99.99% பிரதிபலிப்பு லேசர் உயர்-பிரதிபலிப்பு கண்ணாடிகள்: கோட்பாடுகள், உற்பத்தி செயல்முறைகள் மற்றும் அளவீடுகளின் விரிவான பகுப்பாய்வு

ஒரு நண்பர் என்னிடம் ஒரு உயர்-பிரதிபலிப்பு லேசர் கண்ணாடியைக் கொண்டு வந்து கேட்டார், 'ஸ்பெக் ஷீட் R > 99.99% என்று கூறுகிறது, ஆனால் எனது ஸ்பெக்ட்ரோஃபோட்டோமீட்டர் அதை 99.8% என அளவிடுகிறது. நான் போலியாகப் பெற்றேனா?'

அது போலியானது அல்ல என்று நான் அவரிடம் சொன்னேன். கண்ணாடியே குறைபாடுடையதாக இருக்கலாம், ஆனால் ஸ்பெக்ட்ரோஃபோட்டோமீட்டர் அத்தகைய மதிப்பை அளவிடும் திறன் கொண்டதாக இல்லை.

பெரும்பாலான ஸ்பெக்ட்ரோஃபோட்டோமீட்டர்கள் ±0.1% முதல் ±0.3% வரை துல்லியமான வரம்பைக் கொண்டுள்ளன; 99.99% பிரதிபலிப்புத்தன்மையை அளவிடுவதற்கு ஒன்றைப் பயன்படுத்த முயற்சிப்பது ஒரு நிலையான டேப் அளவீட்டைக் கொண்டு மனித முடியின் விட்டத்தை அளவிட முயற்சிப்பது போன்றது.

ஒரு ஸ்பெக் ஷீட்டில் '99.99%' எழுதுவது எளிதானது-ஆனால் உண்மையில் அந்த அளவிலான செயல்திறனை அடைவதற்கும் அதைச் சரிபார்ப்பதற்கும் ஒவ்வொரு நிலையிலும் தீவிர தொழில்நுட்ப நிபுணத்துவம் தேவைப்படுகிறது.

இன்று, உயர்-பிரதிபலிப்பு லேசர் கண்ணாடிகள் - பூச்சு செயல்முறை முதல் இறுதி அளவீடு வரை ஒரு விரிவான பார்வையை எடுப்போம்.

99.99% தூய பூச்சு எவ்வாறு பயன்படுத்தப்படுகிறது?

99.99% பிரதிபலிப்பு கொண்ட அல்ட்ரா-உயர்-பிரதிபலிப்பு லேசர் கண்ணாடிகள் அயன் பீம் ஸ்பட்டரிங் (IBS) வழியாக டெபாசிட் செய்யப்பட்ட அனைத்து மின்கடத்தா பூச்சுகளைப் பயன்படுத்தி தயாரிக்கப்படுகின்றன. நிலையான உலோக பூச்சுகள் (தங்கம், வெள்ளி அல்லது அலுமினியம் போன்றவை) 99.99% பிரதிபலிப்பு அடைய முடியாது; இந்த அளவிலான செயல்திறன் பல அடுக்கு, குறைந்த இழப்பு மின்கடத்தா பூச்சுகளால் மட்டுமே சாத்தியமாகும். இத்தகைய கண்ணாடிகள் பொதுவாக லேசர் ரெசனேட்டர்கள், கேவிட்டி ரிங்-டவுன் (சிஆர்டி) ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபி, ஃபேப்ரி-பெரோட் (எஃப்பி) இன்டர்ஃபெரோமீட்டர்கள், ரிங் லேசர் கைரோஸ்கோப்புகள் மற்றும் அல்ட்ரா-ஸ்டேபிள் ஆப்டிகல் கேவிட்டிகளில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

சுருக்கமாக: வடிவமைப்பு உயர் மற்றும் குறைந்த ஒளிவிலகல்-குறியீட்டு பொருட்களின் மாற்று அடுக்குகளைக் கொண்டுள்ளது, ஒவ்வொரு அடுக்கும் ஒரு கால் அலைநீளத்தின் ஒளியியல் தடிமன் கொண்டது, டஜன் கணக்கான அடுக்குகளில் அடுக்கி வைக்கப்பட்டுள்ளது.

