነገር ግን ያንን የአፈጻጸም ደረጃ ማሳካት እና ማረጋገጥ በእያንዳንዱ ደረጃ ላይ ከባድ የቴክኒክ እውቀት ይጠይቃል።

ዛሬ፣ ከፍተኛ አንጸባራቂ ሌዘር መስተዋቶችን ከሽፋን ሂደት አንስቶ እስከ መጨረሻው መለኪያ ድረስ ያለውን አጠቃላይ እይታ እንመለከታለን።

99.99% ንጹህ ሽፋን እንዴት ይተገበራል?

እጅግ በጣም ከፍተኛ አንጸባራቂ ሌዘር መስተዋቶች 99.99% አንፀባራቂ የሚሠሩት በ Ion Beam Sputtering (IBS) በኩል የተቀመጡ ሁሉንም ኤሌክትሪክ ሽፋኖችን በመጠቀም ነው። መደበኛ የብረታ ብረት ሽፋኖች (እንደ ወርቅ, ብር ወይም አልሙኒየም ያሉ) 99.99% አንጸባራቂዎችን ማግኘት አይችሉም; ይህ የአፈፃፀም ደረጃ የሚቻለው ባለብዙ-ንብርብር ዝቅተኛ ኪሳራ ዳይኤሌክትሪክ ሽፋን ብቻ ነው። እንደነዚህ ዓይነቶቹ መስተዋቶች በሌዘር ሬዞናተሮች፣ Cavity Ring-Down (CRD) spectroscopy፣ Fabry-Pérot (FP) interferometers፣ ring laser gyroscopes እና ultra-stable optical cavities ውስጥ በብዛት ጥቅም ላይ ይውላሉ።

ባጭሩ፡ ዲዛይኑ ተለዋጭ የከፍተኛ እና ዝቅተኛ የማጣቀሻ-ኢንዴክስ ቁሶችን ያቀፈ ነው፣ እያንዳንዱ ሽፋን የኦፕቲካል ውፍረት አንድ ሩብ የሞገድ ርዝመት ያለው፣ በደርዘን በሚቆጠሩ ንብርብሮች የተከመረ ነው።

ለ1064 nm፣የጋራ ጥምረት Ta₂O₅/SiO₂ ነው፣የሚያንጸባርቁ ኢንዴክሶች በግምት 2.1 እና 1.45። በእያንዳንዱ ከፍተኛ-ዝቅተኛ (ኤችኤልኤል) በይነገጽ, የተንጸባረቀው የብርሃን ሞገዶች ገንቢ በሆነ መልኩ ጣልቃ ይገባሉ (በደረጃ ውስጥ), የሚተላለፈው የብርሃን መጠን በከፍተኛ ሁኔታ ይቀንሳል.

ሒሳቡ ቀጥተኛ ነው፡ ወደ 16 ጥንዶች 99.9% የንድፈ ሃሳባዊ ነጸብራቅ ይሰጣሉ፡ 20 ጥንዶች ደግሞ የንድፈ ሃሳቡን ወደ 99.999% ይገፋሉ።

በሂሳብ አነጋገር, 20 ጥንዶች በቂ መሆን አለባቸው.

ታዲያ ለምንድነው ትክክለኛው የሚመረቱ ሽፋኖች 99.9% ብቻ የሚደርሱት? ምክንያቱም የሚገድበው ነገር የንብርብሮች ብዛት እምብዛም አይደለም; መምጠጥ እና መበታተን ነው.

የ99.99% ነጸብራቅ አጠቃላይ ከ100 ፒፒኤም በታች ኪሳራን ያሳያል። ከቁሳቁሶች፣ ከመገናኛዎች እና እያንዳንዱን በአስር ፒፒኤም በመበተን 'የኪሳራ በጀት' በፍጥነት ተዳክሟል።

በቀላሉ ተጨማሪ ንብርብሮችን መጨመር መሳብ እና መበታተን ብቻ ይጨምራል; በተጨማሪም የጭንቀት መከማቸትን ያስከትላል, ይህም ወደ ሽፋን ሽፋኖች መሰባበር ያስከትላል.

