DE2245222A1

DE2245222A1 - Geschichtetes, strahlungsdurchlaessiges gebilde mit parallelen flaechen

Info

Publication number: DE2245222A1
Application number: DE2245222A
Authority: DE
Inventors: Michel Croset; Gonzalo Velasco
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1971-09-16
Filing date: 1972-09-14
Publication date: 1973-03-22
Also published as: FR2152462A1; US3825318A; FR2152462B1; GB1381644A; JPS4876549A

Description

Geschichtetes, strahlungsdurchlässiges Gebilde mit parallelen Flächen

Die Erfindung betrifft eine Anwendung des Prinzips der Vakuumabscheidungsmethode.

Dieses Prinzip ist das folgende:

In einem Vakuumbehälter erzeugt man, beispielsweise durch Kathodenzerstäubung oder durch Verdampfung, einen Strom von Teilchen eines Elements- A, die sich dann auf einem Substrat absetzen.

Wenn man während des Betriebs gleichzeitig auf dem gleichen Substrat ein mit dem Element A unter Bildung der chemischen Verbindung A-JL·. reaktionsfähiges Element B kondensiert, kann

Dr. Ha/Pe

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man in einer Vielzahl von Fällen durch Steuerung des Stroms von auf das Substrat auftreffenden Teilchen B gegenüber dem Strom von Teilchen A einen Niederschlag erhalten, dessen nicht-stöchiometrische chemische Zusammensetzung zwischen A und A„B„ variiert. Man kann somit durch Steuerung des Teilchenstroms B eine Abscheidung erhalten, deren Brechungsindex zwischen η , dem Brechungsindex von A, und N , dem Brechungsindex der stochiometrisehen Verbindung A^B^· variiert. Der steuerbare Teilchenfluß B kann entweder dadurch erhalten werden, daß man B, wenn dieses gasförmig ist, in den Behälter unter einem Partläldruck einleitet oder indem man den Teilchenstrom B wie A durch Kathodenzerstäubung oder Wärmeverdampfung erzeugt.

Die Erfindung betrifft ein inhomogenes dünnes Plättchen mit strahlungsdurchlässigen parallelen Flächen, dessen Brechungsindex .an einem gegebenen Punkt eine vorherbestimmte Funktion seines Abstandes Z von einer der Plättchenflächen ist; die Erfindung umfaßt auch die möglichen Anwendungszwecke eines solchen Gebildes.

Die Erfindung wird an Hand der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung besser verständlich.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Kathodenzerstäubung, mit welcher man das erfindungsgemäße Gebilde erhalten kann;

Fig. 2 das erfindungsgemäße Gebilde;

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Pig. 3 eine erläuternde graphische Darstellung;

Pig. 4 ein Beispiel für eine mit dem Gebilde von Pig. 2 arbeitende Torrichtung und

Pig. 5 eine abgeänderte Ausführungsform der Vorrichtung von Pig. 4.

In Pig. 1 ist eine Vorrichtung zur Kathodenzerstäubung dargestellt, mit welcher man das erfindungsgemäße Gebilde erhalten kann. ; .

Die Vorrichtung umfaßt einen dichten Behälter 1. In diesem Behälter sind eine aus dem zu zerstäubenden Metall bestehende Kathode 2 und eine Metallkathode 3, auf welcher die Abscheidung erfolgt, angeordnet. Die Kathode ist an dem Behälter mittels kleiner Stützen J- befestigt.

Die Anode 6 ist an dem Behälter über die Isolatoren 5 befestigt.

Eine Gleichstromquelle 60 ist mit ihrem negativen Pol an die Kathode und mit ihrem positiven Pol an die Anode angeschlossen.

Der Behälter enthält ein neutrales Gas, z.B. Argon unter sehr geringem Druck.

Eine Leitung 71 auf welcher ein Elektroventil 8 angeordnet ist, führt das Reaktionsgas zu. Dieses Elektroventil wird durch ein Programmiergerät gesteuert.

