Transkript

1 ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ YER GÖZLEM UYDULARINDA YANSITICI ve YANSIMA ENGELLEYİCİ OPTİK KAPLAMALAR Nurca YANARCAN DOĞAN FİZİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI ANKARA Her hakkı saklıdır

2 ÖZET Yüksek Lisas Tezi YER GÖZLEM UYDULARINDA YANSITICI ve YANSIMA ENGELLEYİCİ OPTİK KAPLAMALAR Nurca YANARCAN DOĞAN Akara Üiversitesi Fe Bilimleri Estitüsü Fizik Mühedisliği Aabilim Dalı Daışma: Prof. Dr. Ayha ELMALI Eş Daışma: Doç. Dr. Akif ESENDEMİR Bu tez yer gözlem uydu sistemlerii optik elemalarıda, aya ve mercek yüzeylerie yapılacak ola sırası ile yasıtıcı ve yasıma egelleyici kaplamaları tasarım ve uygulama sürecii alatmaktadır. Bu kaplamalar, sistemi isteile tayfsal alada iyi bir optik performasla çalışabilmesi içi gereklidir. 4-9m tayfsal alada mercekler üzerie kaplaması içi yasıma egelleyici kaplamalarda yüksek kırıcılık idisli ve düşük kırıcılık idisli malzeme olarak, uzay uygulamalarıda sıkça kullaıldığı bilie TiO/SiO, alteratif malzeme olarak MgF kullaılmıştır. Yasıtıcı kaplamalarda Ag, koruma katmaı olarak ise TiO/SiO malzemeleri kullaılmıştır. Bu tezde öcelikle kavramsal altyapı bilgisi ve kullaıla kaplama tekikleri gözde geçirilmiştir. Kaplamaları üretimide TiO, SiO ve MgF malzemeleri içi elektro demetli buharlaştırma tekiği, Ag içi ısısal buharlaştırma tekiği kullaılmıştır. Yapıla kaplamaları yasıtıcılık ölçümleri spektrofotometre ile alımıştır. Opti-Layer programı kullaılarak yasıma egelleyici kaplamalarda ortalama yasıtıcılığı %,, yasıtıcı kaplamalar içi ortalama yasıtıcılığı %98,5 ola iki ayrı kaplama tasarımı elde edilmiştir. Üretim aşamasıda her tasarımda, üretimde tekrarlaabilirliği sağlamak içi iki ayrı örek üretilmiştir. Hazırlaa tasarımlara kıyasla yasıma egelleyici kaplamalarda ortalama %.5 farkla, yasıtıcı kaplamalarda ortalama %.3 farkla üretimler gerçekleştirilmiştir. Yapıla kaplamaları zama aşımıda asıl değişiklikler göstereceğii alamak içi 7 ay sora tekrar ölçümleri alımış ve 4-9m tayfsal aralığı yüksek eerjili kısmıda yasıtıcılığıda, yasıma egelleyici kaplamalarda ortalama %., yasıtıcı kaplamalarda ortalama %.3 artış saptamıştır. Ayrıca kaplamaları sıcaklık farklılıklarıda asıl değişiklik gösterdiğii icelemek içi örekler öce 7 C de iki saat fırılamış, ardıda da - C de tutulmuştur. Bu işlemler soucuda optik performası bozulmadığı gözlemiştir. Eylül, 7 sayfa Aahtar Kelimeler: Yasıtıcı kaplamalar, yasıma egelleyici kaplamalar, çok katmalı optik kaplamalar, Opti-Layer, buharlaştırma tekikleri i

3 ABSTRACT Master of Sciece Thesis REFLECTIVE AND ANTIREFLECTIVE OPTICAL COATINGS FOR EARTH OBSERVATION SATELLITES Nurca YANARCAN DOĞAN Akara Uiversity Graduate School of Natural ad Applied Scieces Departmet of Physics Egieerig Supervisor: Prof. Dr. Ayha ELMALI Co-Supervisor: Assoc.Prof.Dr. Akif ESENDEMİR The mai scope of this thesis is to ivestigate the desig ad implemetatio process of reflective ad atireflective coatigs applied o the optical compoets of earth observatioal satellites such as mirrors ad les surfaces. These coatigs play a importat role o the optical performace of the system at a desired spectral rage. For coatig the leses to be worked i 4-9m spectral rage, atireflective coatigs of TiO /SiO were used as high ad low refractive idex materials which are kow to be widely itegrated i space applicatios. MgF was used as a alterative material. Ag was used i the reflective coatigs ad TiO /SiO were used as protective layers. As a first goal, the basic backgroud iformatio ad the coatig techiques used up to date were ivestigated i this thesis. Durig the fabricatio, TiO, SiO ad MgF were deposited by usig e-beam evaporatio techique, ad Ag was deposited with thermal evaporatio techique. The reflectivity properties of the coatigs were probed via spectrophotometer. Modelig of the reflective ad atireflective layers was performed with Opti-Layer software. By usig this software, the average reflectivity of.% ad 98.5% were modeled for atireflective ad reflective coatigs, respectively. All the samples related to a specific model were fabricated two times to show the reproductively of the same properties of the coatigs. Whe the experimetal results were compared with the theoretical modelig, a average differece of.5% was foud for atireflective coatigs ad.3% a average differece was foud for reflective coatigs. To see the effect of time, ageig experimets were performed after seve moths ad the samples were remeasured i spectrophotometer. The results of the ageig experimets showed a icrease i reflectivity at the higher eergy part of 4-9m spectral regio, amely.% for atireflective coatigs ad.3% for reflective coatigs. Moreover, for the ivestigatio of the effect of temperature o the optical coatigs the samples were first heated up to 7 C for two hours ad the kept uder - C to see the stability. After these experimets, it was show that, there were o chages i the performace of the coatigs. September, 7 pages Key Words: Reflective coatigs, atireflective coatigs, multi-layer optical coatigs, Opti-Layer, evaporatio techiques. ii

4 TEŞEKKÜR Çalışmalarım boyuca değerli yardım ve katkılarıda dolayı hocam Prof. Dr. Ayha ELMALI (Akara Üiversitesi, Fizik Mühedisliği A.B.D) ya teşekkür ederim. Tezimi biçimlemeside katkılarıı esirgemeye Yrd. Doç. Dr. Gül YAĞLIOĞLU (Akara Üiversitesi, Fizik Mühedisliği A.B.D) a müteşekkirim. Bu çalışmaı başlagıcıda bitimie kadar her aşamada çalışmamı yöledire, özverili yardımlarıı esirgemeye, bilgi ve deeyimleri ile yol göstere, laboratuar çalışmalarıda her türlü imkaı sağlaya, sadece akademik hayatta değil sosyal hayatta da kediside çok şey öğrediğim hocam Doç. Dr. Akif ESENDEMİR (Orta Doğu Tekik Üiversitesi, Fe-Edebiyat Fak., Fizik Böl.) e teşekkürü bir borç bilirim. 7 yılıda bu yaa omuz omuza verdiğim ODTÜ Opto-Elektroik Lazer Laboratuarıda ki tüm grup arkadaşlarıma teşekkür ederim. Bei hayatımı hiçbir aşamasıda yalız bırakmaya ve her zama desteklerii hissettire aeme ve babama, bir a bile bede sevgisii, ilgisii ve şefkatii esirgemeye, her kouda motivasyo kayağım ola biricik eşim İlker DOĞAN a teşekkür ederim. Bu tez çalışması, Yüksek Çözüülürlüklü Elektro-Optik Kamera Tekolojisi Geliştirilmesi (TBTK7A-TÜBİTAK) koulu proje tarafıda desteklemiştir. Nurca YANARCAN DOĞAN Akara, Eylül iii

5 İÇİNDEKİLER ÖZET... i ABSTRACT... ii TEŞEKKÜR... iii SİMGELER DİZİNİ... v ŞEKİLLER DİZİNİ... vi ÇİZELGELER DİZİNİ... ix. GİRİŞ.... KURAMSAL TEMELLER İce Film Kaplamalarıı Teorisi İce Film Kaplamalarıda Geçirgelik ve Yasıma..... Tek katmalı yasıtmaz kaplamalar Çift katmalı yasıtmaz kaplamalar Üç katmalı yasıtmaz kaplamalar Dielektrik ayalar Yüksek yasıtıcı metalik ayalar MATERYAL ve YÖNTEM Üretim Tekikleri ve Kalılık Kotrol Sistemleri Ortam Şartları ve Malzeme Seçimi Kaplama Tasarımı Programı Opti-Layer Karakterizasyo BULGULAR ve TARTIŞMA Yasıma Egelleyici Kaplamalar Yasıtıcı Kaplamalar Kaplamaları Değerledirilmesi SONUÇ KAYNAKLAR... 7 ÖZGEÇMİŞ... 7 iv

6 SİMGELER DİZİNİ Ag Gümüş Al Alümiyum Au Altı B Mayetik ala c Işık hızı E Elektrik ala Kırıcılık idisi m Naometre R Yasıtıcılık T Geçirgelik t Katma kalılığı ε Boş uzayı elektriksel geçirgeliği µ Boş uzayı mayetik geçirgeliği κ Söümleme katsayısı λ Dalgaboyu ρ Uzaysal yük yoğuluğu J Akım yoğuluğu Faz farkı δ v

7 ŞEKİLLER DİZİNİ Şekil. İce film yüzeyide yasıma ve geçirgelik 5 Şekil. Tek katmalı bir ice filmde ışıı yasıma ve kırıımı.. 8 Şekil.3 λ 4 - λ 4 kalılıkta çift katmalı yasıtmaz kaplama. 6 Şekil.4 Çift katmalı filmi yasıtıcılığı. ve =. 5. (a) λ 4 - λ 4 ; =.65, =. (b) λ 4 -λ ; =. 38, =. 6 (c) λ 4 -λ ; =.38, = Şekil.5 Yasıtmaz üç katmalı ice film öreği. (a) çeyrek- çeyrek- çeyrek dalgaboylu katma (b) çeyrek- yarım- çeyrek dalgaboylu katma... 7 Şekil.6 Dalgaboyu- üç katmalı filmi yasıtıcılığı grafiği ( λ = 55m, = ve s =. 5 ) (a) λ 4 λ 4 λ 4 ; =. 38, =., =.8.(b) λ 4 λ λ 4 ; =. 38 3, =., = Şekil.7 Alümiyum, gümüş ve altıı yasıtıcılık grafiği Şekil 3. Buharlaştırma yötemlerii temel presibi. 3 Şekil 3. Isısal buharlaştırma üitesi 4 Şekil 3.3 Elektro demetli buharlaştırma üitesi. 5 Şekil 3.4 Plazma takviyeli kaplama işlemi... 6 Şekil 3.5 Plazma kayağı. 7 Şekil 3.6 Plazma kayağıı elektrik devreleri 8 Şekil 3.7 Alttaş tutucu ve dağılım kapakçığı 9 Şekil 3.8 Kalılık ölçüm üitesi... 3 Şekil 3.9 Optik yol farkı... 3 Şekil 3. Optiksel moitörlemei çalışması... 3 Şekil 3. Atmosferdeki atomik oksije yoğuluğu. 33 Şekil 3. Alümiyum- Gümüş ve Altıı yasıtıcılık grafiği.. 37 Şekil 3.3 Hedef tablosu 38 Şekil 3.4 Toleras değerleri tablosu. 39 Şekil 3.5 Işık kayağıı taımlaması Şekil 3.6 Alttaşı taımlaması... 4 = s vi