ከፍተኛ ደረጃ አምራቾች የእያንዳንዱን ንብርብር ጥግግት እና የመገናኛዎችን ጥራት ከፍ ለማድረግ Ion Beam Sputtering (IBS) ይጠቀማሉ—በተለምዶ በ20 ጥንዶች ክልል ውስጥ—የተቀማጭ ድህረ-ተቀማጭ ምጥነትን ለመቀነስ። ብዙ ንብርብሮችን በመደርደር ብቻ በድፍረት አካሄድ ላይ አይመሰረቱም።

የመተላለፊያ ይዘትን በተመለከተ፡-

መደበኛ የሩብ-ማዕበል ቁልል ውስን ከፍተኛ ነጸብራቅ የመተላለፊያ ይዘት አለው፣ በተለይም የመሃከለኛውን የሞገድ ርዝመት ± 12% ብቻ ይሸፍናል።

የብሮድባንድ ነጸብራቅን ለማግኘት (ለምሳሌ፣ በ450–650 nm ላይ ሙሉ ነጸብራቅ) ሩብ-ማዕበል ያልሆኑ ንድፎችን ወይም የበርካታ ወቅታዊ ቁልል አቀማመጥን ይጠይቃል፣ ይህም ሁለቱንም ውስብስብነት እና ወጪን በእጅጉ ይጨምራል።

የኦፕቲካል ሽፋኖችን በሚገዙበት ጊዜ አስፈላጊውን የመተላለፊያ ይዘት መግለጽዎን ያረጋግጡ - አንድ ነጠላ የሞገድ ርዝመት ብቻ አያቅርቡ።

ኤልዲቲ፡ ለከፍተኛ አንፀባራቂ መስተዋቶች የመስራት ወይም መስበር ገደብ

በከፍተኛ አንጸባራቂነት እንኳን አንድ የጨረር ምልክት ሙሉውን ፊልም ይጎዳል, ይህም ጥቅም ላይ ሊውል አይችልም.

የሌዘር ጉዳት መጠን (LDT/LIDT) የሚለካው በ ISO 21254 መሰረት ነው፣ በተለምዶ ሁለት ሂደቶችን ይጠቀማል፡ 1-ላይ-1 (በነጥብ አንድ ምልክት) እና S-on-1 (ተመሳሳይ ነጥብ፣ ተደጋጋሚ ምቶች)።

በ1064nm nanosecond pulses፣ በኤሌክትሮን ጨረር የሚተነኑ የተለመዱ ፊልሞች ከጥቂት እስከ ደርዘን J/cm² የሚጠጋ ምርት አላቸው። ion beam sputtering ከተመቻቸ ንድፍ ጋር 40 J/cm² ሊደርስ ይችላል።

ይህ ጉልህ ልዩነት በዋናነት ጉድለቶች ምክንያት ነው.

በንዑስ ፕላስቲቱ ላይ ያሉ ኖዱሎች፣ አቧራ እና ማጣሪያዎች ሁሉም የኃይል ማጠራቀሚያ ነጥቦች ናቸው።

በሌዘር ሲመታ፣ ጉድለት ያለበት ቦታ በመጀመሪያ ይፈነዳል፣ እና የጉድጓዱ ጠርዞች አዲስ የመጠራቀሚያ ነጥቦች ይሆናሉ፣ በእያንዳንዱ አድማ ትልቅ እና ትልቅ ይሆናሉ።

ስለዚህ ከፍተኛ የኤልዲቲ ፊልሞች የሚመረቱት፡- እጅግ በጣም ንፁህ የአካባቢ ሽፋን፣ የቅድመ-ምድጃ ንኡስ ክፍል ፍተሻ፣ የግማሽ ሞገድ ርዝመት የሲኦ2 ቋት ንብርብር በመገናኛው ላይ የብልሽት ስርጭትን ለማቋረጥ እና የድህረ-ተቀማጭ ማደንዘዣ የኦክስጂን ክፍተቶችን ለማስወገድ ነው።

እነዚህ የሂደቱ ዝርዝሮች የመስታወት እጣ ፈንታን ከፊልሙ ስርዓት ንድፍ የበለጠ ይወስናሉ.

