Перспективы развития оптики тонких пленок

Внедрение оптических приборов и методов исследования в различные области науки и техники приводит к необходимости создания многослойных диэлектриче¬ских, металлодиэлектрических систем не только с расширяющимися требованиями к их свойствам, но и возможному их сочетанию. Это в первую очередь оптические, физико-механические, химические и другие свойства.  Оптические свойства опре¬деляются спектральными зависимостями энергетических  или амплитудных коэф¬фициентов  пропускания (отражения). Амплитудные и энергетические коэффици¬енты пропускания (отражения) являются функциями показателей преломления, оптических толщин и порядка расположения слоёв на поверхности оптического элемента. В зависимости от сочетания этих параметров могут быть получены зер¬кальные, просветляющие, фильтрующие, свето- и спектроделительные, градиент¬ные и фазовокомпенсирующие покрытия.  
 На современном этапе развития фотоники, оптоинформатики, оптотехники, ширяются. Из оптических свойств следует упомянуть часто противоречивые тре¬бования: во-первых, непрерывно расширяющей спектральный диапазон (несколько сотен нанометров) работы приборов, во-вторых, существенное сужение спектраль¬ного диапазона (несколько десятых нанометра), в третьих, работу в нескольких спектральных диапазонах. Помимо этого, ужесточаются требования к лучевой, механической, химической стойкости и прочности покрытий. Отдельной пробле¬мой является  сочетание способности формировать не только спектральные харак¬теристики, но и форму волнового фронта отражённого (прошедшего) излучения. Многослойные покрытия, нанесённые на преломляющие и отражающие грани оптических эле¬ментов позволяют формировать не только спектральные зависимости с заданным распределением энергетических коэффициентов пропускания и отражения, но и форму волнового фронта отражённого или прошедшего излучения. Это может быть обеспечено благодаря уникальным свойствам тонкоплёночных систем. Незначительна¬я масса и относительная простота реализации его позволяют ши¬роко применять интерференционные покрытия.  В некоторых случаях оптические элементы с нанесёнными на них покрытиями рабо¬тают в  сходящихся или расходящихся пучках. Оптические свойства многослойных диэлектрических систем в очень большой степени зависят от угла падения излучения на них. При увеличении угла падения спектральные зависимости смещаются в коротковолновую область и деформируются. Степень деформации спектральных кривых зависит от поляриза¬ции падающего излучения. При изменении толщины слоёв, формирующих диэлек¬трические системы,  происходят аналогичные изменения.  Поскольку энергетиче¬ские характеристики покрытий зависят от угла падения на них излучения, то  уже¬сточаются требования к поляризационным свойствам оптических покрытий. Осо¬бой задачей является осаждение покрытий на нестойкие стёкла, кристаллы и по¬лимеры.
  Особый интерес в последние годы вызывают оптические системы, работающие в нескольких спектральных диапазонах. Для таких систем было разработано несколько видов   просветляющих покрытий, обеспечивающих снижение френелевского коэффициента отражения в нескольких областях спектра.
 
Спектральная характеристика просветляющего многозонального покрытия
 
Новым видом покрытий являются градиентные и фазокомпенсирующие системы.
В настоящее время разработана технология получения  градиентных зеркал с диаметров рабочей зоны от 2 до 10 мм, у которых на одной длине волны коэффициент отражения от центра к краю падает от 30-35% до 0% на подложках диаметром от 5 до 24 мм. 
Внешний вид такого зеркала и возможные распределения коэффициента отражения представлены на рисунке. Полученная технология позволяет менять характер распределения коэффициент отражения,  величину коэффициента отражения в максимуме и диаметр рабочей зоны.
 
Внешний вид  градиентного зеркала возможные распределения коэффициента отражения
 
В процессе исследований было получено несколько видов фазовокомпенсирующих покрытий, которые позволяют при постоянном коэффициенте отражения покрытий, корректировать фазу отражённого и прошедшего излучения.  
В настоящее время на кафедре разработан новый вид покрытия – фильтры- поляризаторы, которые позволяют не только выделять узкий спектральный диапазон, но и разделять s и  p. Спектральная характеристика такого покрытия представлена на рисунке.
 
Спектральная характеристика коэффициента пропускания фильтра, 1 –s- компонента и 2 –p- компонента.
 
Заслуживают внимание также разработки по созданию антиотражающих покрытий на металлах.
 
Спектральная зависимость коэффициента отражения покрытия на алюминии (Ri=90%) под углом падения излучения 5 градусов.1 – экспериментальная зависимость, 2 – расчётная зависимость энергетического коэффициента отражения.
 
Ряд исследований, проводимых в настоящее время, посвящён разработке структур покрытий, обеспечивающих равное мерное отражение от сферических поверхностей большой кривизны.