Optolelektronikos elementai: žvilgsnis iš arčiau (0)

2013-12-04

Optiniams taikymams naudojamos struktūros turi pasižymėti elementais, kurių matmenys artimi naudojamam bangos ilgiui. Regimajam diapazonui priskiriama 400 – 700 nm bangos ilgio spinduliuotė. Siekiant suformuoti optinius elementus naudojami mikro-technologijose plačiai taikomi metodai: plonų sluoksnių nusodinimas, litografija, „šlapias“ (cheminiai tirpalai) ir „sausas“ (plazminiai metodai) ėsdinimas.

Šie metodai yra nuolatos tobulinami ir leidžia suformuoti struktūras ir sluoksnius kurių matmenys yra mažesni nei 10 nm, tačiau optiniams taikymams dažniausiai naudojami bangos ilgio (400 nm), pusės bangos ilgio (200 nm) ar ketvirčio bangos ilgio (100 nm) matmenų eilės elementai. Šiose optinėse struktūrose naudojami šviesos interferencijos ir difrakcijos dėsningumai. Formuojant daugiasluoksnes struktūras, kurios sudarytos iš pasikartojančių sluoksnių su skirtingais lūžio rodikliais galima pagaminti struktūras, kurios labai efektyviai atspindi (daugiau nei 99,8 %) tam tikro bangos ilgio šviesą arba praleidžia tik labai siaurą bangų ilgių diapazoną (10 nm), o likusi spinduliuotė yra blokuojama (praleidžiama mažiau nei 0,01 %). Tokios struktūros plačiai taikomos lazerinėse technologijose ir spektroskopijoje: lazerių rezonatoriuose, optinėse sistemose lazerio pluošto valdymui, fluorescencinėjė, Ramano ir kitose spektroskopijose. Daugiasluoksnės struktūros taip pat naudojamos kaip antireflekcinės dangos saulės energetikoje siekiant padidinti puslaidininkinių (silicio pagrindu) saulės elementų efektyvumą. Visi paminėti taikymai remiasi daugkartiniu šviesos atspindžiu ir interferencija nuo pasikartojančių dviejų skirtingo lūžio rodiklio medžiagų sandūrų. Medžiagų mokslo institute buvo suformuotos daugiasluoksnės deimanto tipo anglies ir deimanto tipo anglies/SiOx nanokompozitinės struktūros. Parinkus formavimo sąlygas (formavimo energija, angliavandenilių dujos, legiravimo elementai) ir dangos parametrus (storis, lūžio rodiklis) buvo suformuotos dangos pasižyminčios minimaliu atspindžiu 550 – 950 nm intervale. Šios struktūros gali būti naudojamos silicio saulės elementuose nuostoliams mažinti, kadangi atspindys visame matomos ir artimo IR spinduliuotės diapazonuose yra žymiai mažesnis lyginant su kristalinio silicio atspindžiu (1 pav.). Šios struktūros pasižymi ne tik geromis optinėmis savybėmis, tačiau gali saulės elementus apsaugoti ir nuo mechaninio pažeidimo, nes jų kietumas siekia 18 GPa (Martenso kietumas).

Ne mažiau svarbūs optiniai elementai, kurių veikimas pagrįstas difrakcijos reiškiniu. Šiuo atveju optinių medžiagų paviršiai ar net tūriai yra modifikuojami arba pašalinami sukuriant sudėtingas periodines struktūras, kurias apšvietus monochromatine šviesa gaunamas sudėtingas difrakcijos raštas. Paprasčiausias tokios struktūros pavyzdys yra difrakcinė gardelė, kuri vieną lazerio spindulį gali padalinti į keletą norimo intensyvumo spindulių, t.y. tokia struktūra veikia kaip spindulio daliklis. Difrakciniai spindulio dalikliai (2 pav.) plačiai naudojami lazerinėse sistemose, kur, pavyzdžiui, neblokuojant lazerio pluošto proceso metu reikia stebėti lazerio galios svyravimus arba vietoj vieno spindulio reikia dviejų.

Sudėtingesnės difrakcinės struktūros, kurių paviršiaus raštas yra apskaičiuojamas naudojant matematinius metodus, lazerio pluošto energiją gali perskirstyti erdvėje į bet kokį pasirinktą piešinį, pavyzdžiui: liniją, apskritimą, taškų masyvą, pasirinktą objektą vaizduojantį piešinį (3 pav.). Difrakciniai optiniai elementai dažnai naudojami lazerio pluošto formavimui lazeriniam mikro-apdirbimui. Tokie sudėtingi difrakcinių elementų paviršiaus reljefai yra formuojami naudojant pažangiausias mikro-litografijos technologijas, pavyzdžiui elektronų spindulio litografiją.

Panaudojant greitus kompiuterinius skaičiavimus (pvz.: Gerchberg-Saxton algoritmą hologramų generavimui kompiuteriu) ir erdvinius šviesos moduliatorius, kurių veikimo principas yra panašus kaip skystųjų ekranų monitorių (tik jų pikselių matmenys gerokai mažesni, t.y. 6-8 µm), galima realiu laiku valdyti šviesos skirstinius. Tokie sprendimai naudojami „optiniuose pincetuose“ (4 pav.), kur šviesos lauku galima valdyti mikrometrinių matmenų objektus ir išmatuoti šiuos objektus veikiančias jėgas.

Aut. teisės: www.technologijos.lt
Autoriai: Tomas Tamulevičius

(0)
(0)
(0)

Komentarai (0)