99.99% тусгалтай лазер өндөр тусгалтай толь: зарчим, үйлдвэрлэлийн үйл явц, хэмжилтийн цогц шинжилгээ

Нэг удаа найз маань надад өндөр тусгалтай лазер толь авчирч өгөөд 'Үзүүлэлтийн хуудсанд R > 99.99% гэж бичсэн ч миний спектрофотометр 99.8% хэмждэг. Би хуурамч зүйл авсан уу?'

Энэ нь хуурамч байх албагүй гэдгийг би түүнд хэлсэн. Толин тусгал нь өөрөө гажигтай байж болох ч спектрофотометр ийм утгыг хэмжих чадваргүй байх магадлалтай.

Ихэнх спектрофотометрийн нарийвчлалын хүрээ ±0.1% -аас ±0.3% байна; 99.99% тусгалыг хэмжихийн тулд нэгийг ашиглахыг оролдох нь хүний ​​үсний диаметрийг стандарт соронзон хальсны хэмжүүрээр хэмжихтэй адил юм.

Техникийн хуудсан дээр '99.99%' гэж бичих нь амархан боловч үнэндээ ийм түвшинд хүрч, түүнийг баталгаажуулахын тулд үе шат бүрт техникийн ноцтой мэдлэг шаарддаг.

Өнөөдөр бид бүрэх процессоос эхлээд эцсийн хэмжилт хүртэл өндөр тусгалтай лазер толинуудыг цогцоор нь авч үзэх болно.

99.99% цэвэр бүрхүүлийг хэрхэн түрхдэг вэ?

99.99% -ийн тусгал бүхий хэт өндөр тусгалтай лазер толь нь Ion Beam Sputtering (IBS) -ээр хуримтлагдсан бүх диэлектрик бүрээсийг ашиглан үйлдвэрлэгддэг. Стандарт металл бүрээс (алт, мөнгө, хөнгөн цагаан гэх мэт) нь 99.99% тусгалыг олж чадахгүй; Энэ түвшний гүйцэтгэл нь зөвхөн олон давхаргат, бага алдагдалтай диэлектрик бүрээстэй байх боломжтой. Ийм толин тусгалыг ихэвчлэн лазер резонатор, хөндий цагираг (CRD) спектроскопи, Fabry-Pérot (FP) интерферометр, цагираг лазер гироскоп, хэт тогтвортой оптик хөндийд ашигладаг.

Товчхондоо: дизайн нь өндөр ба бага хугарлын илтгэгч материалын ээлжлэн давхаргаас бүрдэх бөгөөд давхарга бүр нь дөрөвний нэг долгионы урттай оптик зузаантай, олон арван давхаргаар овоолсон.

1064 нм-ийн хувьд нийтлэг хослол нь Ta₂O₅/SiO₂ бөгөөд хугарлын индекс нь ойролцоогоор 2.1 ба 1.45 байна. Өндөр-бага (HL) интерфэйс бүрт ойсон гэрлийн долгион нь конструктив байдлаар (фаз дотор) хөндлөнгөөс оролцдог бол дамжуулсан гэрлийн эрч хүч экспоненциалаар буурдаг.

Математик нь ойлгомжтой: ойролцоогоор 16 хос нь онолын тусгалыг 99.9% өгдөг бол 20 хос нь онолын утгыг 99.999% руу түлхэж өгдөг.

Математикийн хувьд 20 хос хангалттай байх ёстой.

Тэгэхээр, яагаад бодит үйлдвэрлэсэн бүрээс нь ихэвчлэн 99.9% хүрдэг вэ? Учир нь хязгаарлах хүчин зүйл нь давхаргын тоо ховор байдаг; Энэ нь шингээлт ба сарнилт юм.

99.99%-ийн тусгал нь 100 ppm-ээс бага хэмжээний алдагдалтай гэсэн үг юм. Материал, интерфэйс, тархалт тус бүр хэдэн арван ppm-ийг шингээж авснаар 'алдагдлын төсөв' хурдан дуусдаг.

Зүгээр л илүү олон давхарга нэмэх нь зөвхөн шингээлт, тархалтыг нэмэгдүүлдэг; Энэ нь мөн стрессийг хуримтлуулахад хүргэдэг бөгөөд энэ нь бүрэх давхаргыг хагалахад хүргэдэг.