ሌላ የሚጨመር የልምድ ክፍል፡- የጉዳቱ መጠን ከቦታው መጠን ጋር በጥብቅ የተቆራኘ ነው።

የቦታው ትልቅ መጠን, ጉድለቱን የመሸፈን እድሉ ከፍ ያለ ነው, እና የሚለካው መጠን ይቀንሳል.

የኤልዲቲ መረጃን በሚያወዳድሩበት ጊዜ በመጀመሪያ የሙከራ ሁኔታዎችን፣ የልብ ምት ስፋት እና የቦታ መጠንን ያረጋግጡ።

የካቪት መስተዋቶች፣ የውጤት ጥንዶች እና የሚታጠፍ መስተዋቶች - ሁሉም እንደ ከፍተኛ አንጸባራቂ መስተዋቶች ተመድበዋል፣ ነገር ግን ልዩ ፍላጎቶቻቸው በእጅጉ ይለያያሉ።

የጉድጓድ መስታዎቶች (ከፍተኛ አንጸባራቂ የመጨረሻ መስተዋቶች) ፡- ብርሃን ወደ ኋላና ወደ ኋላ ይጓዛል፣ በዋሻው ውስጥ፣ ብዙ ነጸብራቆችን እያሳለፈ - በእርግጥ ብርሃኑ በአስር ሺዎች የሚቆጠሩ ጊዜዎች የሚያስተጋባውን ክፍተት ያልፋል።

መስታወት 99.9% አንጸባራቂ ከሆነ (በአንድ ነጸብራቅ 1000 ፒፒኤም ኪሳራን ያሳያል) ፣ ክፍተቱ የመወዛወዝ ደረጃ ላይ መድረስ አይችልም።

ስለዚህ፣ የካቪቲ መስተዋቶች አንጸባራቂ (R) ≥99.99% ያስፈልጋቸዋል፣ ከፍተኛ ደረጃ ያላቸው ስሪቶች 99.995% ወይም ከዚያ በላይ ይደርሳሉ።

ከአንጸባራቂነት የበለጠ ወሳኝ የሆነው የመምጠጥ ነው፡ በከፍተኛ ሃይል ቀጣይነት ባለው ሞገድ (CW) ኦፕሬሽን፣ ጥቂት አስር ፒፒኤም ብቻ የመምጠጥ ደረጃ መስተዋቱን ያሞቀዋል፣ ይህም የጨረራ ቦታን የሚያዛባ እና የኦፕቲካል ሁነታን የሚያበላሸው 'thermal lens' ውጤት ያስከትላል።

ከሶስቱ ምድቦች መካከል, የጉድጓድ መስተዋቶች ለማምረት በጣም ፈታኝ ናቸው.

የውጤት መስታወት (ኦ.ሲ.) ፡ ዲዛይኑ ሆን ተብሎ ብርሃንን ለማምለጥ ክፍት ይተዋል. ማስተላለፊያ (ቲ) ከዋሻው ትርፍ እና ኪሳራ የሚሰላው ከጥቂት አስረኛ በመቶ ወደ ብዙ አስር በመቶዎች ይደርሳል።

ተግዳሮቶቹ በሁለት ቦታዎች ላይ ይገኛሉ-ትክክለኛ ማስተላለፊያ (በ ± 0.5%) እና ጥሩ የአውሮፕላን ተመሳሳይነት; አለበለዚያ የብርሃን ቦታው በሚጠርግበት ቦታ ሁሉ የማጣመጃው ጥምርታ ይለወጣል.

በተጨማሪም፣ ንባቡ በሁለት ትይዩ ንጣፎች የተፈጠረውን የኢታሎን ውጤት ለማስወገድ በተለምዶ የሽብልቅ ቅርጽ ያለው ሲሆን ይህም በከፍተኛ ሃይል የማንበብ አለመረጋጋትን ያስከትላል።