8 Şekil 3. 7 Alttaşı verilerii taımlaması.. 4 Şekil 3.8 Malzemeleri taımlaması.. 4 Şekil 3.9 Aa tasarım sayfası... 4 Şekil 3. Çift katmalı m kalılığıdaki tasarım öreği. 43 Şekil 3. Optimizasyo değerleri. 44 Şekil 3. Optimizasyo souçları-. 44 Şekil 3.3 Optimizasyo souçları-. 45 Şekil 3.4 Optimizasyo souçları Şekil 3.5 Optimizasyo souçları Şekil 3.6 Optimizasyo souçları Şekil 3.7 Optimizasyo soucu elde edile tasarım. 47 Şekil 3.8 Spektrofotometrei içyapısı ve ışı yolu 48 Şekil 3.9 Yasıtıcılık ölçümüde ışı demetii yasıtıcı yüzeye yöledirilmesi.. 49 Şekil 4. Yasıtmaz kaplama tasarımıı malzeme ve kalılıkları. 5 Şekil 4. Yasıtmaz kaplamaları (a) ortalama geçirgeliği (T= % ), (b) ortalama yasıtıcılığı (R= %.545)... 5 Şekil 4.3 Yasıtmaz kaplamaları (a) dalgaboyu- yasıtıcılık grafiği (b) dalgaboyu- geçirgelik grafiği.. 5 Şekil 4.4 Döer platformda alttaş pozisyoları 53 Şekil 4.5 Üretilmiş yasıma egelleyici kaplama örekleri. 54 Şekil 4.6 Kullaıla alttaşı yasıtıcılığı. 54 Şekil 4.7 Şekil 4.8 İlk üretile yasıma egelleyici kaplamaları dalgaboyu- yasıtıcılık grafikleri 55 İkici üretile yasıma egelleyici kaplamaları dalgaboyu- yasıtıcılık grafikleri 55 Şekil 4.9 Yasıtıcı kaplama tasarımıı malzeme ve kalılıkları 57 Şekil 4. Yasıtıcı kaplamaları ortalama yasıtıcılığı.. 58 Şekil 4. Yasıtıcı kaplamaları dalgaboyu- yasıtıcılık grafiği. 58. Şekil 4. Üretile yasıtıcı kaplama örekleri. 59 Şekil 4.3 İlk üretilmiş yasıtıcı kaplamaları dalgaboyu- yasıtıcılık grafikleri 6 vii

9 Şekil 4.4 Şekil 4.5 İkici üretilmiş yasıtıcı kaplamaları dalgaboyu- yasıtıcılık grafikleri 6 Yasıma egelleyici kaplamaları üretim sorası yasıtıcılık grafiği... 6 Şekil 4.6 Yasıma egelleyici kaplamaları 7 ay soraki yasıtıcılık grafiği. 63 Şekil 4.7 Yasıtıcı kaplamaları üretim sorası yasıtıcılık grafiği 64 Şekil 4.8 Yasıtıcı kaplamaları 7 ay soraki yasıtıcılık grafiği Şekil 4.9 Şekil 4. Şekil 4. Şekil 4. Yasıma egelleyici kaplamaları saat 7 C de fırıladıkta sora yasıtıcılık grafiği. 65 Yasıma egelleyici kaplamaları saat - C de tutuldukta sora yasıtıcılık grafiği. 66 Yasıtıcı kaplamaları saat 7 C de fırıladıkta sora yasıtıcılık grafiği 66 Yasıtıcı kaplamaları saat - C de tutuldukta sora yasıtıcılık grafiği 67 viii

10 ÇİZELGELER DİZİNİ Çizelge. Çizelge 3. Çizelge 4. Çizelge 4. Alümiyum, gümüş ve altıı yasıtıcılık yüzdeleri 4-9m tayfsal alada yasıtır kaplamalar içi sıkça kullaıla malzeme listesi Üretimi gerçekleştirilmiş örekleri ortalama ve maksimum yasıtıcılıkları Üretimi gerçekleştirilmiş örekleri ortalama yasıtıcılıkları... 6 ix

11 . GİRİŞ İsaoğluu ilk çağlarda başlaya astroomi ve uzay ilgisi Koperik, Galile, Kepler ve Newto ile bilimsel itelik kazamış, roket tekolojisideki gelişmelerle birlikte gerçekleştirilmesi mümkü bir olay halie gelmiştir. Rusları SPUTNIK'i (957), ardıda ABD'i EXPLORER'i (958) fırlatmaları ile başlaya uzay serüvei, iaılmaz bir hızla gelişmiş, ABD ve Sovyet Rusya yı 97 li yıllarda itibare Çi ve Frasa izlemiş ve bugükü oktaya ulaşmıştır. Uzay çalışmaları sadece evrei keşfie hizmet etmeyip isalığı düyadaki yaşam kalitesii yükseltilmeside de öemli katkılarda bulumuştur. Bugü itibarı ile düyaı çevreside yaklaşık 45 ülkei değişik amaçlar içi dolaşa 8 civarıda uydusu bulumaktadır. Uzay uygulamalarıda sıkça kullaıla teleskopları ve uydu sistemlerii optik performaslarıı, sisteme gire toplam akı ile doğruda oratılı olmasıda dolayı bu sistemleri optik bileşeleri ola aya ve mercek yüzeylerideki kaplamaları öemi çok büyüktür. Optik sistemi bir parçası ola mercek yüzeylerii Fresel yasasıda bilidiği üzere yaklaşık olarak kaybı %4 civarlarıdadır. Bu kaybı egellemek içi mercek yüzeylerie yasıtmaz kaplamalar kullaılmaktadır. Gülük yaşamda kaplamalar, başka bir söylemle ice filmleri birçok uygulamada görmek mümküdür. Gülük yaşamı yaı sıra, doğada böcekleri sahip oldukları rek pigmetleri vasıtası ile böcek vücutlarıı birer optik filtre gibi davradıkları gelişe çalışmalar ışığıda bilimektedir. Doğada bu kadar farklı rekte hayva gövdesi görebilmei bir sebebi de ice filmlerde meydaa gele girişim olayıdır. Bir diğer ice film öreği ise sabu ya da deterjada meydaa gele hava balocuklarıdır. Bu hava balocukları gele ışıı kırarak veya yasıtarak ice filmler gibi davraırlar. İce filmlerde meydaa gele girişimde dolayı hava balocuklarıı üzeri rek rek görüür. Bilimi, bir bakıma doğayı taklit ederek ilerlediği düşüülürse, bu taklit yeteeğii kazaması içi vakum tekikleri, ileri tekoloji vakum sistemleri, saf malzemeler, kalılık ölçüm aletleri, buharlaştırma sistemlerie ihtiyaç duyduğu görülmektedir. Bugü bilim adamları laboratuarlarda doğal filtreler üzeride

12 araştırmalar yaparak doğaı suduğu bu filtreleri verimliliğie ulaşmaya çalışmaktadırlar. Bu filtreleri ya da ice filmleri aa fikri girişim olayıdır. İki paralel yüzeyde yasıya ışıları yapıcı ve yıkıcı bileşimleri soucu girişim gerçekleşir. Yasıyarak gele ışıları arasıdaki optik yol farkı dalgaboyu veya dalgaboyuu tam katlarıda ise (ki bu duruma ayı fazlı deir) yapıcı girişim gerçekleşir ve o dalgaboyuda daha güçlü bir yasıma gözlemleir. Eğer yasıya bu ışılar arasıdaki optik yol farkı dalgaboyuu yarısı veya tek katları şeklide ise bu durum ışıları farklı fazlı olmaları olarak tabir edilir ve yıkıcı girişim gözlemleir. Buu soucu olarak da yasıya ışı miimum düzeyde ike geçe ışı maksimum düzeyde olur. İce film optiğii tarihie bakılacak olursa, ilk moder alamdaki ice film optiğie Robert Boyle ve Robert Hooke u katkıları gözlemlemektedir. Bu iki isim bugü Newto Halkaları olarak bilie olguyu bağımsız olarak açıklamışlardır. Ayrıca, Hooke yaptığı çalışmalarla ice saydam tabakalarda ışığı davraışıı icelemiş, tabakaı kalılığıı ışığı regi üzerideki etkisii gözlemlemiştir. Güümüzde bu olayları açıklaması ışığı doğasıı ve tek katmalı ice filmlerde kalılığı e gibi sebepler doğurabileceğii bilimeside dolayı belki basitmiş gibi görüse de, ışığı doğasıa ait bilgileri yeterli olmadığı zamalar içi çok öemli bulgulardır. Gözlemler soucu elde edile bu bulguları açıklayacak yeterli bilgi acak 9.yy da Thomas Youg ı çift yarık deeyi ile ışığı girişim presibii bulması sayeside sağlaabilmiştir. 86 da Fresel, farklı düzlemlerdeki iki kutuplu ışı demetii hiçbir etkileşimii olmadığıı ilk kez ispatlamış ve kutuplu ışığı dalga hareketii kediside öce zaedildiği gibi boyua değil eie yöde olduğuu göstererek ışığı dalga doğasıı alaşılmasıdaki temeli atmıştır. Buu takibe, Fresel, Youg ı girişim presibi ile Huyge i ışığı yayılma doğrultusu fikrii bir araya getirerek çok zarif bir kırıım yasası ortaya çıkarmıştır. Bu süreçte ışığı dalga karakterii sarsmayacak şekilde sağlam bir temele oturta ilk kişi Fresel dir. Işığı kırılması ile ilgili Fresel adı ile bilie formülleri hale kullaılmaktadır. Tüm bu gelişmeleri yaı sıra, 87 de güeş