1064 nm க்கு, ஒரு பொதுவான கலவை Ta₂O₅/SiO₂, தோராயமாக 2.1 மற்றும் 1.45 ஒளிவிலகல் குறியீடுகள். ஒவ்வொரு உயர்-குறைந்த (HL) இடைமுகத்திலும், பிரதிபலித்த ஒளி அலைகள் ஆக்கப்பூர்வமாக (இன்-ஃபேஸ்) குறுக்கிடுகின்றன, அதே நேரத்தில் கடத்தப்பட்ட ஒளியின் தீவிரம் அதிவேகமாக குறைகிறது.

கணிதம் நேரடியானது: சுமார் 16 ஜோடிகள் 99.9% தத்துவார்த்த பிரதிபலிப்பைக் கொடுக்கின்றன, அதே நேரத்தில் 20 ஜோடிகள் கோட்பாட்டு மதிப்பை 99.999% நோக்கித் தள்ளுகின்றன.

கணித ரீதியாக, 20 ஜோடிகள் போதுமானதாக இருக்க வேண்டும்.

எனவே, ஏன் உண்மையான உற்பத்தி பூச்சுகள் பெரும்பாலும் 99.9% ஐ அடைகின்றன? ஏனெனில் கட்டுப்படுத்தும் காரணி அரிதாக அடுக்குகளின் எண்ணிக்கை; அது உறிஞ்சுதல் மற்றும் சிதறல்.

99.99% பிரதிபலிப்பு 100 ppm க்கும் குறைவான மொத்த இழப்பைக் குறிக்கிறது. பொருட்கள், இடைமுகங்கள் மற்றும் பல்லாயிரக்கணக்கான பிபிஎம்களை சிதறடிப்பதன் மூலம், 'இழப்பு பட்ஜெட்' விரைவில் தீர்ந்துவிடும்.

அதிக அடுக்குகளைச் சேர்ப்பது உறிஞ்சுதல் மற்றும் சிதறலை மட்டுமே அதிகரிக்கிறது; இது மன அழுத்தத்தை குவிப்பதற்கும் காரணமாகிறது, இது பூச்சு அடுக்குகள் விரிசலுக்கு வழிவகுக்கும்.

உயர்மட்ட உற்பத்தியாளர்கள் ஒவ்வொரு அடுக்கின் அடர்த்தியையும், இடைமுகங்களின் தரத்தையும் அதிகப்படுத்த அயன் பீம் ஸ்புட்டரிங் (IBS) ஐப் பயன்படுத்துகின்றனர்—பொதுவாக சுமார் 20 ஜோடிகளுக்குள்—அதைத் தொடர்ந்து உறிஞ்சுதலைக் குறைக்க பிந்தைய-டெபாசிஷன் அனீலிங். அதிக அடுக்குகளை அடுக்கி வைக்கும் கச்சா அணுகுமுறையை அவர்கள் நம்பவில்லை.

அலைவரிசையைப் பற்றி:

ஒரு நிலையான காலாண்டு-அலை அடுக்கு வரையறுக்கப்பட்ட உயர்-பிரதிபலிப்பு அலைவரிசையைக் கொண்டுள்ளது, பொதுவாக மைய அலைநீளத்தின் ±12% மட்டுமே உள்ளடக்கும்.

பிராட்பேண்ட் பிரதிபலிப்பை அடைவதற்கு (எ.கா., 450-650 nm முழுவதும் முழுப் பிரதிபலிப்பு) கால்-அலை அல்லாத வடிவமைப்புகள் அல்லது பல காலநிலை அடுக்குகளின் சூப்பர்போசிஷன் தேவைப்படுகிறது, இது சிக்கலான தன்மை மற்றும் செலவு இரண்டையும் கணிசமாக அதிகரிக்கிறது.

ஆப்டிகல் பூச்சுகளை வாங்கும் போது, ​​தேவையான அலைவரிசையைக் குறிப்பிடுவதை உறுதிப்படுத்திக் கொள்ளுங்கள் - ஒற்றை மைய அலைநீளத்தை மட்டும் வழங்க வேண்டாம்.

