Лабораторные работы по электротехнике

Электротехника
Примеры расчета цепей
Лабораторные работы
Переходные процессы в линейных цепях
Вынужденные колебания
Оптика
Определение удельной теплоемкости воздуха
Гироскоп
Теплопроводность тел
 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ПРОГРАММА РАСЧЕТА ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ

На основе методики расчета, изложенной в п.1 на кафедре физики СПбГУАП была разработана программа FilmMgr.exe, позволяющая проводить расчет многослойных интерференционных покрытий, позволяющий выполнять мно­гоплановые расчеты спектров отражения, пропускания и поглощении пок­рытий, в том числе варьирование числа слоев, их толщин и показателей преломления, а также минимизировать поглощение на заданной длине волны. Методика расчета базируется на рекуррентном методе. В программе предусмотрен диалоговый режим работы, что, при продуманном, удобном и функциональном интерфейсе, позволяет пользователю корректировать или оптимизировать синтезируемые покрытия в реальном масштабе времени и находить устойчивые решения.

 Основное окно программы показано на рис.1.11. Основные элементы управления. Вверху главного окна программы расположен переключатель вкладок, содержащих элементы управления программы:

• «Ввод данных» – ввод параметров среды, подложки, слоев, угловых характеристик излучения и т.д., а также запуск процесса оптимизации покрытия;

• «Результаты» – отображение спектральных значений пропускания, отражения и поглощения, а также структура оптимизированного покрытия;

• «График» – Графическое изображение спектров;

• «Материалы» – редактор базы данных используемых материалов;

• «Выход» – окончание работы с программой.

Рис. 1.11.

Для расчета покрытия вводятся исходные данные:

«Среда» – из списка выбирается материал среды.

«Подложка» – из списка выбирается материал подложки.

«Опорная длина волны» – длина волны в мкм относительно которой измеряются толщины слоев покрытия.

«Количество точек спектра» – количество точек, для которого вычисляются значения отражения и пропускания. Максимальное количество – 200.

«Режим вычислений» - выбирается шкала в длинах волн (мкм) или в волновых числах (см-1).

«Начальная длина волны» (« Начальное волновое число»)– длина волны в мкм (волновое число в см-1), соответствующая началу рассматриваемого спектрального диапазона.

«Конечная длина волны» («Конечное волновое число»)– длина волны в мкм (волновое число в см-1), соответствующая окончанию рассматриваемого спектрального диапазона.

Кнопки выбора основного режима работы программы:

«Расчет спектра введенной структуры» – вводится структура покрытия и вычисляется спектр.

«Нормальное падение излучения» - предполагается, что излучение падает на покрытие нормально к его поверхности.

«Наклонное падение излучения» – излучение падает на поверхность покрытия под углом. Задается угол падения излучения относительно нормали к поверхности и поляризация падающего света.

«Описание слоев (начального приближения)» - на этой вкладке расположены органы управления, позволяющие задать структуру покрытия:

«Материал» – список, из которого выбирается материал слоя или «Показатель преломления слоя» – поле ввода показателя преломления для абстрактного слоя.

«Толщина в четвертях опорной длины волны» - поле ввода толщины слоя в четвертях введенной ранее опорной длины волны.

«Ввод опт. толщины» – если эта кнопка включена, то вводится оптическая толщина слоя равная показателю преломления слоя на опорной длине волны помноженному на геометрическую толщину слоя в четвертях опорной длины.

Список введенных данных о слоях, содержащий номер слоя (нумерация ведется от подложки), материал слоя или его показатель преломления и толщину слоя. Параметры выделенного из списка слоя попадают в соответствующие поля редактирования для изменения. Запись изменений выполняется нажатием кнопки «Изменить». Слева от параметров каждого слоя имеется отметка «ü», наличие которой свидетельствует о том, что параметры этого слоя варьируются в процессе оптимизации. При необходимости пользователь имеет возможность отключить отметку«ü», тем самым оставляя в процессе оптимизации параметры соответствующего слоя неизменными.

«Добавить» – добавляет введенный слой в конец списка.

