Optik ince filmlerin mekanik ve optik özellikleri üzerine bir çalışma

Abstract

Bu çalışma, 3-5 µm orta kızıl ötesi dalga aralığında çalışan termal görüntüleme sistemlerinde bulunan farklı optik bileşenler üzerinde kullanılan çeşitli fonksiyonel optik ince film kaplama süreçlerinin geliştirilmesi konusunda yapılan çalışmaları içerir/tanımlar. Bu fonksiyonel kaplamalar arasında yoğunluklu olarak düşük yansıtmalı kaplamalar ve aralık geçiş filtreler bulunmaktadır. Fonksiyonel kaplamaların tasarımı, kaplamalarda kullanılan ince film malzemelerini seçimi, ince film malzemelerin özelliklerinin ortaya çıkarılması, elde edilen teorik tasarımın vakum kaplama cihazlarına uyarlanarak üretilmesi, üretilen ince filmlerin optik performanslarının ve çevre koşulları dayanımlarının test edilmesi ve süreçlerin tanımlanması çalışmalarında bulunulmuştur. Çalışmada düşük yansıtmalı kaplamalar; yüksek performanslı (YP) ve yüksek dayanımlı (YD) olarak iki ana alt başlık altında incelenmiştir. Orta kızılötesi dalga bandında yüksek performanslı düşük yansıtmalı kaplama süreçleri germanyum (Ge), silisyum (Si), çinko selenit (ZnSe) , çinko sülfit (ZnS) ve safir (Al2O3) optik bileşenler (alt taşlar) üzerinde geliştirilmiştir. Ayrıca, orta kızılötesi dalga bandında yüksek dayanımlı düşük yansıtmalı optik kaplamalar grubunda tek katmanlı elmas benzeri karbon kaplama (EBK) ile hem yüksek performanslı hem de yüksek dayanımlı kaplamaların olumlu özelliklerini bir arada barındıran bütünleşik (hibrid) elmas benzeri karbon (H-EBK) kaplama süreçleri Si alt taşlar üzerinde geliştirilmiştir. Bunlara ek olarak, yine orta kızılötesi dalga bandında yüksek dayanımlı düşük yansıtmalı optik kaplamalar grubunda EBK kaplamalara, çeşitli çevre koşulları dayanımlarında alternatif olmak üzere bor nitrür (BN) ve bor karbo-nitrür (BCN) içeriklerin olduğu optik kaplamalar için süreçler geliştirilmiştir. Geliştirilen bütün kaplama süreçlerinin tekrar edilebilirlikleri, kıyaslamaları yapılmış ve kullanım alanları değerlendirilmiştir. Anahtar Kelimeler: Optik İnce filmler, Kızılötesi malzemeler, İnce Film Kaplamaların Özellikleri, Düşük Yansıtmalı Kaplamalar, Bor-nitrür (BN) ince filmler, Bor karbo-nitrür (BCN) İnce Filmler, Elmas Benzeri Karbon

This thesis presents numerous process development studies for various functional optical thin film coatings on different types of optical elements that are used in 3-5 µm mid-wave infrared (MWIR) thermal imaging systems. Anti-reflection (AR) coatings and band pass filters are among these functional coatings. The design of functional coatings, the selection of thin film materials in the coatings, the characterization of thin films, the implementation of obtained thin film multi-layer structures on vacuum coating devices, the measurement of optical performances of the produced thin film coatings, and the testing of environmental resistance of the produced thin film coatings are included in these studies. In this study AR coatings were investigated under two main group: High Optical Performance (HP) and High Durable (HD) coatings. HP-AR coating processes for MWIR region were developed on germanium (Ge), silicon (Si), zinc selenide (ZnSe), zinc sulphide (ZnS) and sapphire (Al2O3) optical components (substrates). Furthermore, in the MWIR high durable anti-reflective coating (HDAR) group, single layer diamond like carbon (DLC) coatings and Hybrid-DLC thin film coatings combining the positive effects of both DLC coatings and high performance anti-reflective coatings were developed and demonstrated on silicon substrates. In addition to the MWIR HDAR coating group, thin film coating processes containing boron nitride (BN) and boron-carbo-nitride (BCN) are developed and demonstrated as alternative thin film materials satisfying different environmental needs. Repeatability, reproducibility, and comparisons of developed optical thin film processes with their application environments are presented. Keywords: Optical thin films, Infrared materials, Characterization of thin films, Anti-reflective coatings, Boron nitride (BN) thin films, Boron-carbo-nitride (BCN) thin films, Diamond-like carbon (DLC)