መስተዋት መዞር ፡ ከዋሻው ውጭ ለ45° ጨረሮች መዞር ያገለግላል።

ሁለት ነጥቦችን ግምት ውስጥ ያስገቡ፡- በመጀመሪያ፣ በ45° የክስተቱ አንግል፣ ለኤስ-ፖላራይዝድ እና ለፒ-ፖላራይዝድ ብርሃን ነጸብራቆች ይለያያሉ—ለ P-polarization ከፍተኛ አንጸባራቂ ባንድዊድዝ በተለምዶ ጠባብ ነው። ሁልጊዜ በውሂብ ሉህ ውስጥ የተገለጸው 'R' (አንፀባራቂ) እሴት ኤስ-ፖላራይዜሽን፣ ፒ-ፖላራይዜሽን ወይም አማካኝ መሆኑን ያረጋግጡ። በሁለተኛ ደረጃ, በመጠምዘዝ መስታወት ውስጥ መምጠጥ በቀጥታ ወደ ሙቀት ይለወጣል, ይህም የኦፕቲካል ጎዳና መንሸራተትን ያስከትላል; ረጅም የኦፕቲካል ዱካዎች ወይም ከፍተኛ የመረጋጋት መስፈርቶች ላሏቸው ስርዓቶች, የእነዚህን መስተዋቶች ጥራት ለመጉዳት አይችሉም.

የፍፁም ነጸብራቅ መስፈርቶች በአንጻራዊ ሁኔታ ዘና ያሉ ሲሆኑ (99.5% አብዛኛውን ጊዜ በቂ ነው), የገጽታ ምስል እና የሽፋኑ ተመሳሳይነት መስፈርቶች እጅግ በጣም ጥብቅ ናቸው.

ክፍሎችን በሚመርጡበት ጊዜ ትምህርቱ የሚከተለው ነው- በመጀመሪያ የታሰበውን ቦታ, የክስተቶች ማዕዘን, የፖላራይዜሽን እና የኃይል ጥንካሬን በግልፅ ይግለጹ - ከዚያ በኋላ ብቻ የዝርዝር መግለጫውን ማማከር አለብዎት. አንድ ዝርዝር ሉህ የሙከራ ሁኔታዎችን ካልገለጸ፣ እንዲሁም ላይኖር ይችላል።

መለኪያ፡ 99.99% አሃዝ በቀጥታ አይለካም - የተገኘ ነው።

መጀመሪያ ላይ ወደ ተነሳው ጥያቄ እንመለስ።

99.99% መለካት በመሠረቱ በ10,000 ውስጥ የአንድ ክፍል ኪሳራ መለካት ማለት ነው። እንዲህ ያለውን ነጸብራቅ ደረጃ በቀጥታ ለመለካት የሚችል መሳሪያ የለም።

የኢንዱስትሪው አቀራረብ አጠቃላይ ኪሳራውን ማፍረስ, የነጠላ ክፍሎችን ለየብቻ መለካት እና ውጤቱን ማዋሃድ ነው.

የካሎሪሜትሪክ መምጠጥ መለኪያ;

በ ISO 11551 መሠረት የታወቀ የኃይል ደረጃ ያለው ሌዘር በኦፕቲካል ኤለመንት (እንደ ሌንስ ወይም መስታወት) ይመራል. የሙቀት መጨመር ቁጥጥር ይደረግበታል -በተለምዶ ቴርሞኮፕል ወይም ኢንፍራሬድ ቴርሞሜትር በመጠቀም - እና የመምጠጥ መጠኑ በሚያስከትለው የሙቀት-መነሳት ከርቭ ላይ ተመስርቶ ይሰላል. ይህ ዘዴ በፒፒኤም (በሚልዮን ክፍሎች) ቅደም ተከተል ላይ ስሜትን ማሳካት ይችላል።

ይህ መምጠጥን ለመለካት በሰፊው ጥቅም ላይ የዋለው ዘዴ ነው። ውሱንነቱ ግልጽ ነው፡ መበተንን እና ስርጭትን ችላ እያለ የሚወስደውን የኃይል መጠን ብቻ ይለካል።

የጠቅላላ ኪሳራ የቀለበት ቀለበት መለኪያ፡-

ሁለት በጣም አንጸባራቂ መስተዋቶችን በመጠቀም መስመራዊ የኦፕቲካል ክፍተት ይፈጠራል። የሌዘር ምንጭ ከጠፋ በኋላ በጨጓራ ውስጥ ያለው የብርሃን መጠን በከፍተኛ ሁኔታ ይበሰብሳል; ከዚያም የመበስበስ ጊዜን ቋሚ ለመመዝገብ ጠቋሚ ጥቅም ላይ ይውላል፣ τ.