Дээд зэрэглэлийн үйлдвэрлэгчид давхарга бүрийн нягтрал, интерфейсийн чанарыг дээд зэргээр нэмэгдүүлэхийн тулд (ихэвчлэн ойролцоогоор 20 хос дотор) Ion Beam Sputtering (IBS) ашигладаг бөгөөд шингээлтийг багасгахын тулд хуримтлуулсаны дараах боловсруулалтыг хийдэг. Тэд зүгээр л илүү олон давхаргыг овоолох бүдүүлэг хандлагад найддаггүй.

Дамжуулах зурвасын өргөний тухайд:

Стандарт дөрөвний долгионы стек нь хязгаарлагдмал өндөр тусгалын зурвасын өргөнтэй бөгөөд ихэвчлэн төвийн долгионы уртын ердөө ±12%-ийг хамардаг.

Өргөн зурвасын тусгал (жишээ нь, 450-650 нм-ийн бүрэн тусгал) -д хүрэхийн тулд дөрөвний нэг бус долгионы загвар эсвэл олон тооны үечилсэн стекийг давхар байрлуулах шаардлагатай бөгөөд энэ нь нарийн төвөгтэй байдал, зардлыг ихээхэн нэмэгдүүлдэг.

Оптик бүрээс худалдаж авахдаа шаардлагатай зурвасын өргөнийг зааж өгөх хэрэгтэй - зөвхөн нэг төвийн долгионы уртыг бүү өг.

LDT: Өндөр тусгалтай тольны бүтээх эсвэл эвдэх босго

Өндөр тусгалтай байсан ч нэг лазер цохилт нь хальсыг бүхэлд нь гэмтээж, ашиглах боломжгүй болгоно.

Лазер гэмтлийн босгыг (LDT/LIDT) ISO 21254 стандартын дагуу хэмждэг бөгөөд ихэвчлэн 1-ийн 1 (цэг бүрт нэг цохилт) болон S-on-1 (ижил цэг, давтагдсан цохилт) гэсэн хоёр процедурыг ашигладаг.

1064нм наносекундын импульсийн үед электрон туяагаар ууршуулсан уламжлалт хальс нь ойролцоогоор хэдэн арван Ж/см²-ийн гарцтай байдаг; оновчтой дизайнтай ионы цацраг цацах нь 40 Ж/см² хүрэх боломжтой.

Энэ мэдэгдэхүйц ялгаа нь голчлон согогтой холбоотой юм.

Субстрат дээрх зангилаа, тоос, өнгөлгөөний үлдэгдэл нь эрчим хүчний хуримтлалын цэг юм.

Лазерт өртөх үед гэмтэлтэй хэсэг нь эхлээд дэлбэрч, үүссэн нүхний ирмэгүүд нь шинэ хуримтлагдах цэгүүд болж, цохилт бүрээр улам бүр нэмэгддэг.

Иймээс өндөр LDT хальсыг дараах аргаар үйлдвэрлэдэг: хэт цэвэр орчны бүрээс, зуухны өмнөх субстратын үзлэг, согогийн тархалтыг тасалдуулахын тулд хагас долгионы урттай SiO2 буфер давхаргыг интерфэйс дээр оруулах, хүчилтөрөгчийн хоосон орон зайг арилгахын тулд хуримтлуулсаны дараа задлах.

Эдгээр үйл явцын нарийн ширийн зүйлс нь кино системийн загвараас илүү толины хувь заяаг тодорхойлдог.

Нэмэх өөр нэг туршлага: эвдрэлийн босго нь толбоны хэмжээтэй хүчтэй хамааралтай байдаг.

Толбо том байх тусам согогийг далдлах магадлал өндөр, хэмжсэн босго бага байх болно.

LDT өгөгдлийг харьцуулахдаа эхлээд туршилтын нөхцөл, импульсийн өргөн, цэгийн хэмжээг шалгана уу.

Хөндий толь, гаралтын холбогч, эвхдэг толь—бүгдийг өндөр тусгалтай толь гэж ангилдаг боловч тэдгээрийн тусгай шаардлага нь ихээхэн ялгаатай байдаг.

Хөндий толин тусгал (өндөр тусгалтай төгсгөлийн толь) : Гэрэл хөндийн дотор нааш цааш хөдөлж, олон тооны тусгалд өртдөг - үнэндээ гэрэл цуурайтсан хөндийг хэдэн арван мянган удаа дайран өнгөрдөг.

