Optical monitoring in fabrication of optical coatings

Abstract

Tässä tutkielmassa esitellään optisten pinnoitteiden ominaisuuksia sekä valmistusmenetelmiä, joihin lukeutuvat yleiset optiikan valmistukseen käytetyt pinnoitusteknologiat sekä optisen monitoroinnin periaatteet. Kokeellisessa osassa suunniteltiin neljä erilaista optista suodinpinnoitetta. Suunnitellut pinnoitteet valmistettiin käyttäen tyhjiöhöyrystystekniikkaa ja optista kerrospaksuusmonitorointia. Tutkielman tavoitteena oli tutustua optiseen monitorointiin ja testata teollisen tyhjiöhöyrystyslaitteiston sekä suoran transmittanssimonitoroinnin tuotantokykyä. Suodintyypit olivat Braggin peili, lyhytpäästö- ja pitkäpäästösuotimet, sekä absorptiotyypin kapeakaistapäästösuodin. Pinnoitteiden suunnitteluprosessit esitellään kokonaisuudessaan rakenteen muodostamisesta monitorointistrategian laatimiseen. Tuloksia analysoidaan ja mahdollisia keinoja pinnoitteiden parantamiseksi käsitellään lyhyesti.

Optical coatings are employed in various academic and industrial applications to modify or enhance optical properties of materials and components. Therefore optical coatings have a long history of research and development, which is still advancing. For this thesis optical filter design and fabrication methods utilizing vacuum evaporation and optical monitoring were studied. The objective was to test and improve production capabilities of an industrial electron beam evaporation system using direct transmittance measurement for layer thickness monitoring. Four distinct optical coatings of differing complexity were designed and fabricated. The coating types were a Bragg mirror, a short wavelength pass edge filter, a long wavelength pass edge filter and a narrow bandpass absorption filter. Design processes for the filters are shown including their structure and the development of the monitoring strategy. The results are analysed and possible optimization solutions are shortly discussed.