எல்டிடி: உயர்-பிரதிபலிப்பு கண்ணாடிகளுக்கான மேக்-ஆர்-பிரேக் த்ரெஷோல்ட்

அதிக பிரதிபலிப்புத்தன்மையுடன் கூட, ஒரு லேசர் வேலைநிறுத்தம் முழு படத்தையும் சேதப்படுத்தும், அது பயன்படுத்த முடியாததாகிவிடும்.

லேசர் சேத வரம்பு (LDT/LIDT) ஐஎஸ்ஓ 21254 இன் படி அளவிடப்படுகிறது, பொதுவாக இரண்டு நடைமுறைகளைப் பயன்படுத்துகிறது: 1-ஆன்-1 (ஒரு புள்ளிக்கு ஒரு வேலைநிறுத்தம்) மற்றும் எஸ்-ஆன்-1 (அதே புள்ளி, மீண்டும் மீண்டும் வேலைநிறுத்தங்கள்).

1064nm நானோ விநாடி பருப்புகளில், எலக்ட்ரான் கற்றை மூலம் ஆவியாகும் வழக்கமான படங்கள் தோராயமாக சில முதல் ஒரு டஜன் J/cm² வரை விளைச்சலைக் கொண்டிருக்கும்; உகந்த வடிவமைப்பு கொண்ட அயன் கற்றை 40 J/cm² ஐ அடையலாம்.

இந்த குறிப்பிடத்தக்க வேறுபாடு முதன்மையாக குறைபாடுகள் காரணமாகும்.

அடி மூலக்கூறில் உள்ள முடிச்சுகள், தூசி மற்றும் பாலிஷ் எச்சங்கள் அனைத்தும் ஆற்றல் குவிப்பு புள்ளிகள்.

லேசரால் தாக்கப்பட்டால், குறைபாடுள்ள பகுதி முதலில் வெடிக்கிறது, மேலும் அதன் விளைவாக வரும் குழியின் விளிம்புகள் புதிய குவிப்பு புள்ளிகளாக மாறி, ஒவ்வொரு வேலைநிறுத்தத்திலும் பெரியதாகவும் பெரியதாகவும் வளரும்.

எனவே, உயர் எல்டிடி படங்கள் இதன் மூலம் தயாரிக்கப்படுகின்றன: அல்ட்ரா-சுத்தமான சூழல் பூச்சு, உலைக்கு முந்தைய அடி மூலக்கூறு ஆய்வு, அரை-அலைநீள SiO2 இடையக அடுக்கு இடைமுகத்தில் செருகுவது குறைபாடு பரவலுக்கு இடையூறு விளைவித்தல் மற்றும் ஆக்ஸிஜன் காலியிடங்களை அகற்றுவதற்கு பிந்தைய-டெபாசிஷன் அனீலிங்.

இந்த செயல்முறை விவரங்கள் திரைப்பட அமைப்பு வடிவமைப்பை விட ஒரு கண்ணாடியின் தலைவிதியை தீர்மானிக்கிறது.

சேர்க்க வேண்டிய மற்றொரு அனுபவம்: சேதத்தின் அளவு ஸ்பாட் அளவோடு வலுவாக தொடர்புடையது.

பெரிய இடம், குறைபாட்டை மறைப்பதற்கான நிகழ்தகவு அதிகமாகும், மேலும் அளவிடப்பட்ட வாசல் குறைவாக இருக்கும்.

LDT தரவை ஒப்பிடும் போது, ​​முதலில் சோதனை நிலைகள், துடிப்பு அகலம் மற்றும் ஸ்பாட் அளவு ஆகியவற்றைச் சரிபார்க்கவும்.

கேவிட்டி மிரர்ஸ், அவுட்புட் கப்ளர்ஸ் மற்றும் ஃபோல்டிங் மிரர்ஸ்-அனைத்தும் உயர்-பிரதிபலிப்பு கண்ணாடிகளாக வகைப்படுத்தப்படுகின்றன, இருப்பினும் அவற்றின் குறிப்பிட்ட தேவைகள் கணிசமாக வேறுபடுகின்றன.

குழி கண்ணாடிகள் (உயர்-பிரதிபலிப்பு இறுதி கண்ணாடிகள்) : ஒளி குழிக்குள் முன்னும் பின்னுமாக பயணிக்கிறது, பல பிரதிபலிப்புகளுக்கு உட்படுகிறது-உண்மையில், ஒளி எதிரொலிக்கும் குழியை பல்லாயிரக்கணக்கான முறை கடந்து செல்கிறது.