Хэрэв толины тусгал 99.9% байвал (нэг тусгал бүрт 1000 ppm алдагдалтай) тус хөндий нь хэлбэлзлийн босго хэмжээнд хүрч чадахгүй.

Тиймээс хөндий толь нь ≥99.99% тусгал (R) шаарддаг бөгөөд дээд зэргийн хувилбарууд нь 99.995% ба түүнээс дээш байдаг.

Гэрэл тусгалаас илүү чухал зүйл бол шингээлт юм: өндөр хүчин чадалтай тасралтгүй долгионы (CW) үйл ажиллагааны үед хэдхэн арван ppm-ийн шингээлтийн түвшин толин тусгалыг халааж, цацрагийн цэгийг гажуудуулж, оптик горимыг муутгадаг 'дулааны линз'-ийн нөлөөг үүсгэдэг.

Гурван ангиллын дотроос хөндий толь нь үйлдвэрлэхэд хамгийн хэцүү байдаг.

Гаралтын толин тусгал (OC) : Дизайн нь гэрэл гарах нүхийг зориудаар үлдээдэг. Дамжуулах чадвар (T) нь хөндийн олз, алдагдлаас тооцсон аравны хэдэн хувиас хэдэн арван хувь хүртэл хэлбэлздэг.

Бэрхшээлүүд нь хоёр талбарт оршдог: үнэн зөв дамжуулалт (±0.5% дотор) ба хавтгайн доторх жигд байдал; эс бөгөөс гэрлийн толбыг шүүрдэх газар бүрт холболтын харьцаа өөрчлөгдөнө.

Нэмж дурдахад, субстрат нь хоёр зэрэгцээ гадаргуугаас үүссэн эталон нөлөөллөөс зайлсхийхийн тулд ихэвчлэн шаантаг хэлбэртэй байдаг бөгөөд энэ нь өндөр хүчин чадалтай уншихад тогтворгүй байдалд хүргэдэг.

Эргэлтийн толь : Хөндий гадна талд 45° цацрагийн хазайлт хийхэд ашигладаг.

Хоёр зүйлийг санаарай: Нэгд, 45°-ийн тусгалын өнцгөөр S-туйлшруулсан болон Р-туйлшруулсан гэрлийн тусгал нь ялгаатай байдаг - P-туйлшралын өндөр тусгалын зурвасын өргөн нь ихэвчлэн нарийсдаг. Мэдээллийн хуудсанд заасан 'R' (тусгал) утга нь S-туйлшрал, P-туйлшрал эсвэл дундаж утгыг илэрхийлж байгаа эсэхийг үргэлж шалгаарай. Хоёрдугаарт, эргэх толин тусгал дахь шингээлт нь шууд дулаан болж хувирдаг бөгөөд энэ нь оптик замд шилжихэд хүргэдэг; урт оптик зам эсвэл өндөр тогтвортой байдлын шаардлага бүхий системүүдийн хувьд та эдгээр толин тусгалуудын чанарыг бууруулж чадахгүй.

Үнэмлэхүй тусгалын шаардлага харьцангуй сул (99.5% нь ихэвчлэн хангалттай байдаг) боловч гадаргуугийн дүрс болон бүрэх жигд байдалд тавигдах шаардлага маш хатуу байдаг.

Бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг сонгохдоо сургамж нь дараах байдалтай байна: эхлээд төлөвлөсөн байршил, тусгалын өнцөг, туйлшрал, эрчим хүчний нягтыг тодорхой тодорхойл - зөвхөн дараа нь та техникийн үзүүлэлтийн хуудастай танилцах хэрэгтэй. Техникийн хүснэгтэд туршилтын нөхцөлийг заагаагүй бол энэ нь байхгүй байж магадгүй юм.

Хэмжилт: 99.99%-ийн үзүүлэлтийг шууд хэмждэггүй - энэ нь гарал үүсэлтэй.

Эхэнд тавьсан асуулт руугаа буцъя.

99.99% хэмжинэ гэдэг нь үндсэндээ 10,000-д нэг хэсгийн алдагдлыг хэмждэг гэсэн үг; ямар ч хэрэгсэл ийм тусгалын түвшинг шууд хэмжих чадваргүй.

Салбарын арга нь нийт алдагдлыг задалж, тус тусдаа бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг тусад нь хэмжиж, дараа нь үр дүнг нэгтгэх явдал юм.