13 tayfları üzeride çalışma yapa Joseph Frauhofer da ilk defa yasıtmaz kaplama yapmıştır. 9.yy solarıda James Clerk Maxwell, daha öcede birbiriyle ilişkisiz gibi görüe gözlemsel ve deeysel bulguları kedi katkıları ile matematiksel olarak bir araya getirerek ortaya koymuştur. Bu sayede elektrik ve mayetik alaları uzayda dalga formuda sabit ışık hızıda ilerlediğii bularak basitçe ice film teorisii şekillemesie de sebep olmuştur. 9.yy soları ve.yy başlarıda vakum tekolojilerii ilerlemesie paralel olarak üretilebilie metal filmleri yasıtıcılık özelliği optik ekipmaları farklı kısımlarıda yer almaya başlamıştır. 899 yılıda geliştirile Fabry-Perot iterferometreside ihtiyaç duyula yüksek yasıtıcı ayalar buu e öemli örekleride biridir. Bu icat, spektroskopide etkileyici bir hassasiyete sahip olduğuda hassas optik ölçümlere ve hassas optik alaıdaki çalışmalara ciddi bir katkı sağlamıştır. Dielektrik filmleri optik uygulamalardaki yararı, spektroskopi üzerie çalışa Lord Rayleigh ve Frauhofer i çalışmalarıı etkisi ile de alaşılmıştır. Bu bilim adamlarıı deeyleride kulladıkları kimyasal metotlarla kaplamış mercek yüzeylerideki bir tabakaı bozulmasıı girişime etkisi ve dolayısı ile sistemi performasıı düşmesi soucu, yasıtmaz bir kaplamaı formuu zarar görmesi durumuda çıka souçlar gözlemlemiştir. 93 ları ortalarıda, vakum buharlaştırma tekikleri kullaılarak ilk defa yasıtmaz kaplama yapılmış ve aşıdırmada daha kolay üretilebile ve daha güveilir bir souç ortaya koyulmuştur. Yei tekolojileri gelişmesi ile her bir katma kalılığı ve kırılma idisi kotrol altıda tutularak çok katmalı ice filmleri buharlaştırılarak elde edilmesi daha da kolaylaştırılmıştır. Bu tekikler yasıtıcılık ve geçirgelik değerlerie göre yei filtreleri yapımıa ciddi bir katkı sağlamıştır. 3

14 Optik kaplamalar, optik sistem boyuca ilerleye ışığı yasıtıcılığıı ve geçirgeliğii değiştirebilmek amacı ile aya veya mercekleri üzerie ice filmleri biriktirilmesi işlemidir. Yasıtır ve yasıtmaz kaplamalar olmak üzere iki aa kaplama tipi vardır. Bu tarz kaplamalara optik, elektroik sistemlerde ve uzay uygulamaları başta olmak üzere birçok alada sıkça rastlamaktadır. Bu çalışmada, 4-9m dalgaboyu aralığıda ve alçak yörüge yüksekliğide çalışması plalaa bir uydu kamerasıı optik sistem elemaları ola aya ve mercekleride kullaılmak üzere yasıtıcı ve yasıma egelleyici kaplamaları tasarlaması ve üretilmesi amaçlamıştır. Bu amaç doğrultusuda ice filmleri kuramsal temelleri irdelemiş ve Bölüm de suulmuştur. Bu kuramsal temeller ışığıda belirlee dalgaboyu aralığıda çalışacak kaplama tasarımı içi yer gözlem uydularıı koumladıkları atmosfer bölgelerii şartları göz öüde buludurularak kullaılacak malzemeler Bölüm 3 de icelemiş ve seçilmiştir. Tasarımı, üretimi ve ölçümleri gerçekleştirileceği sistemler çalışılmış ve detayları ayı bölümde suulmuştur. Opti-Layer kaplama programı kullaılarak kaplama algoritması belirlee tasarım üretilmiş, üretim soucu elde edile bulgular Bölüm 4 te tartışılmıştır. Üretimi gerçekleştirile tasarım, ölçümler dâhilide değerledirilerek Bölüm 5 te suulmuştur. 4

15 . KURAMSALTEMELLER İce film söylemi ile optik kalılığı ortalama olarak görüür bölgei ortası kabul edile yeşil ışığı dalgaboyu (55m) veya daha az kalılıktaki katmalar kastedilmektedir. Böyle bir katmaı üretimi, alttaş olarak seçile bir malzemei üzerie isteile e amaca yöelik kullaıla malzemeleri biriktirilmesi ile gerçekleştirilir. Şekil. İce film yüzeyide yasıma ve geçirgelik Şekil. de de gösterildiği gibi ice film, üzerie gele ışıları bir kısmıı geçirirke bir kısmıı da yasıtır. I. yüzeyde (hava-ice (hava ice film arasıdaki yüzey) yasıya ışılar ile II. yüzeyde yasıya ışılar arasıda faz farkı oluşur. Oluşa bu faz farkıa göre, ayrı yüzeylerde yasıya ışılar arasıda yapıcı veya yıkıcı girişim gerçekleşir. Yapıcı girişimde yasıma artarke, yıkıcı girişim yasımaı azalmasıa ede olur. İce film katmalarıda belli bir dalgaboyu bölgeside isteile yasıma ve geçirme oralarıı elde edilebilmesi içi, ayarlaabilir parametreler kırılma idisi (ayı zamada malzeme mal seçimi alamıaa gelir) ve katma kalılığıdır (Pedrotti, 999). 99 5

16 İce filmlerde yasıma ve geçirme oralarıı daha iyi algılaabilmesi içi bu bölümde Maxwell deklemleri kullaarak dielektrik bir ortamda elektrik ve mayetik ala gelikleri arasıda bir bağlatı yazılıp, ice film yüzeylerideki geçişler bu gelikler kullaılarak yorumlaacaktır.. İce Film Kaplamalarıı Teorisi Geel durumda ve boşlukta Maxwell deklemleri sırası ile aşağıdaki şekildedir. Β Ε = t Β Ε = (.) t Ε = ε t H + J Ε = ε (.) t H Ε = ρ Ε = (.3) ε Β = Β = (.4) Boşlukta (.) ve (.) birlikte çözüldüğü zama; ( = µ Η) Β Ε Ε= µ ε t Ε =Ε e i( kr wt ) (.5) ve (.6) buluur. Bulua elektrik ala Maxwell deklemleride. No.lu eşitliğe koyularak çözüldüğüde, aşağıdaki eşitlik bulumuş olur. Β = µ Ε e i( kr wt ) ε (.7) Elektrik ve mayetik ala vektörleri oraladığıda, elektrik ve mayetik ala büyüklükleri arasıdaki bağıtı aşağıdaki şekilde buluur. Β ε µ (.8) = Ε 6

17 c = olduğuda dolayı boşluk içi Β = Ε eşitliği elde edilir. Herhagi bir ε µ c ortam içi bu eşitlik, v ışığı herhagi bir ortamdaki hızı olmak koşulu ile (.9) şeklide elde edilmiş olur. Β = v Ε (.9) Kırılma idisi, ışık hızı ciside yazılarak ( = cv) yukarıdaki dekleme koyulduğuda; Β = ( c) Ε o Β ε µ (.) = Ε bağıtısı buluur. Bulua bu bağıtı, bir ice film katma yüzeyideki sıır koşullarıda yararlaılarak yazılacak ola geçiş matrislerii elde edilmeside kullaılacaktır. Şekil. deki dielektrik bir ice film katmaıda olduğu gibi kˆ vektörüü doğrultusuda ilerleye bir ışıı elektrik ala vektörü sayfada dışarı doğrudur. Işı ortam değiştirirke kˆ vektörüü doğrultusu değişir ve bua bağlı olarak, oula ayı düzlemde bulua mayetik ala vektörüü doğrultusu da değişir. Elektromayetik teoriye göre bir ara yüzey sıırıda, gele dalgaı elektrik ve mayetik ala vektörleri, büyüklük bakımıda, kırılarak geçe dalga ile yasıya dalgaı sırası ile elektrik ve mayetik ala vektörleri toplamıa eşittir. Hava, ice film ve alttaş ara yüzeyleride elektromayetik teorii sıır koşullarıa göre elektrik ala; E = E + E = E + E (.) a r t i E = E + E = E (.) b i r t 7

18 E r E i E r E o E t E i E t Şekil. Tek katmalı bir ice filmde ışıı yasıma ve kırıımı Mayetik ala; B = B cos θ B cos θ = B cos θ B cos θ a r t t i t (.3) B = B cos θ B cosθ = B cos θ b i t r t t t (.4) olarak yazılır. Mayetik ve elektrik ala büyüklükleri arasıdaki (.) eşitliği kullaılarak (.3) ve (.4 ) tekrar yazılacak olursa, mayetik ala Β a = ε µ cosθ ( Ε Εr) = ε µ cosθt( Εt Εi ) (.5) Β b = ε µ cosθ t ε µ ( Εi Εr ) = s cos t Εt θ (.6) B = γ ( E E ) = γ ( E E ) a o r t i (.7) B = γ ( E E ) = γ E b i r t (.8) 8

19 şekilde yazılabilir. Bu eşitliklerde sırası ile γ,γ ve γ s γ ε µ cosθ (.9) γ ε µ cosθ (.) t γ ε µ cosθ (.) s s t Bu sıır koşullarıda Ε i yi Εt ve Ε r yi Εi ciside yazmaya kalkarsak faz farkıda dolayı; i Ei Er e δ = (.) i Ei Ete δ = (.3) π eşitlikleri elde edilmiş olur. Bu eşitlikte δ faz farkıdır ve δ = k = t cosθ t λ şeklide buluur. (.) ve (.3) eşitlikleri, (b) sıır koşullarıda elde edile (.) ve (.4) eşitlikleri ile birlikte çözülürse, E = E e + E e = E (.4) iδ iδ b t i t B = γ ( E e E e ) = γ E (.5) iδ iδ b t i s t (.4) eşitliği γ ile çarpılıp iki eşitlik taraf tarafa toplaırsa ve (.5) eşitliği γ ile çarpılır eşitlikler taraf tarafa toplaırsa Et ve Ε i, Ε b ve Βb ciside yazılmış olur. E γe + B b b i t= e δ γ (.6) 9