ஒரு கண்ணாடியில் 99.9% பிரதிபலிப்பு இருந்தால் (ஒவ்வொரு பிரதிபலிப்புக்கும் 1000 பிபிஎம் இழப்பைக் குறிக்கிறது), குழி அலைவுக்கான நுழைவாயிலை அடையத் தவறிவிடும்.

எனவே, குழி கண்ணாடிகளுக்கு ≥99.99% பிரதிபலிப்பு (R) தேவைப்படுகிறது, உயர்நிலை பதிப்புகள் 99.995% அல்லது அதற்கும் அதிகமாக இருக்கும்.

பிரதிபலிப்பைக் காட்டிலும் மிகவும் முக்கியமானது உறிஞ்சுதல்: உயர்-சக்தி தொடர்-அலை (CW) செயல்பாட்டின் கீழ், ஒரு சில பத்து பிபிஎம்களின் உறிஞ்சுதல் நிலை கண்ணாடியை வெப்பமாக்குகிறது, இது பீம் ஸ்பாட்டை சிதைக்கும் மற்றும் ஆப்டிகல் பயன்முறையை சிதைக்கும் 'தெர்மல் லென்ஸ்' விளைவை ஏற்படுத்துகிறது.

மூன்று வகைகளில், குழி கண்ணாடிகள் தயாரிப்பது மிகவும் சவாலானது.

அவுட்புட் மிரர் (OC) : வடிவமைப்பு வேண்டுமென்றே ஒளி வெளியேற ஒரு திறப்பை விட்டுச் செல்கிறது. டிரான்ஸ்மிட்டன்ஸ் (டி) என்பது ஒரு சதவீதத்தின் சில பத்தில் இருந்து பல பத்து சதவிகிதம் வரை, குழி ஆதாயம் மற்றும் இழப்பிலிருந்து கணக்கிடப்படுகிறது.

சவால்கள் இரண்டு பகுதிகளில் உள்ளன: துல்லியமான பரிமாற்றம் (± 0.5% க்குள்) மற்றும் விமானத்தில் நல்ல சீரான தன்மை; இல்லையெனில், லைட் ஸ்பாட் எங்கு சென்றாலும் இணைப்பு விகிதம் மாறும்.

கூடுதலாக, அடி மூலக்கூறு பொதுவாக இரண்டு இணையான மேற்பரப்புகளால் உருவாகும் எட்டாலான் விளைவைத் தவிர்க்க ஆப்பு வடிவத்தில் உள்ளது, இது அதிக சக்தியில் வாசிப்பு உறுதியற்ற தன்மையை ஏற்படுத்தும்.

டர்னிங் மிரர் : குழிக்கு வெளியே 45° பீம் விலகலுக்குப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

இரண்டு புள்ளிகளை மனதில் கொள்ளுங்கள்: முதலில், 45° நிகழ்வுகளின் கோணத்தில், S-துருவப்படுத்தப்பட்ட மற்றும் P-துருவப்படுத்தப்பட்ட ஒளியின் பிரதிபலிப்பு வேறுபட்டது-P-துருவமுனைப்புக்கான உயர்-பிரதிபலிப்பு அலைவரிசை பொதுவாக குறுகியதாக இருக்கும். தரவுத்தாளில் குறிப்பிடப்பட்டுள்ள 'R' (பிரதிபலிப்பு) மதிப்பு S-போலரைசேஷன், P-போலரைசேஷன் அல்லது சராசரியைக் குறிக்கிறதா என்பதை எப்போதும் சரிபார்க்கவும். இரண்டாவதாக, ஒரு திருப்பு கண்ணாடியில் உறிஞ்சுதல் நேரடியாக வெப்பமாக மாறுகிறது, இது ஆப்டிகல் பாதை சறுக்கலை ஏற்படுத்தும்; நீண்ட ஆப்டிகல் பாதைகள் அல்லது அதிக நிலைத்தன்மை தேவைகள் உள்ள அமைப்புகளுக்கு, இந்த கண்ணாடிகளின் தரத்தில் நீங்கள் சமரசம் செய்ய முடியாது.