ከፍተኛ ኪሳራዎች አጭር τ ያስከትላሉ. የመለኪያውን ስሜት ለመረዳት፡ ለ 0.5 ሜትር የጉድጓድ ርዝመት እና አጠቃላይ የክብ ጉዞ መጥፋት 200 ፒፒኤም (በመስታወት 100 ፒፒኤም)፣ τ በግምት 8 ማይክሮ ሰከንድ ነው። ሌላ '9' ወደ አንጸባራቂነት መጨመር (ማለትም፣ መጨመር) τ በአስር እጥፍ ይጨምራል።

Cavity ring-down spectroscopy በ ppm ደረጃ ላይ ስሜታዊነትን ይሰጣል፣ ይህም በ99.999% (አምስት-ዘጠኝ) ክልል ውስጥ አፈጻጸምን ማረጋገጥ ከሚችሉት ጥቂት ዘዴዎች ውስጥ አንዱ ያደርገዋል።

አንድ ገደብ በዋሻው ውስጥ ያሉትን ሁሉንም ኪሳራዎች ድምር ይለካል; የእያንዳንዱን መስታወት አስተዋፅኦ ማግለል ወይም የተወሰነ የኪሳራ ዘዴ ጥንቃቄ የተሞላበት የሙከራ ንድፍ እና ማስተካከያ ይጠይቃል።

የተቀሩት የእንቆቅልሽ ክፍሎች በሚከተለው መልኩ ይስተናገዳሉ፡ ማስተላለፊያ (T) የሚለካው በቀጥታ በሃይል መለኪያ በመጠቀም ነው (መደበኛ መሳሪያዎች ለዚህ ክልል በቂ ናቸው)፣ መበተን (S) ደግሞ በማዋሃድ ሉል በመጠቀም ተይዟል። በመጨረሻም፣ አጠቃላይ የኪሳራ በጀት ታርቋል፡-

R = 1 - ቲ - A - ኤስ

እያንዳንዱ አራት መመዘኛዎች በተናጥል ይለካሉ; ሲጣመሩ ብቻ 99.99% የሚታመን አሃዝ ይሰጣሉ።

እውነቱን ለመናገር - በኢንዱስትሪው ውስጥ እንደሚታወቀው - አንዳንድ የኦፕቲካል ክፍሎች '99.99%' የሚል ስያሜ የተሰጣቸው በተወሰኑ ሁኔታዎች ውስጥ ብቻ ነው የተሞከሩት፡ የተሰየመ የንድፍ የሞገድ ርዝመት፣ 0° የአደጋ አንግል እና ትንሽ የጨረር ቦታ። አንዴ በእራስዎ ማዋቀር ላይ ተግባራዊ ካደረጉ - በ45° የክስተቶች አንግል፣ የተወሰነ የመተላለፊያ ይዘት እና የተወሰነ የሃይል ጥግግት - ትክክለኛው አፈጻጸም ሙሉ ለሙሉ የተለየ ሊሆን ይችላል። መግለጫዎች የማይለዋወጡ ናቸው፣ ነገር ግን የሙከራ ሁኔታዎች ተለዋዋጭ ናቸው።

ማጠቃለያ

የ 99.99% አንጸባራቂነትን ማሳካት በቀጭኑ-ፊልም ቁልል ንድፍ ብቻ የተገደበ አይደለም-በንድፈ-ሀሳብ 20 ጥንድ የሩብ-ማዕበል ንብርብሮች በቂ ናቸው-ይልቁንስ ከሂደቱ ጋር በተያያዙ ምክንያቶች እንደ መምጠጥ ፣ መበታተን እና ጉድለቶች። ከዚህም በላይ የትኛውም መሳሪያ ይህንን ዋጋ በቀጥታ ሊለካ አይችልም; በምትኩ ማስተላለፊያ (T)፣ መምጠጥ (A) እና መበታተን (S) በተናጠል መለካት እና ከዚያም መቀላቀል አለባቸው። በዚህ ዐውደ-ጽሑፍ፣ የፈተና ሁኔታዎች ከተጠቀሰው ግቤት እራሱ የበለጠ ወሳኝ ናቸው።

ምንጭ፡shenduzhuiguang