20 E γe B b b i i= e δ γ (.7) (.6) ve (.7) de elde edile Εt veεi şekil deki (a) düzlemii sıır koşullarıda iδ iδ iδ iδ (.), (.3) yerlerie yazılıp cosδ e + e ve i siδ e e eşitlikleri de kullaılarak çözülürse, γe + B γe B b b iδ b b iδ Ea = e + e γ γ (.8) γ E + B γ E B b b iδ b b iδ Ba = e e (.9) i siδ Ea = Eb cosδ + Bb γ (.3) B = E ( iγ si δ ) + B cosδ (.3) a b b Εa ve takdirde, Β a, Εb ve Βb ciside yazılmış olur. Bu eşitlikler matris formuda yazıldığı Ε Β a a = cosδ ( γ isiδ) isiδ Ε b γ (.3) Βb cosδ ifadesi elde edilir. Bu hesaplamalarda elektrik ala vektörü gelme düzlemie dik seçilerek yapılmıştır. Eğer şekil. de mayetik ala vektörü gelme düzlemie dik olarak seçilirse karakteristik matrisi γ terimide bulua kosiüs faktörü pay yerie paydada yer alır ε µ ( γ= ). cosθ t (.3) de elde edile eşitliği ortasıdaki matris e geel şekilde,

21 m Μ= m m m (.33) ice filmlerde tek bir katmaı karakteristik matrisi olarak taımlaır. Kaplama birde çok katmada oluşursa her bir katma içi karakteristik matris, kullaıla malzemei fizik parametreleri ile yazılır ve matrisler çarpılırsa N katma sayısı olmak üzere, çok katmalı ice film kaplamasıı geçiş matrisi yazılmış olur. Ea... EN = M M M N Ba BN M T Eğer gele ışı ormalde geliyorsa, geliş açısı sıfırdır ve bu durumda karakteristik matrisi (.33) m ve m terimleride bulua γ = (.34) ε µ cos θt = ε µ şeklie döüşür. Normalde gele ışı içi ice film katmaıı karakteristik matrisi aşağıdaki şekilde olur. i siδ cosδ M = ε µ (.35) i ε µ siδ cosδ Bu matrise göre iki özel durum vardır. Bularda biricisi çeyrek dalga katmaıdır ki, burada filmi kalılığı çeyrek dalgaboyua( λ 4), faz farkı ise π ye tekabül eder. Buu soucuda matris formu aşağıdaki hale gelir. M λ 4 = i ε µ i ε µ (.36) İkici durum ise yarım dalga katmaıdır ki, bu durumda ise filmi kalılığı yarım dalgaboyua λ, faz farkı ise π ye tekabül eder. Buu soucuda matris formu aşağıdaki hali alır.

22 M λ = (.37). İce Film Katmalarıda Geçirgelik ve Yasıma Bir öceki bölümde yazıla sıır koşullarıdaki, kullaılmaya eşitliklere bakacak olursak, E = E + E (.38) a r Eb = E (.39) t B a = γ ( E E ) (.4) r B = γ E (.4) b s t (.38) ve (.4) No.lu eşitlikler (.3) No.lu matriste kullaıldığı takdirde, aşağıdaki matris elde edilir. E+ Er m m Et = γ ( E E ) m m γ E r s t (.4) Bu matrise bağlı olarak, m Ε + γ m Ε =Ε + Ε (.43) t s t r m Ε + γ m Ε = γ Ε γ Ε (.44) t s t r eşitlikleri elde edilmiş olur. Bu iki eşitlik beraber çözülecek olursa kırılma katsayısı olarak bilie yasıtma katsayısı olarak bilie r Ε Ε = r bulumuş olur. t Ε = t Ε değeri ve

23 γ t= γ m + γ γ m + m + γ m s s (.45) γ m r = γ m + γ γ m + γ γ m s s m + m γ m s + γ m s (.46) r ve geçirgelik t yasıma ve kırma katsayılarıı saal kısımları olmak üzere, yasıtıcılık ve R =rr ve T γs = tt γ = R şeklide buluur... Tek katmalı yasıtmaz kaplamalar Normalde gele ışılarda tek katmalı bir filmi yasıtıcılık ve geçirgeliği sırası ile aşağıdaki şekilde yazılır. ( s) cos δ + ( s ) si δ ( + ) cos δ + ( + ) si δ R= (.47) s s T = s ( + ) cos δ + + si δ s 4 s (.48) Yasıtıcılığı asıl değiştiğii icelemek istersek, öcelikle film kalılığıa bağlı olarak faz farklarıı asıl değiştiğie bakmak gerekir. Normalde gele bir ışı içi faz farkı, t film kalılığı kabul edildiğide π δ = t olarak taımlaır ve bu eşitlikte, λ filmi kırma idisi olmak üzere = λ ya eşittir. Başka bir deyişle faz farkı λ π λ δ = t olarak taımlaabiliir. Film kalılığı t = ve katları olarak deediğide, λ 4 λ π t = içi faz farkı δ = 4 t = λ içi faz farkı δ = π 4 3

24 = 3 λ π t içi faz farkı δ = 4 t = 4 λ içi faz farkı δ = π 4 olduğu gözlemlemektedir. Film kalılığı çeyrek dalgaboyuu çift katları olursa faz farkı π ike, tek katları içi π/ dır. Bu faz farkları (.47) No.lu eşitliğe koyulursa tek katmalı bir filmde, λ ( s ) t = ( m+ ) içi yasıtıcılık R= (.49) 4 + ( ) s o λ t = içi yasıtıcılık ( m) 4 + s R = (.5) s olur. Bu eşitliğe göre s > yasıtıcılık azalır. ( m) 4 >s durumuda kaplamamış alttaşa göre yasıtıcılık artarke, λ t = içi ise yasıtıcılık kaplamamış yüzeyiki kadardır. (.49) No.lu eşitlikte R = olması demek yasıtıcılığı miimum, geçirgeliği ise maksimum olması alamıa gelir. Bu koşul ise, = s durumuda sağlaır. Gülük hayatta bir gözlük camıı kaplamasıda gerekli ola malzeme bu koşula uygu seçilmektedir. Kullaıla camı kırma idisi =. 5 ve havaı kırma idisi = olmak üzere, miimum yasıtma ve maksimum geçirgelik içi kullaılacak malzemei kırma idisii =. 3 olması gerekmektedir. Bu edele kullaıla gözlük camlarıı kaplamalarıda bu kırılma idisie e yakı malzeme ola MgF ( =.38) kullaılır. s 4

25 5.. Çift katmalı yasıtmaz kaplamalar (.35) No.lu matris film kalılığı çeyrek dalgaboyu içi yazılırsa, = γ γ i i M formuu alır. Eğer çift katmalı bir film elde etmek isteiyorsa geçiş matrisi, = = = γ γ γ γ γ γ γ γ i i i i M M M elde edilir. Bu matrisi elemaları = m γ γ = m = m γ γ = m (.46) deklemie koyulduğuda, yasıma katsayısı bulumuş olur. (.5) γ γ γ γ γ γ γ γ s s r + = (.5) (.9) da (.) e kadar ki eşitlikler kullaılırsa çeyrek dalgaboyu kalılıkta iki katmalı bir filmi ormalde gele ışılar içi yasıtırlığı aşağıdaki şekilde hesaplamış olur. = R s s (.5) Sıfır yasıtırlık içi s = ya da s = olması gerekmektedir.

26 Şekil.3 λ 4 - λ 4 kalılıkta çift katmalı yasıtmaz kaplama (Pedrotti, 999) Şekil.4 Çift katmalı filmi yasıtıcılığı ve =. 5 (a) λ 4 - λ 4 ; =. 65, =. (b) λ 4 -λ ; =. 38, =. 6 (c) λ 4 -λ ; =. 38, =. 85 = s Şekil.4 te grafiği verile örekleri ilkide çeyrek dalgaboyu kalılıkta çift katmalı bir kaplama yapılarak seçile dalgaboyuda yasıtıcılık sıfıra idirilmiştir. Eğer tasarımda daha geiş bir tayfsal alada yasıtıcılığı düşürmek amaçlaıyor ise yarım dalgaboyuda atıla katmalar tasarımı referas dalgaboyudaki yasıtıcılığı etkilemezke, diğer dalgaboyudaki yasıtıcılığı düşmesie sebep olur. 6

27 ..3 Üç katmalı yasıtmaz kaplamalar kaplama Üç veya daha fazla katma kullamak, geiş bir tayfsal alada yasıtma eğrisii düşük bir değerde ve düz olmasıı mümkü kılar. Eğer üç katma da, çeyrek dalgaboyuda olursa, e düşük yasıma, 3 = s koşulu ile sağlaır. Şekil.5 ve.6 da. iki farklı, üç katmalı film öreği görülmektedir. Şekil.5 Yasıtmazz üç katmalı ice film öreği (a) çeyrek- çeyrekçeyrek çeyrek dalgaboylu katma. (b) çeyrek- yarım arım- çeyrek dalgaboylu katma Şekil.6 DalgaboyuDalgaboyu üç katmalı filmi yasıtıcılığı grafiği ( λ = 55 m, s =.5 ) (Pedrotti, 999) (a) λ 4 λ 4 λ 4 ; =.38, =., 3 =.8 (b) λ 4 λ λ 4 ; =.38, =., 3 =.7 7 = ve

28 8..4 Dielektrik Ayalar Çift katmalı yasıtmaz şekilde hazırlaa bir film tersie çevrilirse yai hava-yüksek kırma idisli malzeme-düşük kırma idisli malzeme-alttaş olarak yapılırsa üç ayrı yüzeyde de yasıyacak ola ışılar ayı fazda oluşurlar ve yasıtıcılığı arttırırlar. Bu şekilde sıralaa çift katmalara yüksek yasıtıcı küme (high reflactace stack) veya dielektrik ayalar deir. Çeyrek dalgaboyu kalılıktaki çift katmalı bir filme ormalde gele ışı içi geçiş matrisi yazılacak olursa; = = = L H H L l L H H L H HL i i i i M M M γ γ γ γ γ γ γ γ Bu çift katmalarda ayı şekilde N tae olursa geçiş matrisi aşağıdaki şekli alır. ( )( )( ) ( ) ( ) N HL LN HN L H L H L H M M M M M M M M M M = = = = = N L H N H L N L H N H L N L H H L M γ γ γ γ γ γ γ γ.46 deklemi elde edile geçiş matrisi içi çözüldüğü takdirde ( )( ) ( )( ) + = N H L s N H L s R (.53) yasıtıcılık yukarıdaki formda olur.

