Расчет оптических констант, коэффициентов преломления и экстинкции, металлополимерного композита полипараксилилен-серебро
ОПТИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ
УДК 535.341: 535.345.67: 535.39: 539.216.2: 681.7.064.45
РАСЧЕТ ОПТИЧЕСКИХ КОНСТАНТ, КОЭФФИЦИЕНТОВ ПРЕЛОМЛЕНИЯ И ЭКСТИНКЦИИ, МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНОГО КОМПОЗИТА ПОЛИПАРАКСИЛИЛЕН-СЕРЕБРО
© 2013 г.
И. А. Богинская, аспирант; К. Н. Афанасьев; А. С. Ильин, канд. техн. наук; А. В. Гусев, канд. техн. наук; К. А. Маилян, канд. хим. наук; И. А. Рыжиков, канд. техн. наук
Институт теоретической и прикладной электродинамики Российской академии наук, Москва
E-mail: cokher@mail.ru
Представлены результаты расчета оптических характеристик – коэффициентов экстинкции и преломления, металлополимерного композита полипараксилилен-серебро в диапазоне длин волн 300–2000 нм для различных концентраций серебра. Описан алгоритм расчета с помощью специально созданной программы. Представлены рассчитанные на основе полученных данных многослойные полимерные интерференционные фильтры, отрезающие ультрафиолетовый и видимый диапазоны длин волн на основе металлополимерного нанокомпозита полипараксилилен-серебро.
Ключевые слова: металлополимерный композит, полипараксилилен, определение коэффициента экстинкции, определение коэффициента преломления, интерференционные отрезающие фильтры.
Код OCIS: 310.6860, 160.4236, 160.5470, 160.4760 Поступила в редакцию 28.02.2012
Введение
Получение новых оптических материалов для оптики на основе металлополимерных композитов является перспективной областью разработок в оптоэлектронике. В частности, внедряя металлические частицы нанометрового размера в полимерную диэлектрическую прозрачную в видимой области спектра матрицу, можно получить среду с новыми оптическими свойствами, отличными от свойств исходных материалов [1]. Одной из них является металлополимерный композит полипараксилиленсеребро (ППК-Ag), который представляется перспективной оптической металлополимерной средой для оптоэлектроники. Результаты структурных и электрофизических исследований материала представлены в статье [2]. Однако ранее не были подробно исследованы его о птические характеристики. В настоящей статье впервые приведены результаты расчета оптических параметров – коэффициентов экстинкции (k) и преломления (n), среды ППК-Ag
с разными объемными содержаниями серебра, а также отрезающих фильтров на их основе.
Эксперимент
Целью исследования является определение оптических параметров материала ППК-Ag с различными объемными концентрациями серебра – коэффициентов преломления и экстинкции.
Предметом исследования являются образцы металлополимерного композита полипараксилилен-серебро, полученные методом криохимического синтеза (при 77 K) в вакууме (давление в камере порядка 10–7 Па) в виде тонких пленок [3] с известной толщиной на кварцевых подложках с различными объемными содержаниями серебра (0, 5, 7, 9, 11%) на специально сконструированной установке. Серебро и мономер, поступающие из разных источников, одновременно напылялись на подложку. Цвет полученных пленок меняется с ростом концентрации серебра от светло-желтого до
82 “Оптический журнал”, 80, 1, 2013
темно-красного, что определяется плазмонным резонансом [4].
На спектрофотометре Cary Varian были измерены спектры пропускания и отражения образцов ППК-Ag в диапазоне длин волн 300– 2000 нм при нормальном падении света.
Для определения коэффициентов преломления и экстинкции металлополимерной среды ППК-Ag по данным измерений спектров пропускания и отражения была написана расчетная программа в среде MathLab по следующему алгоритму и со следующими приближениями:
•• Композит рассматривается как однородная среда на непоглощающей в видимой области спектра подложке из кварца,
•• Решается обратная задача, т. е. из спектров пропускания (T) и отражения (R) и измеренной толщины композита по формулам Френеля [5] определяются оптические константы,
•• Задача имеет несколько решений, из которых для дальнейшей проверки выбираются имеющие физический смысл пары решений n и k,
•• Решение осуществляется методом подбора с шагом изменения величин
УДК 535.341: 535.345.67: 535.39: 539.216.2: 681.7.064.45
РАСЧЕТ ОПТИЧЕСКИХ КОНСТАНТ, КОЭФФИЦИЕНТОВ ПРЕЛОМЛЕНИЯ И ЭКСТИНКЦИИ, МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНОГО КОМПОЗИТА ПОЛИПАРАКСИЛИЛЕН-СЕРЕБРО
© 2013 г.