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Die Wirkungswelse der ganzen Anordnung ist die folgende:

Das Programmiergerät 9 variiert in Abhängigkeit von der Zeit den Durchfluß durch das Elektroventil so, daß man während der Dauer der Zerstäubung einen Partlaldruck des Reaktionsgases erhält, der kontinuierlich von P< bis P« am Ende der Zerstäubung zunimmt, wobei die beiden Drücke geringer sind als der zur Erzielung des stöchiometrischen Gemischs erforderliche Druck P .

Beispielsweise nimmt man als zu zerstäubendes Metall Tantal und als Reaktionsgas Sauerstoff.

Das erhaltene Gebilde ist in Fig. 2 dargestellt. Bs ist ein aus einer Mischung von Tantal und Tantaloxid aufgebautes geschichtetes Gebilde, das die Form eines dünnen Plättchens mit parallelen Seiten besitzt, mit zwei äußeren Flächen 10 und 11. Es besitzt die folgende optische Eigenschaft: sein Brechungsindex ist über die Dicke der Schicht nicht konstant; er ist.vielmehr eine Funktion der Koordinate Z, die entlang einer zu den Flächen senkrechten Achse verläuft und von einem Punkt 0 einer der Außenflächen ausgeht.

Im Falle von Tantal und für einen Sauerstoffpartlaldruck P der von P₁ bis P₂ < P₀ zunimmt, variiert der Brechungsindex von n₁ bis n₂, wobei er in dem Maße abnimmt, in welchem der Anteil des in dem Gemisch abgeschiedenen Tantals abnimmt! der Brechungsindex von Tantal n_Q ist 3,3 und derjenige Von Tantaloxid, F₀ ist 2,2.

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Die Änderungen von IT als Punktion von Z sind in Fig. 3 dargestellt. N variiert von einem Wert N^ für Z = O bis zu einem Wert N₂ für Z = .1, wobei 1 die Dicke des Plättchens bedeutet, die etwa 1 bis 10 Micron beträgt.

Wenn P^ gleich O ist, hat man Ή^ = η und wenn P₂ = P hat man Bf« = BL. Der maximale Inderungsbereich beträgt somit von 3,3 bis 2,2. In Wirklichkeit liegt P₁ nahe bei P₀, Tantal ist für sichtbares Licht nicht durch- " lässig, während das Tantaloxid durchsichtig ist.

Ein nach diesem Verfahren erhaltenes dünnes Plättchen ist von großem Interesse für die Herstellung einer Vorrichtung zur Kopplung einer Lichtquelle mit einem optischen Wellenleiter, z.B. einer Gruppe von Glasfasern. Bekanntlich sind solche Wellenleiter Röhren, deren Querabmessung sehr gering, allerdings groß gegenüber der fortzupflanzenden Wellenlänge sind, und die nur dann ohne merkliche Verluste das Licht durchlassen, wenn an ihrem Eintrittsende die Lichtstrahlen etwa parallel zu ihrer Achse verlaufen. Bis jetzt war die Kopplung einer Lichtquelle mit einem solchen Wellenleiter unter den richtigen Bedingungen schwierig.

Die in Fig. 4 dargestellte Vorrichtung ermöglicht die Lösung dieses Problems.

Die nicht dargestellte Lichtquelle ist beispielsweise ein "Laser", der ein genau paralleles Lichtstrahlenbündel 13 aussendet.

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Diese Strahlen treffen alle unter einem Einfallswinkel i auf die Fläche 11 auf. Sie dringen in die Schicht ein, nachdem sie eine Brechung erfahren haben; der Brechungswinkel wird durch die Gleichung sin i = n^ sin r gegeben.

In dem Maße, in welchem sie in das dünne Plättchen eindringen, nimmt der Brechungswinkel zu, wenn sie nämlich auf Schichten mit abnehmendem Brechungsindex treffen, bis zu dem Moment, wo bei stets gleicher Eindringtiefe für alle Strahlen s.ie dann parallel zur Achse des dünnen Plättchens verlaufen. Alle Strahlen sind dann gleich langen optischen Wegen gefolgt und ihre Bahnen sind parallel zur Längsachse des Plättchens gegeneinander verschoben.