29 ..5 Yüksek Yasıtıcı Metalik Ayalar Diğer bir yasıtıcı kaplama tekiği, metal malzemeler kullaılarak yüzeyi aya yüzeyi halie getirip yasıtıcılığı arttırarak yapıla kaplamalardır. Yüksek yasıtıcı kaplamalar içi e yaygı olarak kullaıla malzemeler alümiyum, gümüş ve altıdır (Wilso, R.N,999 ve Kaiser 8). Tüm metalik yasıtıcılar seçile dalgaboyu bölgesie göre farklı yasıtıcılık sergilerler. E yaygı kullaıla metalik malzemeler arasıdaki alümiyum, görüür bölgede %88-%9 civarlarıda yasıtıcılık gösterirke, gümüş %95-%99 yasıtıcılık gösterir. Spektrumu morötesi bölgesie gidildikçe gümüşü yasıtıcılığı %9 lara düşer. E pahalı malzeme ola altı kızılötesi bölge içi çok uygu bir malzemedir ve bu bölgede yasıtıcılığı %98-%99 civarlarıdadır fakat görüür bölge içi gümüş kadar uygu bir malzeme değildir. Metalik malzemeleri kırılma idisleri ) = iκ olarak taımlaır. kırılma idisii gerçek kısmı ike, κ saal kısmı başka bir tabir ile soğurma katsayısıdır. Normalde gele bir ışıı metal malzemeler içi yasıma katsayısı eşitliklerie göre çözüldüğüde Ε r = r ve Ε R =rr ( ) + κ ( + ) + κ R =.54 yasıtıcılık yukarıdaki şekilde bulumuş olur. Elde edile bu eşitliğe göre Çizelge. de bazı metalik malzemeleri ormalde gele ışılar içi yasıtıcılıkları verilmiştir. 9

30 Çizelge. Alümiyum, Gümüş ve Altıı Yasıtıcılık Yüzdeleri (Wilso,999) λ(µm) R (%) Al Ag Au

31 Şekil.7 Alümiyum, gümüş ve altıı yasıtıcılık grafiği Yasıtıcı kaplamalarda kullaıla metalik malzemeler mekaik ve kimyasal bozumalara karşı dayaıksız oldukları içi, üzerlerie koruyucu katma atılması gerekmektedir. Bu koruyucu katmalar, kaplamaı yasıtıcılığıı düşürmemesi içi yasıtıcılığı arttıracak şekilde dielektrik aya formuda tasarlaır. Bu tarz kaplamalara Geliştirilmiş Metal Ayalar adı verilir. Böyle bir kaplamada yasıtıcılık miimuma düşürülecek şekilde metalik yüzey üzerie düşük idisli çeyrek dalgaboyu kalılığıda bir dielektrik malzeme kaplaır ve bu kaplamaı ardıda da yasıtıcılığı maksimuma çıkarabilecek şekilde ayı kalılıkta yüksek yasıtıcı bir malzeme kaplaır. Bu kaplamış çift katma yasıtıcılığı yükseltecek şekilde tekrarlaabilir. Bu sayede hem metalik yüzey korumuş hem de yasıtıcılık arttırılmış olur. Bu tarz yapıla bir kaplamada yasıtıcılık dielektrik katma ve metalik katmaı geçiş matrislerii yazılarak.46 No.lu eşitlikte çözülmesi ile geliştirilmiş metalik ayaı yasıtıcılığı R= ( ) ( ) ( ) ( ) κ κ κ κ L L L N L H L L L N L H elde edilmiş olur (Wilso,999).

32 3. MATERYAL ve YÖNTEM 3. Üretim Tekikleri ve Kalılık Kotrol Sistemleri Hassas optik sistem kaplamalarıda yüksek vakum düzeekleri kullaılmaktadır. Yüksek vakum düzeekleride sıklıkla kullaıla yötemler saçtırma ve buharlaştırma yötemleridir. Saçtırma yötemide düşük basıç altıda RF ve DC güç kayakları kullaılarak ortama verile asal gazla birlikte plazma oluşturulur. Geellikle asal gaz olarak argo gazı kullaılmaktadır. Biriktirme yapılacak malzeme güç kayağıı egatifie bağlaır. Plazma halideki asal gaz katot hedef ve aot arasıa uygulaa yüksek gerilim ile kayak olarak kullaıla hedefe doğru hızladırılarak çarptırılır. Bu çarpışma soucu yüksek eerjili iyolar mometum aktarımı ile hedefte atomları koparır. Koparıla atomlar, alttaş üzeride ice film oluştururlar. Daha düşük basıçlarda plazma oluşturabilmek ve daha hızlı işlem yapabilmek amacı ile iyolaşmış argo atomlarıı hızladırmak içi kullaıla elektrik alaa ek olarak bu alaa dik doğrultuda mayetik ala uygulaır. Mayetik ala sayeside elektroları yollarıı uzatılması hedef malzemeye daha çok iyou çarpmasıa sebep olur. Saçtırma yötemi küçük yüzeyleri kaplamasıda verimli olabilmesie rağme, geiş yüzey kaplamalarıda ayı verimi elde edilememesi sebebi ile geiş yüzey optik kaplamalarda tercih edilmemektedir (Mattox, 998). Buharlaştırma yötemleri, vakum şartları altıda ice film üretimi içi kullaıla e eski yötemlerdedir. Yıllardır birçok uygulamada kullaılmakta ve hala güümüzde düşük maliyetleri ve geiş yüzeylerde hızlı işlem yapabilmesi sebebiyle kullaılmaya devam edilmektedir (Macleaod, ). Kaplaacak malzeme vakum odasıda buharlaşaa kadar ısıtılır. Malzeme elektro demeti ile veya üzeride akım geçe bir metal sayeside dolaylı olarak ısıtılabilir. Temel olarak buharlaştırma tekikleride gerçekleşe kaplama şekil 3. de

33 gösterilmektedir. Buharlaştırma yötemleride e belirgi olaları ısısal ve elektro demetli buharlaştırma yötemleridir. Şekil 3. Buharlaştırma yötemlerii temel presibi Isısal buharlaştırma yötemi çoğulukla metal malzemeleri elektrik akımı ile ısıtılarak buharlaştırılması işlemidir. Çok çeşitli metalleri, özellikle yasıtıcı yüzeyler elde edilmek içi kullaıla altı (Au), alümiyum (Al) ve gümüş (Ag) kaplamaları üretimide kullaıla bir yötemdir. Buharlaştırılacak malzeme, erime sıcaklığı oldukça yüksek bir metalde (Tugste- 996 C, tatal 996 C, molibde 67 C) yapılmış bir pota içerisie yerleştirilir (Şekil 3.). Potaya bağlı iki elektrot arasıa elektrik gerilimi uygulaarak potada akım geçirilir. Geçe akım sayeside pota içerisideki malzeme buharlaştırılacak kadar ısıtılarak buharlaşma işlemi gerçekleşir. Potalar üzeride kaplama kalılığıı kotrol amaçlı olarak perdeleme yapması içi kapakçıklar buluur. 3

34 Şekil 3. Isısal buharlaştırma üitesi Buharlaştırma tekiklerii diğeri ise elektro demetli buharlaştırma yötemidir. Dielektrik ve metal malzemeleri buharlaştırılmasıda kullaıla bu yötemde buharlaştırılacak malzeme dolaylı olarak değil, direk olarak ısıtılır. Elektro demetli buharlaştırma üitesi Şekil 3.3 te gösterilmektedir. Isıtma işlemi pota içerisie yerleştirile malzeme üzerie hızladırılmış ve mayetik ala kullaılarak odaklamış elektro demeti göderilerek yapılmaktadır. Elektro demeti oluşturabilmek içi, filama üzeride AC akım geçirilir. Akım sayeside ısıa filamada elde edile serbest elektrolar, maruz kaldıkları elektrik ala sayeside hızladırılırlar. Filamaı karşısıda yer ala aot plakaı ortasıda bulua boşluk sayeside, koparıla elektroları sadece belli bir kısmı bu bölgede geçebilir. Bu sayede elektro demetii çapı küçültülerek malzemei etki bir biçimde oldukça homoje bir şekilde ısımasıa imkâ sağlamış olur. Aotta geçe elektrolar statik ve değişke mayetik alalar sayeside potaya yöledirilirler. Potaya yöledirile elektrolar kullaıla malzemei ısımasıa ve buharlaşmasıa sebep olur. Buharlaşa malzeme potaları üst kısmıda bulua alttaşlar üzeride biriktirilir. Kullaıla potalar su ile soğutulabildiğide potaı yapıldığı metali buharlaşması öleerek film üzeride oluşacak safsızlık iyileştirilmiş olur. Kotrollü bir 4

35 buharlaştırma tekiği olması sebebi ile kalılık kotrolü de hassas şekilde gerçekleştirilebilir. Bu yötemde birçok farklı malzeme, vakum bozmada peş peşe buharlaştırılabileceğide çok katmalı yasıtır ve yasıtmaz kaplamalar içi uygu bir yötemdir. Şekil 3.3 Elektro demetli buharlaştırma üitesi Yapıla kaplamaları yapışma özelliklerii, sertliklerii ve üretile katmaları yoğuluklarıı iyileştirmek içi vakum düzeekleride buharlaştırma tekiklerie ek olarak plazma ve iyo takviyesi kullaılmaktadır. Yüksek eerjili elektrolar sayeside plazma ortamıda bulua asal gaz iyolaştırılır. Elde edile bu iyolar buharlaşa malzemeye çarparak malzemei yüzeye daha iyi yapışmasıı sağlar. Kaplamaı yapıldığı yüzeye çarpa iyolar ise yüzeyde bulua zayıf bağları kopararak daha yoğu ve sert bir kaplama elde etmeye yardımcı olur. Bu tarz vakum sistemleride homoje bir kaplama elde etmek içi mercek veya ayaı yerleştirildiği tutucular buharlaştırma işlemi esasıda döer bir taşıyıcı üzerie yerleştirilir. 5

