مقاله پژوهشی: بهینه‌سازی آینه‌های تمام‌بازتاب فلز- دی‌الکتریک- شبه‌فلز در محدوده طول‌موج فروسرخ

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، پژوهشکده فوتونیک و فناوری‌های کوانتومی، تهران، ایران

2 دانش‌آموختۀ کارشناسی ارشد، پژوهشکده فوتونیک و فناوری‌های کوانتومی، تهران، ایران

چکیده

هدف این مقاله بهینه­سازی آینه­های تمام­بازتاب در محدوده طول موج فروسرخ می­باشد. آینه­های فروسرخ علاوه بر اینکه یکی از اجزای اصلی لیزر گازکربنیک می­باشد، کاربرد گسترده­ای در مسیر نوری قابل انعطاف یا هدایت پرتو دارند. در ساختار این آینه­های تمام­بازتاب فروسرخ از فلز، دی­الکتریک و شبه­فلز به صورت (شیشه/ فلز/ دی الکتریک/ شبه فلز/ هوا) استفاده می­شود. به طور جداگانه طراحی لایه­نشانی آینه­ تمام بازتاب برای هر یک از لایه­های فلزی، دی الکتریک و شبه فلز با مواد مختلف بررسی شد. در هر مرحله بهترین نوع لایه بر اساس بالاترین درصد بازتاب انتخاب شد. این لایه­ها نقره (با بازتاب 87/99 درصد در ساختار شیشه/ فلز/ هوا)، فلوراید منیزیم (با بازتاب 31/98 درصد در ساختار شیشه/ نقره/ فلورید منیزیم/ هوا) و ژرمانیم (با بازتاب 88/99 درصد در ساختار شیشه/ نقره/ فلورید منیزیم/ ژرمانیوم/ هوا) به ترتیب برای فلز، دی­الکتریک و شبه­فلز هستند. سپس با تغییر ضخامت هر یک از لایه­ها، ضخامت بهینه برای نقره، فلوراید منیزیم و ژرمانیم به ترتیب 100، 550 و 200 نانومتر تعیین شد. با بررسی تاثیر زاویه تابش، ملاحظه گردید که متوسط بیشترین درصد بازتاب مربوط به زاویه صفر و 88/99 درصد می­باشد. طراحی­های لایه‏نشانی توسط نرم‌افزار لایه‏نشانی مک­لئود صورت گرفت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Research Paper: Optimization of Metal-dielectric-quasi Metal High Reflection Mirrors in Infrared Wavelength

نویسندگان [English]

  • Maryam Gheshlaghi 1
  • Somayh Davodi 2
1 Assistant Professor, Photonics and Quantum Technologies Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute (NSTRL), Tehran, Iran
2 M. Sc. Graduated, Photonics and Quantum Technologies Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute (NSTRL), Tehran, Iran.
چکیده [English]