முழுமையான பிரதிபலிப்புக்கான தேவைகள் ஒப்பீட்டளவில் தளர்வாக இருந்தாலும் (பொதுவாக 99.5% போதுமானது), மேற்பரப்பு உருவம் மற்றும் பூச்சு சீரான தேவைகள் மிகவும் கடுமையானவை.

கூறுகளைத் தேர்ந்தெடுக்கும் பாடம் இதுதான்: முதலில், உத்தேசித்துள்ள இடம், நிகழ்வின் கோணம், துருவமுனைப்பு மற்றும் ஆற்றல் அடர்த்தி ஆகியவற்றைத் தெளிவாக வரையறுக்கவும்-அப்போதுதான் நீங்கள் விவரக்குறிப்பு தாளைப் பார்க்க வேண்டும். ஒரு ஸ்பெக் ஷீட் சோதனை நிலைமைகளைக் குறிப்பிடவில்லை என்றால், அது இல்லாமல் இருக்கலாம்.

அளவீடு: 99.99% எண்ணிக்கை நேரடியாக அளவிடப்படவில்லை - இது பெறப்பட்டது.

ஆரம்பத்தில் கேட்கப்பட்ட கேள்விக்கு திரும்புவோம்.

99.99% அளவீடு என்பது 10,000 இல் ஒரு பகுதியின் இழப்பை அளவிடுவதாகும்; எந்த ஒரு கருவியும் அத்தகைய பிரதிபலிப்பு அளவை நேரடியாக அளவிட முடியாது.

தொழில்துறை அணுகுமுறையானது மொத்த இழப்பை உடைத்து, தனித்தனி கூறுகளை தனித்தனியாக அளவிடுவது, பின்னர் முடிவுகளை இணைப்பதாகும்.

கலோரிமெட்ரிக் உறிஞ்சுதல் அளவீடு:

ISO 11551 க்கு இணங்க, அறியப்பட்ட சக்தி நிலை கொண்ட லேசர் ஒரு ஆப்டிகல் உறுப்பு (லென்ஸ் அல்லது கண்ணாடி போன்றவை) மீது செலுத்தப்படுகிறது. வெப்பநிலை உயர்வு கண்காணிக்கப்படுகிறது-பொதுவாக ஒரு தெர்மோகப்பிள் அல்லது இன்ஃப்ராரெட் தெர்மோமீட்டரைப் பயன்படுத்தி-அதன் விளைவாக ஏற்படும் வெப்பநிலை-உயர்வு வளைவின் அடிப்படையில் உறிஞ்சுதல் விகிதம் கணக்கிடப்படுகிறது. இந்த முறை பிபிஎம் (ஒரு மில்லியனுக்கு பாகங்கள்) வரிசையில் உணர்திறனை அடைய முடியும்.

உறிஞ்சுதலை அளவிடுவதற்கு இது மிகவும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் நுட்பமாகும். அதன் வரம்பு தெளிவாக உள்ளது: இது உறிஞ்சப்பட்ட ஆற்றலின் அளவை மட்டுமே கணக்கிடுகிறது, அதே நேரத்தில் சிதறல் மற்றும் பரிமாற்றத்தை புறக்கணிக்கிறது.

மொத்த இழப்பின் கேவிட்டி ரிங்-டவுன் அளவீடு:

இரண்டு அதிக பிரதிபலிப்பு கண்ணாடிகளைப் பயன்படுத்தி நேரியல் ஒளியியல் குழி உருவாகிறது. லேசர் மூலத்தை அணைத்தவுடன், குழிக்குள் ஒளியின் தீவிரம் அதிவேகமாக சிதைகிறது; ஒரு டிடெக்டர் பின்னர் சிதைவு நேர மாறிலியை பதிவு செய்ய பயன்படுத்தப்படுகிறது, τ.

அதிக இழப்புகள் குறுகிய τ இல் விளைகின்றன. அளவைப் பற்றிய உணர்வைப் பெற: 0.5 மீ குழி நீளம் மற்றும் 200 பிபிஎம் (ஒரு கண்ணாடிக்கு 100 பிபிஎம்) மொத்த சுற்று-பயண இழப்பு, τ என்பது தோராயமாக 8 மைக்ரோ விநாடிகள் ஆகும். பிரதிபலிப்புத்தன்மையுடன் மற்றொரு '9'ஐச் சேர்த்தால் (அதாவது, அதை அதிகரிப்பது) τ பத்து மடங்கு அதிகரிக்கிறது.