Die optische Faser I4 wird dann auf einer Endfläche 16 des Plättchens parallel zu dessen Achse in dem Bereich angeordnet, wo sich die durch das Plättchen gebrochenen parallelen Lichtstrahlen konzentrieren. Diese Faser besteht beispielsweise aus Tantaloxid.

Will man nicht nur eine optische Faser, sondern ein paralleles Faserbündel erregen, kann man die abgeänderte Vorrichtung von Fig. 5 verwenden.

Bei dieser Vorrichtung ist am Austrittsende des Plättchens ein I'indel aus optischen Fasern 15 angeordnet.

Eine Linse 18 liefert ausgehend von einer punktförmigen Strahlenquelle 17 ein divergierendes Lichtstrahlenbündel 19, wobei die Einfallswinkel der äußersten Strahlen i^ bzw. ip

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sind und i₂>i^ ist*

Der Strahl mit dem Einfallswinkel i.j dringt in das Plättchen ein, wobei er zur Senkrechten einen kleineren Winkel Γη hat, als der Eindringwinkel r₂. des Strahls mit dem Einfallswinkel i«. Er weicht von der Senkrechten "beim, weiteren Eindringen nach dem vorstehend angegebenen Mecha nismus ab und verläuft in einer bestimmten Tiefe l* parallel zur Achse des Plattchens.

Der Strahl mit dem Einfallswinkel i„ wird in einer Tiefe I₀^l₁ parallel' zur Plattchenachse. Alle Strahlen werden am Austrittsende des PlättßJiena?. in dem Bereich zwischen den Ordonaten Ip und l^

Die an die Seite dieses Bereichs angeschlossenen optischen Pasern nehmen die licht strahlen dann- unter dem richtigen Einfallswinkel auf, -^- ->

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Claims

Patentansprüche

Geschichtetes strahlungsdurchlässiges Gebilde mit parallelen Flächen, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Schichten aus einer Mischung eines Elements mit einem mit diesem Element eine chemische Verbindung bildenden anderen Element besteht, wobei die Anteile in der Mischung kontinuierlich von einer Seite des Gebildes in gleicher Weise wie der Brechungsindex des Gebildes variieren.
2. Schichtgebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Elements in dem Gemisch gleichmäßig von einer Seite zur anderen ebenso wie der Brechungsindex des Gebildes abnimmt.
3. Schichtgebilde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Element ein Gas ist.
4. Schichtgebilde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Element Tantal und die mit dem anderen Element gebildete Kombination Tantaloxid ist.
5. Schichtgebilde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es eine senkrecht zu den beiden parallelen Flächen verlaufende ebene Austrittsfläche besitzt und mit einer optischen Vorrichtung verbunden ist, um auf die Seite mit dem höchsten Brechungsindex ein Lichtstrahlenbündel zu richten, wobei ein Wellenleiter in Richtung seiner senkrechten Achse an das Austritt sende angeklebt ist, um die in dem Schichtgebil-

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de gebrochenen Strahlen aufzunehmen, nachdem sie eine zu dieser Achse parallel verlaufende Richtung eingenommen haben.
6. Schichtgebilde nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Belichtungsvorrichtung parallele Strahlen aussendet.
7. Schichtgebilde nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Belichtungsvorrichtung ein divergierendes Lichtstrahlenbündel aussendet.
8. Vorrichtung zur Herstellung des Schichtgebildes nach Anspruch 3 durch Kathodenzerstäubung, enthaltend einen dichten Behälter, eine aus dem Element bestehende Kathode, eine Anode, auf welcher sich das Gebilde abscheiden soll, eine Spannungsquelle, die zwischen Kathode und Anode ein elektrisches Feld erzeugt, ein unter geringem Druck den Behälter füllendes neutrales Gas und eine Einführungsleitung zur Einleitung eines mit dem Element reaktionsfähigen Gases, dadurch gekennzeichnet, daß ein Programmiergerat vorgesehen ist, um während der Zerstäubung kontinuierlich den Partialdruck des Reaktionsgases in dem Behälter zu variieren*

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