И. А. Богинская, аспирант; К. Н. Афанасьев; А. С. Ильин, канд. техн. наук; А. В. Гусев, канд. техн. наук; К. А. Маилян, канд. хим. наук; И. А. Рыжиков, канд. техн. наук
Институт теоретической и прикладной электродинамики Российской академии наук, Москва
E-mail: cokher@mail.ru
Представлены результаты расчета оптических характеристик – коэффициентов экстинкции и преломления, металлополимерного композита полипараксилилен-серебро в диапазоне длин волн 300–2000 нм для различных концентраций серебра. Описан алгоритм расчета с помощью специально созданной программы. Представлены рассчитанные на основе полученных данных многослойные полимерные интерференционные фильтры, отрезающие ультрафиолетовый и видимый диапазоны длин волн на основе металлополимерного нанокомпозита полипараксилилен-серебро.
Ключевые слова: металлополимерный композит, полипараксилилен, определение коэффициента экстинкции, определение коэффициента преломления, интерференционные отрезающие фильтры.
Код OCIS: 310.6860, 160.4236, 160.5470, 160.4760 Поступила в редакцию 28.02.2012
Введение
Получение новых оптических материалов для оптики на основе металлополимерных композитов является перспективной областью разработок в оптоэлектронике. В частности, внедряя металлические частицы нанометрового размера в полимерную диэлектрическую прозрачную в видимой области спектра матрицу, можно получить среду с новыми оптическими свойствами, отличными от свойств исходных материалов [1]. Одной из них является металлополимерный композит полипараксилиленсеребро (ППК-Ag), который представляется перспективной оптической металлополимерной средой для оптоэлектроники. Результаты структурных и электрофизических исследований материала представлены в статье [2]. Однако ранее не были подробно исследованы его о птические характеристики. В настоящей статье впервые приведены результаты расчета оптических параметров – коэффициентов экстинкции (k) и преломления (n), среды ППК-Ag
с разными объемными содержаниями серебра, а также отрезающих фильтров на их основе.
Эксперимент
Целью исследования является определение оптических параметров материала ППК-Ag с различными объемными концентрациями серебра – коэффициентов преломления и экстинкции.
Предметом исследования являются образцы металлополимерного композита полипараксилилен-серебро, полученные методом криохимического синтеза (при 77 K) в вакууме (давление в камере порядка 10–7 Па) в виде тонких пленок [3] с известной толщиной на кварцевых подложках с различными объемными содержаниями серебра (0, 5, 7, 9, 11%) на специально сконструированной установке. Серебро и мономер, поступающие из разных источников, одновременно напылялись на подложку. Цвет полученных пленок меняется с ростом концентрации серебра от светло-желтого до
82 “Оптический журнал”, 80, 1, 2013
темно-красного, что определяется плазмонным резонансом [4].
На спектрофотометре Cary Varian были измерены спектры пропускания и отражения образцов ППК-Ag в диапазоне длин волн 300– 2000 нм при нормальном падении света.
Для определения коэффициентов преломления и экстинкции металлополимерной среды ППК-Ag по данным измерений спектров пропускания и отражения была написана расчетная программа в среде MathLab по следующему алгоритму и со следующими приближениями:
•• Композит рассматривается как однородная среда на непоглощающей в видимой области спектра подложке из кварца,
•• Решается обратная задача, т. е. из спектров пропускания (T) и отражения (R) и измеренной толщины композита по формулам Френеля [5] определяются оптические константы,
•• Задача имеет несколько решений, из которых для дальнейшей проверки выбираются имеющие физический смысл пары решений n и k,
•• Решение осуществляется методом подбора с шагом изменения величин