The purpose of this paper is an optimization of high reflection mirrors in the infrared wavelength. Infrared mirrors, in addition to being one of the main components of carbon dioxide lasers, are widely used in the flexible optical path or beam conduction. In the structure of these high reflection infrared mirrors, metal, dielectric and quasi-metal are used as Glass / Metal / Dielectric / Quasi metal / Air. Separately the design of the high reflection mirror was investigated for each of the metals, dielectric and quasi-metal layers with different materials. In each step, the best type of material is selected based on the highest percentage of reflection. These layers are Silver (with a reflection of 99.87% in the structure of Glass / Metal / Air), magnesium fluoride (with a reflection of 98.31% in the structure of Glass / Ag / MgF 2/ Air), and Germanium (with a reflection of 99.88% in Structure Glass / Ag / MgF 2 / Ge / Air) for metal, dielectric and quasi-metal, respectively. Then, by changing the thickness of each layer, the optimal thicknesses for silver, magnesium fluoride, and germanium were determined to be 100, 550, and 200 nm, respectively. Examining the effect of angles of light incidence, it was observed that the highest average reflection is related to the angle of zero and 99.88%. The coating designs were done by McLeod coating software.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Coating
  • high reflection
  • Infrared
  • carbon dioxide lasers
  • quasi metal
[1] Rahmlow T.D., Lazo-Wasema J.E., Wilkinsonb S., and Tinkerc F., Dual band antireflection coatings for the infrared, Proc. of SPIE, 6940, 69400T-1, 2008.
[2] Endo M., and Walter R.F., Gas lasers, 1st ed., CRC Press, 2006.
[3] Ichikawa Y., Yoshida K., Tsunawaki Y., Yamanaka M., Yamanaka T., Yamanaka C., Okamoto H., Matsusue N., and Kitajima K., Highly damage-resistant Mo mirror for high-power TEA CO2laser systems, Applied optics, 26, 3671-3675, 1987.
[4] Chou C.H., Lin Y.T., Shinde S., Huang C.E., Wu T.C., Lin K.M., and Hsiao W.T., The development of a monitoring system for analyzing factors affecting film thickness in a sputtering process, Modern Physics Letters B, 34(07n09), 2040021, 2020.
[5] Sinha M.K., Mukherjee S.K., Pathak B., Paul R.K., and Barhai P.K., Effect of deposition process parameters on resistivity of metal and alloy films deposited using anodic vacuum arc technique, Thin Solid Films, 515(4), 1753-1757, 2006.
[6] Leftheriotis G., Papaefthimiou S., and Yianoulis P., Development of multilayer transparent conductive coatings, Solid State Ionics, 136, 655-661. 2000.
[7] Gheshlaghi M., Maleki, M.H., Shafaei, S.R., and Hojjati rad, H., Study of laminated materials in the process of making gold interior mirrors, The Second National Vacuum Conference of Iran, 2007. (In Persion)
[8] Gheshlaghi M.; Haririan Z., Maleki, M.H., and Hojjati rad, H., Optimization of gold reflectors on glass and quartz substrates and study of changes in its reflection in different angles of radiation, 15th Iranian Optics and Photonics Conference, 2008. (In Persion)
[9] Li Q., Wei C., Chi H., Zhou L., Zhang H., Huang H., and Liu Y., Au Nano cages saturable absorber for 3-µm mid-infrared pulsed fiber laser with a wide wavelength tuning range, Optics Express, pp.30350-30359, 2019.
[10] Bedford R., and fallahi M., Analysis of high-reflectivity metal-dielectric mirrors for edge-emitting lasers, Optics Letters, 29(9):1010-2, 2004.
[11] Habel F., Advanced dispersive mirrors for ultrashort laser pulses from the near-UV to the mid-IR spectral range, München, den 15. 11. 2016
[12] Wang Z., Cheng Y., Nie Y., Wang X., and Gong R., Design and realization of one-dimensional double hetero-structure photonic crystals for infrared-radar stealth-compatible materials applications, JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, 116, 054905, 2014.
[13] Mao Q., Feng C., Yang Y., and Tan Y., Design of broadband metamaterial nearperfect absorbers in visible region based on stacked metal-dielectric gratings, Mater. Res. Exp., 5, 6, 065801, 2018.
[14] Gheshlaghi M., and Davoodi S., Design of Selective Low Emission Infrared Spectrum Layer Design, 13th Dense Matter Conference, 2016.  (In Persian)
[15] Jon Nesari M., Zablian H., Firoozifar S.A., Mardiha M., and Ghaneie H., Design and fabrication of infrared mirrors with a combination of metal and all-dielectric thin-layer mirrors, 20th Iranian Optics and Photonics Conference, 2013. (In Persian)
[16] Gheshlaghi M., and Davoodi S., Study of the effect of layer thickness and radiation angle on all-infrared mirrors, 9th National Vacuum Conference of Iran, 1398. (In Persian)
[17] Wang Z., Cheng Y., Nie Y., Wang X., and Gong R., Design and realization of one-dimensional double hetero-structure photonic crystals for infrared-radar stealth-compatible materials applications, JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, 116, 054905, 2014.
[18] Emiliani G., Piegari A., De Silvestri S., Laporta P., and Magni V., Optical coatings with variable reflectance for laser mirrors, Applied optics, 28, 14, 1989.
[19] Vidal B., Fornier A., and Pelletier E., Optical Monitoring of non-quarter wave Multilayer Filters, Appl. Opt., 17, 1038-1047, 1978.
[20] Born M., and Wolf E., Principles of Optics, 7th ed., Cambridge Uni. Press, 2003.