Tenkovrstvé optické filtry využívající vlastností vrstev Fe\dindex{2}O\dindex{3}

Bc. Jan Huťka

Master's thesis

Thin-film optical filters utilizing properties of Fe\dindex{2}O\dindex{3} layers

Abstract:

Předkládaná diplomová práce pojednává o přípravě tenkých vrstev hematitu (-Fe2O3) pro optické aplikace metodou vakuového napařování. Vybranou aplikací, popsanou v druhé části práce, byla realizace optických úzkopásmových filtrů typu Fabry-Perot. Experimenty byly realizovány na vakuovém napařovacím zařízením Bestec MC361 vybaveným iontovým asistenčním dělem (IBAD). Zdrojovým materiálem je čisté železo (Fe) a vybraným substrátem je optické sklo BK7. V práci jsou sumarizovány veškeré depoziční parametry pro vrstvy Fe2O3. Z těchto parametrů byly identifikovány průtok kyslíku a depoziční rychlost jako klíčové pro optické vlastnosti vrstvy. Vlastnosti vrstev jsou charakterizovány spektroskopickou elipsometrií a AFM mikroskopií, které poskytují informace o indexech lomu, extinčních koeficientech a mikrodrsnosti povrchu vrstev. Vlastnosti nejoptimálnější vrstvy jsou použity k vytvoření optických modelů tenké vrstvy hematitu. Tento model, v kombinaci s modelem nízko indexového materiálu SiO2, je použit pro návrhy designů úzkopásmových interferenčních filtrů typu Fabry-Perot. Diplomová práce dále popisuje proces vakuového napařování tří interferenčních filtrů podle navrhnutých designů a jejich analýzu, včetně zkoumání vnějších vlivů stárnutí a doplňkové oxidace na optické vlastnosti filtru. V samotném závěru je pak vyhodnocení získaných dat, experimentů a odlišností mezi navrženými designy úzkopásmových interferenčních filtrů s reálnými nápary.

Abstract:

The diploma thesis deals with the preparation of thin optical layers of hematite (-Fe2O3) for optical applications. The selected application, described in second part of the thesis, is an optical narrow-band Fabry-Perot filter. Experiments were realized on vacuum evaporating machine Bestec MC361 equipped by assistant ion beam gun (IBAD). Source material is a pure iron (Fe) on and optical glass BK7 was selected as a substrate. All parameters significant for Fe2O3 layers are presented. An oxygen flow rate and a deposition rate was identified as key parameters for optical properties of a deposited hematite layer. Properties of deposited layers are characterized by spectroscopic ellipsometry and AFM microscopy, which provides information about refractive indices, extinction coefficients and a micro-roughness of layers surfaces. The properties of the most optimal layer is used to create optical models of hematite layer. The model, in combination with the model of a low refractive index material SiO2, is used for designs of Fabry-Perot narrowband interference filters. The thesis further describes the process of vacuum deposition of three interference filters according to the proposed designs and analysis of their performance. The analysis include effects of artificial aging and additional oxidation. The evaluation of the acquired data, experiments, and the differences between the proposed designs of narrow band interference filters with deposited samples is provided at the end of thesis.

Keywords

Hematit, Fe2O3, IBAD, filtr Fabry-Perot, spektroskopická elipsometrie, AFM

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 5. 2016

Thesis defence

• Date of defence: 14. 6. 2016
• Supervisor: Ing. Jan Václavík

Technical University of Liberec

Faculty of Mechatronics, Informatics and Interdisciplinary Studies

Master programme / field:
Nanotechnology / Nanomaterials