Калориметрийн шингээлтийн хэмжилт:

ISO 11551 стандартын дагуу мэдэгдэж буй чадлын түвшинтэй лазер нь оптик элемент (линз, толь гэх мэт) руу чиглэгддэг. Температурын өсөлтийг ихэвчлэн термопар эсвэл хэт улаан туяаны термометр ашиглан хянадаг бөгөөд шингээлтийн хурдыг температурын өсөлтийн муруй дээр үндэслэн тооцдог. Энэ арга нь ppm-ийн дарааллаар (сая дахь хэсэг) мэдрэмжийг олж авах боломжтой.

Энэ бол шингээлтийг хэмжих хамгийн өргөн хэрэглэгддэг арга юм. Түүний хязгаарлалт нь тодорхой: тархалт, дамжуулалтыг үл тоомсорлож, зөвхөн шингэсэн энергийн хэмжээг тодорхойлдог.

Нийт алдагдлын хөндийн цагирагийн хэмжилт:

Шугаман оптик хөндий нь өндөр тусгалтай хоёр толь ашиглан үүсдэг. Лазерын эх үүсвэрийг унтраасны дараа хөндийн доторх гэрлийн эрч хүч экспоненциалаар буурдаг; Дараа нь детекторыг задралын хугацааны тогтмол τ-г бүртгэхэд ашигладаг.

Илүү их алдагдал нь τ-ийг богиносгодог. Хэмжээг ойлгохын тулд: 0.5 м-ийн хөндийн урттай, 200 ppm (нэг толинд 100 ppm) нийт эргэлтийн алдагдалд τ нь ойролцоогоор 8 микросекунд байна. Тусгал дээр дахин '9' нэмбэл (өөрөөр хэлбэл үүнийг нэмэгдүүлэх) τ-ийг арав дахин нэмэгдүүлнэ.

Хөндий цагираган спектроскопи нь ppm-ийн түвшинд мэдрэмжийг санал болгодог бөгөөд энэ нь 99.999% (таван ес) мужид гүйцэтгэлийг шалгах чадвартай цөөн аргуудын нэг юм.

Хязгаарлалт нь хөндийн доторх бүх алдагдлын нийлбэрийг хэмждэг; Тус тусад нь толин тусгал эсвэл тодорхой алдагдлын механизм бүрийн хувь нэмрийг тусгаарлах нь нарийн туршилтын загвар, тохируулга шаарддаг.

Тааварын үлдсэн хэсгүүдийг дараах байдлаар авч үзнэ: дамжуулалтыг (T) цахилгаан тоолуураар шууд хэмждэг (энэ мужид стандарт хэрэгслүүд хангалттай байдаг), харин тархалтыг (S) нэгтгэх бөмбөрцөг ашиглан хэмждэг. Эцэст нь нийт алдагдлын төсвийг нэгтгэн дүгнэв:

R = 1 − T − A − S

Дөрвөн параметр бүрийг бие даан хэмждэг; Зөвхөн нийлээд л 99.99%-ийн найдвартай үзүүлэлтийг гаргадаг.

Ний нуугүй хэлэхэд '99.99%' гэсэн шошготой зарим оптик бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг зөвхөн тодорхой нөхцөлд туршиж үзсэн болно: тогтоосон долгионы урт, 0 ° тусгалын өнцөг, жижиг цацрагийн цэг. Та тэдгээрийг 45 ° өнцгөөр, тодорхой зурвасын өргөн, тодорхой эрчим хүчний нягтралтай өөрийн тохиргоонд ашиглавал бодит гүйцэтгэл огт өөр байж болно. Үзүүлэлтүүд нь статик боловч туршилтын нөхцөл нь динамик байдаг.

Дүгнэлт

99.99% тусгалд хүрэх нь нимгэн хальсан давхаргын загвараар хязгаарлагдахгүй - онолын хувьд 20 хос дөрөвний долгионы давхарга хангалттай - шингээлт, тархалт, согог зэрэг процесстой холбоотой хүчин зүйлүүдээр хязгаарлагддаг. Цаашилбал, ямар ч хэрэгсэл энэ утгыг шууд хэмжиж чадахгүй; Үүний оронд дамжуулалт (T), шингээлт (A), тархалтыг (S) тусад нь хэмжиж, дараа нь нэгтгэх ёстой. Энэ нөхцөлд туршилтын нөхцөл нь заасан параметрээс илүү чухал юм.

Эх сурвалж: shenduzhuiguang