கேவிட்டி ரிங்-டவுன் ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபி பிபிஎம் அளவில் உணர்திறனை வழங்குகிறது, இது 99.999% (ஐந்து-ஒன்பது) வரம்பில் செயல்திறனைச் சரிபார்க்கும் திறன் கொண்ட சில முறைகளில் ஒன்றாகும்.

ஒரு வரம்பு என்னவென்றால், அது குழிக்குள் உள்ள அனைத்து இழப்புகளின் கூட்டுத்தொகையை அளவிடுகிறது; ஒவ்வொரு தனிப்பட்ட கண்ணாடியின் பங்களிப்பையும் அல்லது குறிப்பிட்ட இழப்பு பொறிமுறையையும் தனிமைப்படுத்துவதற்கு கவனமாக சோதனை வடிவமைப்பு மற்றும் அளவுத்திருத்தம் தேவைப்படுகிறது.

புதிரின் மீதமுள்ள பகுதிகள் பின்வருமாறு குறிப்பிடப்படுகின்றன: டிரான்ஸ்மிட்டன்ஸ் (டி) நேரடியாக ஒரு பவர் மீட்டரைப் பயன்படுத்தி அளவிடப்படுகிறது (இந்த வரம்பிற்கு நிலையான கருவிகள் போதுமானது), அதே நேரத்தில் சிதறல் (எஸ்) ஒரு ஒருங்கிணைந்த கோளத்தைப் பயன்படுத்தி கைப்பற்றப்படுகிறது. இறுதியாக, மொத்த இழப்பு பட்ஜெட் சமரசம் செய்யப்படுகிறது:

R = 1 - T - A - S

நான்கு அளவுருக்கள் ஒவ்வொன்றும் சுயாதீனமாக அளவிடப்படுகிறது; இணைந்தால் மட்டுமே அவை நம்பகமான 99.99% எண்ணிக்கையை அளிக்கின்றன.

வெளிப்படையாகச் சொல்வதென்றால் - தொழில்துறையில் நன்கு அறியப்பட்டபடி - '99.99%' என லேபிளிடப்பட்ட சில ஆப்டிகல் கூறுகள் குறிப்பிட்ட நிபந்தனைகளின் கீழ் மட்டுமே சோதிக்கப்பட்டன: ஒரு நியமிக்கப்பட்ட வடிவமைப்பு அலைநீளம், நிகழ்வுகளின் 0° கோணம் மற்றும் ஒரு சிறிய பீம் ஸ்பாட். 45° நிகழ்வுகளின் கோணம், ஒரு குறிப்பிட்ட அலைவரிசை மற்றும் ஒரு குறிப்பிட்ட ஆற்றல் அடர்த்தியுடன்-உங்கள் சொந்த அமைப்பில் அவற்றைப் பயன்படுத்தினால், உண்மையான செயல்திறன் முற்றிலும் வேறுபட்டதாக இருக்கலாம். விவரக்குறிப்புகள் நிலையானவை, ஆனால் சோதனை நிலைமைகள் மாறும்.

சுருக்கம்

99.99% பிரதிபலிப்புத்தன்மையை அடைவது மெல்லிய பட அடுக்கு வடிவமைப்பால் வரையறுக்கப்படவில்லை-கோட்பாட்டளவில், 20 ஜோடி கால்-அலை அடுக்குகள் போதுமானது- மாறாக உறிஞ்சுதல், சிதறல் மற்றும் குறைபாடுகள் போன்ற செயல்முறை தொடர்பான காரணிகளால். மேலும், இந்த மதிப்பை எந்த கருவியும் நேரடியாக அளவிட முடியாது; அதற்கு பதிலாக, பரிமாற்றம் (T), உறிஞ்சுதல் (A), மற்றும் சிதறல் (S) ஆகியவை தனித்தனியாக அளவிடப்பட்டு பின்னர் இணைக்கப்பட வேண்டும். இந்த சூழலில், குறிப்பிட்ட அளவுருவை விட சோதனை நிலைமைகள் மிகவும் முக்கியமானவை.

ஆதாரம்: shenduzhuiguang