36 Şekil 3.4 Plazma takviyeli kaplama işlemi Şekil 3.4 de gösterildiği üzere iyo takviyeli buhar biriktirme yötemi içi gerekli ola plazma kayağı (Şekil 3.5) vakum odasıı ortasıda bulumaktadır. Plazma kayağı sıcak katot, silidirik bir aot tüp ve sarmal magette oluşmaktadır. Aot tüpü ve katot arasıa uygula DC voltaj, katotta yayıla elektrolar ve asal gaz olarak kullaıla argo gazı plazmayı oluştururlar. Plazma kayağıı çalışma presibi, Şekil 3.6 da gösterilmektedir. Katodu içeriside yer ala grafit, üzeride geçirile akım ile ısıtılır (T= 5 C). Sağlaa bu ısısal eerji, katot materyalide elektro yayılımıa sebep olur. Yeteri kadar elektrou sağlaabilmesi içi bu ısısal eerjii yüksek olması gerekmektedir. Eğer ısıtıcı akım çok fazla olursa, katot üitesii ve katodu yaşam süresi kısalmış olur. Katotta yayıla elektrolar aot ve katot arasıdaki boşalım voltajı ile oluşturula elektrik alala hızladırılır. Eğer serbest elektroları kietik eerjileri gaz atomlarıı elektrolarıı koparabilecek seviyeye gelirse, gaz atomlarıı ve serbest elektroları çarpışmalarıı soucu iyolar oluşur. Eğer boşalım voltaj çok küçük olursa, elektroları kietik eerjisi gaz atomlarıı iyoize etmeye yetmeyecektir. Diğer yada boşalım akımı çok yüksek olursa, elektrolar isteile 6

37 sayıda gaz atomu ile çarpışamaz. Boşalım akımıı pozitif kutbu aot tüpüe bağlaırke, ısıtıcı akıma ters olarak egatif kutbu katoda bağlaır. Şekil 3. 5 Plazma kayağı Bobi akımı plazma kayağıda mayetik ala oluşturmak içi kullaılır. Bu sayede elektrolar hızlaarak ve yöledirilerek daha uzaktaki gaz atomlarıı da iyolaştırabilirler. Ayı zamada mayetik ala, oluşa plazma koisii şeklii de belirler. Geri besleme (bias) voltajı; bobi akımı, ısıtıcı akım ve deşarj akımıa göre ayarlaa bir parametredir. Plazma kayağı ve alttaş arasıda oluşa alada geri besleme voltaj değeri kritiktir. Plazma içideki gaz iyoları geri besleme voltajı sayeside alttaşa doğru hızladırılır. Geri besleme voltajı, alttaşa ulaşa gaz iyolarıı kietik eerjisii etkileye bir parametredir ve biriktirile katmaları özellikleride büyük rol oyar. 7

38 Şekil 3.6 Plazma kayağıı elektrik devreleri Kaplama öcesi alttaş, kaplamaı daha kaliteli olması ve kaplaacak katmaı alttaşa daha iyi yapışmasıı sağlamak içi plazma kayağıda oluşturula gaz iyoları ile bombardıma edilir. Bu yötemle alttaşı yüzeyideki istemeye paçacıklar koparılarak, alttaş temizlemiş olur. Oksitli malzemeler kaplaırke, işlem esasıda kaplama malzemeside azalma gerçekleşebilir. Bu azalma kaplama kalitesii düşmesie sebep olur. Bu olumsuzluğu egelleyebilmek içi bazı oksitli malzemeleri üretimi esasıda ortama ek oksije gazı verilir. Plazma kayağıda ortama yayıla iyolar, oksije moleküllerii bağlarıı kırarak, oksije iyolarıı alttaşa doğru hızladırır 8

39 Şekil 3.7 Alttaş tutucu ve dağılım kapakçığı Kaplama işlemi plazma ile desteklese bile buharlaşma, vakum odası ile kıyasladığıda küçük, küresel bir bölgede yapıldığı içi her bölgede eşit kaplama kalitesi elde edilememe riski bulumaktadır. Özellikle bu durum geiş ve küresel yüzey kaplamalarıda soru teşkil edebilir. Alttaş yüzeyii her bölgeside, kaplaa malzemei dağılımıı iyileştirmek amacı ile malzeme kosatrasyouu daha fazla olduğu bölgeler dağılım kapakçıkları yardımı ile egelleir. Üretim esasıda kalılık kotrolü yapılması içi kullaıla yötemler, kuartz kristal moitörleme ve optiksel moitörleme sistemleridir. Kuartz kristal moitörlemede, titreşe bir kuartzı salıım frekasıı kristal üzerideki kütlede etkilemesi özelliği kullaılmıştır. Bu sayede kaplamaı büyüme hızı ve bua bağlı olarak kaplama kalılığı ölçülmektedir. Bir osilatör yardımı ile kuartz kristale yüksek frekaslarda (yaklaşık 6MHz) salıım yaptırılır. Kristal üzerie kaplaa malzeme kütlesi arttıkça, kristali salıım frekası düşer ( f = C f. m; f: rezoas frekasıdaki değişim, C f : kuartzı duyarlılık sabiti ve m: kütle değişimi). Değişe salıım frekası sayeside bulua kütle değişimi ve kaplama malzemesii fiziksel özellikleri kullaılarak kaplama kalılığı hesaplaır. 9

40 Şekil 3.8 Kalılık ölçüm üitesi Optiksel moitörleme sistemleride, kaplama kalılığıı ölçümü yasıya ışığı şiddeti kullaılarak hesaplaır. Yasıya mookromatik ışı demeti ölçüm alıa kaplama yüzeyideki kaplama kalılığı arttıkça periyodik olarak değişir. Şekil 3.9 Optik yol farkı Gele ışıı test camıa ulaştığıda, ayı şekilde test camı ve kaplama katmaı arasıdaki yüzeye ulaştığıda bir kısmı yasırke bir kısmı da geçer (RR ve R). Kaplama katmaıda geçtikte sora yasıya ışı ile diğer yasıya ışılar arasıda optik yol farkı oluşmaktadır. Optiksel moitörleme ile kalılık ölçümüde temel olarak optik yol farkı kullaılmaktadır. 3

41 Şekil 3. Optiksel moitörlemei çalışması Optiksel moitörleme sistemii içide bulua lambada yollaa ışı ikiye ayrılır. Bu ışılarda bir taesi fiber kablo ile referas ışı olarak detektöre yollaırke, diğeri de vakum odasıda alttaş tutucuları ortasıda bulua test camıa göderilir. Referas ışı ve test camıda yasıyarak geri döe ışılarda mookromatörde geçtikte sora detektöre göderilir. Gele ışıları elektrik siyalie döüştüre detektörü verileri güçledirilerek ve dijital veriye döüştürülerek işlemciye yollaır (Şekil 3.). Yasıya ışıı, referas ışıa göre optik yol farkı buluarak, kaplama kalılığı hesaplaır. 3

42 3. Ortam Şartları ve Malzeme Seçimi Yörüge yüksekliği, bir uyduu düya yüzeyie ola uzaklığıdır. Düyaı çevreside yüzeyide yaklaşık 5-8km ve 5-5km mesafede olmak üzere iki radyasyoca yoğu bölgei varlığı yörüge yüksekliklerii kedi içeriside grupladırılmasıa sebep olmuştur. Bu radyasyo bölgelerie uydu yerleştirilemediği içi, uydular bu iki bölgei altı, ortası ve üstü olmak üzere üç farklı bölgeye yerleştirilebilmektedir (Elbert, 999). Alçak Yükseklikteki Yörüge: Alçak yükseklikteki yörüge yeryüzüde km i altıı kapsar. Bu yörügedeki uydular, yere çok yakı olmaları edeiyle, yörügede kalabilmek içi oldukça hızlı döerler. Orta Yükseklikte Yörüge: Bu sistemde uydular iki radyasyo alaıı arasıdaki bölgeye yerleştirilirler. Yeryüzüde yükseklikleri yaklaşık km civarıdadır. Uydular bir turuu altı saatte tamamlar. Jeosekro veya Jeostasyoer Yörüge: Bu sistemde uydular ikici radyasyo alaıı dışıda bulumaktadır. Bu yörüge yeryüzüde yaklaşık 36km yüksekliktedir ve bu seviyede uydular düyaı döüş hızıyla ayı olduğu içi düyaya göre hareketsiz görüürler. Uyduları bir turu bir güe eşdeğerdir. Diğer uzay sistemlerie azara yer gözlem uydularıı boyutlarıı diğer sistemlere göre küçük olması bu uyduları alçak yörügei 5-7km yüksekliğide koumlaabilmelerie imkâ sağlamaktadır (Spera ve Gallo ). Uyduu buluduğu bu yükseklikteki çevresel şartlar uyduu foksiyoel, güveilir ve uzu süre çalışmasıı etkileye faktörlerdedir. Uyduu bir parçası ola optik sistemi kaplamalarıı da bu çevresel şartlara dayaıklı olması optik performas açısıda öemlidir. Bu sebeple yapıla kaplamaları, yüksek vakum şartlarıa, morötesi radyasyoa, sıcaklık değişimlerie ve yörügei çevresel diğer şartlarıa dayaıklılığı göz öüde buludurularak tasarlaması gerekmektedir. 3

43 Şekil 3. Atmosferdeki atomik oksije yoğuluğu (NASA; 998, Güeşte.5µm-5µm dalgaboyu aralığıda sağlaa toplam eerji 366 W/m dir. Bu eerjii %8 i -4m aralığıdaki morötesi (UV) radyasyoda kayaklaır. Bu dalgaboyu aralığıdaki radyasyo polimerler gibi bazı malzemeleri molekül bağlarıı kırmaya yetecek kadar eerjiye sahiptir. UV bölgei -4m aralığıda bulua fotoları eerjisi E ph 3eV ike, m altıdaki dalgaboyu bölgeside bulua fotoları eerjisi E ph 5eV olur. Vakum altıdaki bu UV radyasyo atomik yer değiştirmeye sebep olmasa bile moleküler arası bağları bozulmasıa hatta kopmasıa sebep olabilir. Bu durum bazı dayaıksız malzemelerde zamala kopmalara, kütle kaybıa sebep olabileceği gibi bazı diğer malzemelerde de kütle kaybı olmaksızı malzeme yüzeyide bir bozulma, değişime sebep olabilir (Grossma ve Gouzma, 3). UV radyasyoda etkileerek bozula bu bağlar ortam şartlarıa bağlı olarak alçak yörüge yüksekliğii bir özelliği ola Atomik Oksijee maruz kalırlar. 33