«Вставить» – вставляет введенный слой перед выбранным в списке.

«Запомнить слой» - если эта кнопка включена, то выделенный слой запоминается и в дальнейшем может быть вставлен в нужные места в списке структуры, что часто бывает необходимо при создании периодических структур.

«Изменить» – записывает изменения в параметрах текущего слоя.

«Удалить» – удаляет выбранный слой из списка слоев покрытия.

«Замена на эквив. слои» – эта кнопка доступна только в случае, если включена кнопка «Использовать эквивалентные слои». Используется в профессиональном режиме работы.

 «Параметры накл. излучения» - эта вкладка видна только в том случае, когда включен режим наклонного падения излучения. Она содержит следующие органы:

«Угол падения излучения» – измеряемый в градусах угол падения излучения относительно нормали к поверхности покрытия.

«Тип поляризации» – задает тип поляризации падающего излучения:

«P – поляризация»

«S – поляризация»

«Круговая» – круговая поляризация,

«Произвольная» – если выбран этот тип поляризации, то необходимо ввести угол наклона плоскости поляризации (d), измеряемый в градусах.

«Новое покрытие» – нажатие на эту кнопку вызывает очистку всех полей ввода данных для ввода нового покрытия.

«Загрузить данные» - загрузка предварительно сохраненных исходных данных из файла. При нажатии на эту кнопку вызывается стандартный диалог выбора файла.

«Сохранить данные» – сохранение всех введенных параметров покрытия и оптимизации в файле на диске. При нажатии на эту кнопку вызывается стандартный диалог выбора файла.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ К ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЕ

Вопрос.№ 1. Математическая интерференционного покрытия.

Вопрос.№ 2. Закон Бугера-Ламберта-Бэра.

Вопрос.№ 3. Коэффициента поглощения и коэффициента экстинкции.

Вопрос.№ 4. Формулы Френеля. 

Вопрос.№ 5. Амплитудный коэффициента отражения от границы раздела двух пленок.

Вопрос.№ 6. Амплитудный коэффициента отражения от пленки. 

Вопрос.№ 7. Коэффициент отражения от однослойной пленки. 

Вопрос.№ 8. Типы просветляющих покрытий.

Вопрос.№ 9. Коэффициенты отражения зеркал из четвертьволновых пленок .

Вопрос.№ 10. Основные идеи рекуррентного метода анализа покрытий.

Вопрос.№ 11.  Основные идеи матричного метода анализа покрытий.

Задание №1. Определить толщину слоёв одно и двухкомпонентных просветляющих систем, образованных слоями фторида свинца, и сульфид мышьяка на подложке из кремния или германия.

Задание №.2 Определить толщину слоёв одно и двухкомпонентных просветляющих систем, образованных слоями фторида свинца, и сульфид мышьяка на подложке из стекла или сапфира.

Задание №3 Синтезировать 2 слойную систему, имеющую максимально широкую область спектра просветления в указанной преподавателем области, на подложке из (SiO2, CaF2, BaF2, Al2O3, ZnSe).

Задание №4 На основе предложенных веществ сконструировать двухслойное просветляющее покрытие типа /2 -  /4 с максимально широкой областью спектра в ИК диапазон. Сравнить спектр полученного покрытия
с спектром пропускания однослойного покрытия. Коэффициент отражения не
должен превышать 1%. Подложка – ZnSe или Al2O3.

Задание №5. На основе предложенных веществ сконструировать отра­жающее покрытие из четвертьволновых пленок, с коэффициентом отражения
К=85%±2% в области 10.0+ 0.3мкм. Определить требуемое число слоев и структуру покрытия. Получить спектр покрытия в области 5-15мкм.

Задание №6. На основе пленок BaF2 и ZnSe сконструировать отражающее покрытие с коэффициентом отражения R=93% в области 10мкм. Допускается варьирование толщин пленок. Требуется получить отражение близкое к заданному в максимально широкой области спектра. Подложка ВаF2 или ZnSe по заданию преподавателя.

Архитектура Зимнего дворца Санкт-Петербурга