44 Gaz yoğuluğua göre atmosferi katmaları sııfladırıldığıda alçak yörüge yüksekliğii yeryüzüe yakı ilk yarısı atomik oksije katmaı olarak adladırılır. Alçak yörüge yüksekliğide atmosferi basit olarak %8 civarlarıda atomik oksije % civarlarıda itroje molekülleri içerir. Bu katmada UV radyasyo etkisi ile atomik formda bulua oksije yer gözlem uydularıda kullaıla malzemelere karşı zararlı olabilir. Atmosferde bulua atomik oksije akısı yükseklik, yörüge eğimi, güeş aktivitelerie ve güü saatlerie göre değişebilir. Yaklaşık 3km yükseklikte atomik oksije yoğuluğu maksimum 8 9 atom/cm 3 ve miimum 9 atom/cm 3 dür. Bu yükseklikte yer gözlem uydusuu hızıı ortalama 8km/s olduğu düşüülürse, uydu kietik eerjisi yaklaşık 5eV ola atomik oksije parçacıkları ile çarpışır. Bu çarpışmalar kaplama yüzeyide aşımalara sebep olabileceğide dolayı kaplama katmalarıda ve özellikle kaplamaı so yüzeyide bu etkiye direç gösterebilecek dayaıklı malzemeleri kullaılması çok öemlidir. İsteile yörügede ve belirlee dalgaboyu aralığıda kullaılması istee yasıtmaz kaplamalarda dielektrik malzemeler kullaılmaktadır. Yasıtmaz kaplamalarda kuramsal temellerde alatıldığı üzere düşük ve yüksek kırma idisli malzemeleri birlikte kullaılması gerekmektedir. Görüür bölge ve yakı kızılötesi içi kullaılabilir malzemeler Çizelge 3.de listelemiştir. Kırılma idisi, dayaıklılığı, üretilebilirliği ve üretim tekikleri göz öüde buludurulduğuda, bu malzemeler içeriside geiş bir dalgaboyu aralığıda etki yasıtmaz kaplamalar elde etmek içi e sık kullaıla malzemeler arasıda SiO, MgF ve TiO bulumaktadır. TiO so zamalarda görüür ve yakı kızıl ötesi bölge içi yüksek kırılma idisli malzeme olarak sıkça tercih edilmektedir. Bu malzemei avatajı uzu dalgaboyu aralığıda geçirgeliği ola yüksek kırılma idisli malzemeler arasıda e yüksek kırıcılık idisie sahip olmasıdır. Yüksek dayaıklılıkta bir malzeme olmasıa rağme yüksek bir erime sıcaklığıa (T= 95 C) sahip olduğu içi kayak potalarıda direk olarak buharlaştırılması zordur. Bu edele kayak potası olarak geelde Tugste kullaılır. Eski yötemlerde, TiO elde etmek içi öcelikle saf titayum metali buharlaştırılıp heme akabide ortama ısıtılmış oksije gazı verilmektedir. Yüksek kırılma idisli bir malzeme biriktirebilmek içi mümkü ola e düşük basıçta ve 34

45 mümkü ola e kısa sürede Ti metalii buharlaştırılması çok öemlidir. Eski yötemleri bir diğeri ise, TiCl 4 ve atmosferik em arasıdaki reaksiyo soucu TiO katmaı elde etmektir. Alttaş yüzeyii C de tutulması koşuluyla, sıcak TiCl 4 buharı ile atmosferik em karıştırılarak alttaş üzeride TiO oluşturulmuştur. Çizelge m tayfsal alada yasıtır kaplamalar içi sıkça kullaıla malzeme listesi (Friz ve Waibel 3 de değiştirilerek alımıştır) Materyal Geçirgelik Aralığı (µm) Kırılma İdisi Mekaik Özelliği Al O (T= 3) Sert CeF Sert HfO ( T= 5) Sert MgF Sert SiO Sert Ta O Sert TiO Sert Y O ( T= 5) Sert ZS Sert Bu yötemleri her ikisi de tek bir katma içi kullaılırke, çok katmalı kaplamalarda kullaılması mümkü değildir. Bu edele, TiO katmaı elde etmek içi elektro demetli buharlaştırma sistemleride reaktif gaz kullamak gibi moder uygulamalar geliştirilmiştir. Filmde soğurma olmaksızı, TiO malzemesi kullaarak, TiO kaplama katmaı elde edebilmek içi ortama oksije gazı verilmesi gerekmektedir. Bu oluşum çok yüksek sıcaklıklara gereksiim duyduğuda, vakum odacığıa verile oksije istee etkiyi gösteremez ve bu durum kaplama katmaıı gözeekli ve isteile sertlikte olmamasıa ede olur. Daha iyi bir TiO katmaıı üretilebilmesi içi, isteile oksije oraıı tutturabilmek amacı ile ortama oksije verilmeli fakat buharlaştırılacak malzemei erime sıcaklığı ve oksije yoğuluğu daha düşük 35

46 olmalıdır. Ti 3 O 5 malzemesi buharlaştırılarak daha düşük sıcaklıklarda, daha dayaıklı ve daha kararlı bir kırıcılık idisli TiO katmaıı elde edilebildiği deeysel veriler soucu ispatlamıştır (Pulker vd. 976, Macleod, Selhofer vd. ). TiO uzay uygulamalarıda da sıkça kullaıla bir malzemedir (NASA, ). Oksitler arasıda çok fazla bir seçim şası olmadığı içi düşük idisli materyal olarak TiO ile birlikte çoğulukla SiO kullaılır. SiO buharlaştırılmasıda ve kaplamasıda e yaygı metot elektro demetli buharlaştırma yötemidir. Buharlaştırılacak malzeme olarak SiO graülleri kullaılır ve baze vakum odacığıa oksije ekleebilir. SiO i amorf katmaları kaplama içi yeteri kadar yoğu ve direçlidir (Macleod, ). SiO, uzay uygulamalarıda koruma katmaı olarak da sıkça kullaılmaktadır (NASA, ). TiO ve SiO malzeme çifti yüksek dayaıklılıkları ve uyumlu olmaları edei ile uzay uygulamalarıda, mercekleri yasıtmaz kaplamalarıda ve ayaları yasıtır kaplamalarıı üzerie koruma katmaı olarak kullaılmaktadırlar (Coli 995, Lisbod vd. 3, Barrera vd. 8). Geiş bir dalgaboyu aralığıda daha iyi yasıtıcılık elde edilebilmesi içi TiO ve SiO ikili katmalarıı aralarıa farklı bir kırılma idisi ola malzeme kullamak daha iyi souçlar vermektedir. Bu edele MgF kullaılabilir bir malzemedir. MgF tatal veya molibde potalarda klasik tekiklerle buharlaştırılabilir. Kuramsal temeller kısmıda alatıldığı gibi yasıtıcı yüzeylerde e yaygı olarak kullaıla metalik malzemeler, alümiyum, altı ve gümüştür. Alümiyum kolay buharlaştırılabilmesi ve görüür- mor ötesi battaki yasıtıcılığı edei ile sıkça kullaıla bir malzemedir. Altı, kızıl ötesi içi e iyi kullaılacak malzemedir. Görüür bölgedeki yasıtıcılığıı düşük olması edei ile bu bölgede tercih edilmez. 36

47 Şekil 3. Alümiyum- gümüş ve altıı yasıtıcılık grafiği (Willey, ) 4-9m tayfsal aralıkta e ideal malzeme gümüştür. Bu malzeme ısısal buharlaştırma yötemi ile buharlaştırmaya uygu bir malzemedir. Atmosferle direkt temasıda yüzeyide lekelemeler oluştuğu içi üzerie dielektrik bir koruma katmaıı atılması gerekmektedir. Gümüşü bir diğer olumsuz yöü ise cam yüzeyie sıkı yapışamamasıdır. Yapıştırıcı katma olarak bilie ve kullaıla Si 3 Ni 4 gümüş yüzeyide isteile yapışma etkisii gösteremediği içi yapıştırıcı katma olarak NiCr kullaılmaktadır. NiCr katma kalılığıı (özellikle dielektrik ve gümüş malzeme arasıdaki) gümüşü yasıtıcılığıı düşürmemesi içi çok ice olması gerekmektedir (yaklaşık m)(wilso 999, Willey ). 3.3 Kaplama Tasarımı Programı Opti- Layer Opti- Layer kuramsal temellerde alatıla kaplama teorisi temel alıarak isteile kaplama sistemlerii tasarlamasıı sağlaya bir yazılım programıdır. Bu program, Prof. Alexader Tikhoravov ve Dr. Michael Trubetskov öderliğide çalışa optiksel karakterizasyo, tasarım ve üretim koularıda çalışa büyük bir grup tarafıda 3 yıllık deeyim soucuda geliştirilmiştir. Opti- layer programı, bilidik kuramsal yaklaşımları yaıda yei matematiksel yaklaşımlarla zegileştirilmiştir. Yazılım ve program geliştirme grubuu kedi kow 37

48 how larıa sahip oldukları optimizasyo tekiklerii içere bu yazılım, kaplama malzemesi, alttaş ve ışık kayağı gibi tasarım aşamasıda gerekli olacak öğeler bakımıda çok geiş bir veri tabaıa sahiptir. Buu yaı sıra kullaıcıları kedi verilerii programa yükleme imkâı da sağlamaktadır. Bir kaplama tasarımıı yapılabilmesi içi öcelikle hagi dalgaboyu aralığıda hagi isterler doğrultusuda çalışılacağı belirleir. Belirlee dalgaboyu değerleri karşılık gelecek, istee yasıtıcılık veya geçirgelik değerleri programı içeriside bulua hedef sayfasıda bir tablo halide taımlaır (Şekil 3.3). Şekil 3.3 Hedef tablosu Farklı yasıtıcılık ve geçirgelik değerleri içi hedef düzeleyicide grupladırma yapılarak toleras değerleri girilir (Şekil 3.4). 38

49 Şekil 3.4 Toleras değerleri tablosu Şekil 3.5 Işık kayağıı taımlaması 39

50 Hedef tamamladıkta sora tasarlaması istee sistemde kullaılacak ışık kayağı girilir. Eğer tasarlaacak sistem ışık kayağı olarak güeşi kullaacak ise düzeli dağılım seçeeği programda taımlaır (Şekil 3.5). Kullaılacak ola alttaş belirleerek, bu alttaşı bütü özellikleri programda taımlamalıdır (Şekil ). Şekil 3.6 Alttaşı taımlaması 4

51 Şekil 3. 7 Alttaşı verilerii taımlaması Bu işlemler yapıldıkta sora tasarlaacak kaplamaı çalışacağı dalgaboyu aralığıda kullaılabilir malzemeler araştırılarak, bu malzemelere ait optiksel veriler programda kırılma idisleri göz öüde buludurulup taımlaır. Kırılma idekslerie göre kodlaa malzemeleri yaı sıra tasarımı iyileştirmek içi alteratif malzemelerde taımlaabilmektedir. Şekil 3.8 de aa malzemeler olarak SiO ve TiO, alteratif malzeme olarak da MgF seçilmiştir. 4

52 Şekil 3.8 Malzemeleri taımlaması Tüm parametreler taımlaarak aa tasarım sayfası açılır, seçile düşük ve yüksek kırma idisli malzemelerde m kalılıkta katmalar hazırlaarak hedefe uygu optimum souç elde etmek içi düzeltmeler yapılır (Şekil ). Şekil 3.9 Aa tasarım sayfası 4

53 Şekil 3. Çift katmalı m kalılığıdaki tasarım öreği Bu basamak ardıda eedle optimizasyo tekiği kullaılarak yüksek ve düşük kırılma idisli malzemei oluşturduğu kombiasyou bozmamak içi katma sayısı ikişer ikişer arttırılır. Bu işlemi yapılabilmesi içi kademeli değerledirme ayarlarıı taımlaması gerekmektedir. Bu kısımda iyileştirmek istediğiiz tasarımı sıırları belirlemektedir (Şekil 3.). Katmalar ikişerli arttırılarak e optimum souç buluur. Aşağıda e optimum soucu buluabilmesi içi yapılmış ara basamaklarda bazıları gösterilmiştir (Şekil ). 43

54 Şekil 3. Optimizasyo değerleri Şekil 3. Optimizasyo souçları- 44

55 Şekil 3.3 Optimizasyo souçları- Şekil 3.4 Optimizasyo souçları-3 45

56 Şekil 3.5 Optimizasyo souçları-4 Şekil 3.6 Optimizasyo souçları-5 46

57 İsteile üretilebilir bir souca ulaşmak içi her iyileştirme işlemi souda kalılıklar kotrol edilmeli ve eğer üretilemeyecek kadar ice kalılıkta katmalar oluşursa bu katmalar tasarımda çıkarılarak ayı işlem tekrar uygulamalıdır. İyi bir souca ulaşıldıkta sora arttırıla katma sayısı souca çok fazla katkı sağlamamaya başlar. Bu durumda daha iyi bir souç elde etmek içi e so elde edile tasarıma alteratif olarak seçile malzeme ekleir ve tekrar iyileştirme işlemi yapılır (Şekil 3.7). Şekil 3.7 Optimizasyo soucu elde edile tasarım Bu şekilde ihai kaplama tasarımı elde edilmiş olur. 47

58 3.4 Karakterizasyo Şekil 3.8 Spektrofotometrei içyapısı ve ışı yolu İce film kaplamaları karakterizasyou farklı aletlerle yapılabilmektedir. Bularda bir taesi de spektrofotometredir. Spektrofotometre farklı dalgaboylarıdaki ışık şiddetii ölçmeye yaraya bir cihazdır. İçeriside bulua ışık kayağı tarafıda üretile ışık, dalgaboylarıa ayrıştırılarak ölçüm alıacak örek objeye göderilir. Hagi dalgaboyu aralığıda çalışılacaksa, oa uygu bir ışık kayağı kullaılmaktadır. Görüür ve yakı kızıl ötesi bölgede tugste lambalar kullaılmaktadır. Morötesi bölge içi döteryum lambalar e iyi soucu verir. Işık kayağıda yayıla ışı demetii mookromatör vasıtası ile dalgaboyu ayarlaır ve öreğe göderilir. Örekte geçerek detektöre ulaşa bu ışıları şiddetleri algılaarak elektrik siyalie döüştürülür. Bir yazılım vasıtası ile elde edile dalgaboyua karşı gele ışık şiddetlerie bağlı olarak geçirgelik ölçülmüş olur. 48

59 Spektrofotometreler, kulladıkları ışı demeti sayısıa göre; tek ışı demetli ve çift ışı demetli olmak üzere ikiye ayrılırlar. Tek ışı demetli spektrofotometrelerde bütü ışık örekte geçer. Çift ışı demetlilerde ise, öreğe ulaşmada öce ışık kayağıda çıka ışı iki demete ayrılır. Bularda biri referas verisi olarak kullaılırke, diğeri ise örekte geçer. Referas olarak kullaıla ve örekte geçe ışı demetlerii verileri ayı zamalarda alıdığı içi avatajlı bir yötemdir. Bazı çift ışı demetli spektrofotometrelerde iki tae detektör kullaılır, böylelikle örek ve referas ışı demetleri eş zamalı olarak ölçülür. Tek detektör kullaıla spektrofotometrelerde, peş peşe veri alıabilmesi içi chopper kullaılarak ışı demeti ikiye ayrılır. Şekil 3.8 de spektrofotometrei içyapısı ve ışı yolu gösterilmektedir. Şekil 3.9 Yasıtıcılık ölçümüde ışı demetii yasıtıcı yüzeye yöledirilmesi Yukarıda alatıla yötemle geçirgelik ölçülebilir. Spektrofotometrelerde yasıtıcılığı ölçmek içi ilave bir aygıt kullaılır. Örek hazesie yerleştirile bu ilave aygıt ile (Şekil 3.9) ışı öreğe göderilerek yasıtıcılık ölçümü alıır. 49

60 4. BULGULAR ve TARTIŞMA 4. Yasıma Egelleyici Kaplamalar Opti-Layer tasarım programı kullaılarak 4-9m tayfsal alada miimum yasıtıcılık elde edebilmek içi SiO, TiO ve MgF malzemeleri kullaılarak Şekil 4. de belirtile kalılıklarda kullaıla malzemeler (B: TiO, C: SiO ve A: MgF ) ile 5 katmalı tasarım elde edilmiştir. Şekil 4. Yasıtmaz kaplama tasarımıı malzeme ve kalılıkları 5

61 Tasarımı yapıla kaplamaları geçirgelik ve yasıtıcılık değerleri Şekil 4. de gösterildiği üzere sırası ile % ve %.545 dir. (a) (b) Şekil 4. Yasıtmaz kaplamaları; (a) ortalama geçirgeliği (T= % ), (b) ortalama yasıtıcılığı (R= %.545) Tasarımı yapılmış ola kaplamaları dalgaboyua karşılık gele yasıtıcılık ve geçirgelik grafikleri Şekil 4.3 de suulmuştur. 5

62 (a) (b) Şekil 4.3 Yasıtmaz kaplamaları; a. dalgaboyu- yasıtıcılık grafiği, b. dalgaboyugeçirgelik grafiği Tasarımları yapıla kaplamaları üretimleri, %99.99 orada saflığa sahip Umicore SiO, TiO ve MgF malzemeleri kullaılarak Leybold Syruspro marka yüksek vakumlu bir kaplama makieside gerçekleştirilmiştir. SiO ve TiO malzemelerii kullaıldığı 5

63 katmalar, plazma destekli elektro demetli buharlaştırma tekiği kullaılarak üretilmiştir. Üretim sürecide reaktif gaz olarak O gazı kullaılmıştır. MgF katmaları, sadece elektro demetli buharlaştırma tekiği kullaılarak üretilmiştir. Üretimde öce her malzeme içi ayrı ayrı kaplama makiesii kalibrasyoları yapılmıştır. Kalibrasyoları yapılabilmesi içi her malzemede çeyrek dalgaboyuda tek katmalı kaplamalar tasarlaarak üretimleri yapılmıştır. Üretim soucuda çıka souçlarla teorik veriler karşılaştırılarak, verilerde grafikteki kaymalar tespit edilmiştir. Bua bağlı olarak kaymalara sebep ola kalılık farkları hesaplamıştır. Bu şekilde her malzeme içi bir faktör taımlamış, bu faktör sayeside kaplama makieside isteile kalılıkta kaplamaları üretimi sağlamıştır. Yüzey kaplamalarıı homojeliğii ii ve tekrarlaabilirliğii test etmek içi vakum odacığıı içeriside bulua döer platformu farklı pozisyolarıa (Şekil 4.4) alttaşlar yerleştirilerek kez yasıtmaz kaplama işlemi tekrarlamıştır. Yasıtmaz kaplama öreklerii (Şekil 4.5), dalgaboyua karşılık gele yasıtıcılık değerleri Perki Elmer marka bir spektrofotometre kullaılarak laılarak ölçülmüş ve Şekil de suulmuştur. Şekil 4.4 Döer platformda alttaş pozisyoları 53

64 Şekil 4.5 Üretilmiş yasıma egelleyici kaplama örekleri Şekil 4.6 Kullaıla alttaşı yasıtıcılığı 54

65 Şekil 4.7 İlk üretile yasıma egelleyici kaplamaları dalgaboyu- yasıtıcılık grafikleri Şekil 4.8 İkici üretile yasıma egelleyici kaplamaları dalgaboyu- yasıtıcılık grafikleri 55

66 Yapıla yasıtmaz kaplamalarda, tasarımda gele ve üretim soucu elde edile ortalama yasıtıcılık değerleri Çizelge 4. de gösterilmektedir. Çizelge 4. Üretimi gerçekleştirilmiş örekleri ortalama ve maksimum yasıtıcılıkları Yasıtmaz Kaplamalar %R av %R max Tasarım,55,3 Pozisyo %R av %R max,47 %Ortalama Tayfsal Fark,466,558.Üretim Pozisyo 4,478,484,579 Pozisyo 8,455,4583,58 Pozisyo.45,4,5683 Pozisyo.37,3836,59. Üretim Pozisyo 4.359,3779,4968 Pozisyo 6.43,3854,599 Pozisyo 8.386,388,536 56

67 4. Yasıtıcı Kaplamalar Yasıtıcı kaplama çalışmaları dahilide 4 katmalı bir kaplama işlemi tasarlamıştır (Şekil 4.9). İlk katmada gümüş, ikici ve dördücü katmada SiO ve üçücü katmada TiO kullaılmıştır. Hazırlaa kaplama tasarımıı ortalama yasıtıcılığı Şekil 4. da gösterildiği gibi %98,54 olarak bulumuş ve tasarımı dalgaboyuyasıtıcılık grafiği Şekil 4. de suulmuştur. Şekil 4.9 Yasıtıcı kaplama tasarımıı malzeme ve kalılıkları 57