استخراج ضرایب شکست و خاموشی لایه های نازک ژرمانیوم و فلورید منیزیم در ناحیه فروسرخ میانی

به منظور طراحی و تولید ابزار و سامانه های اپتیکی نظیر فیلترهای تداخلی، سلول های خورشیدی و... دردست داشتن پارامترهای اپتیکی لایه های نازک بالاخص ضریب شکست و ضریب خاموشی با دقت بالا بسیار حائز اهمیت است. تاکنون روش های متعددی برای تعیین ضرایب فوق، ازسوی محققان گزارش شده است که به دو دسته کلی وابسته به تداخل و غیروابسته به تداخل تقسیم می شوند. روش بهینه سازی الگوریتم ژنتیک که در دسته دوم قرار می گیرد، یکی از روش های محاسباتی جهت تعیین ثوابت فوق است که در سال های اخیر، پیشرفت های سریع در فناوری ساخت رایانه ها، توانسته پاسخگوی حجم محاسبات پیچیده این روش باشد. ما در فصل آغازین این تحقیق، پس از ذکر تاریخچه مختصری از لایه-نشانی، به کاربردهای لایه های نازک اشاره کرده و به معرفی چند مورد از پرکاربردترین مواد مادون قرمز و نیز تغییرات ضریب شکست، ضریب خاموشی و درصد عبور این مواددر دماها و ضخامت های مختلف می-پردازیم. در فصل دوم، تعریف و انواع لایه ها و نیز شیوه های متنوع و مرسوم ساخت لایه های نازک را مورد مطالعه قرارخواهیم داد. در فصل سوم از این تحقیق، پس از مقدمه ای بر پدیده های بنیادی دانش نور، از پی گرفتن معادلات ماکسول، به تعیین ضرایب عبور و بازتاب سیستم لایه نازک-تیغه خواهیم رسید. سپس به مطالعه جامع و کامل روش های تعیین ثوابت اپتیکی لایه های نازک می پردازیم. نهایتا در فصل چهارم، ابتدا علت عدم استفاده از هریک از روش های فوق شرح داده می شود. سپس با مروری بر کلیات بهینه-سازی و تاریخچه علم ژنتیک، به معرفی اصطلاحات، عملگرها و مکانیزم الگوریتم ژنتیک خواهیم پرداخت. پس از برنامه نویسی و اجرای کد این روش به منظور حل یک مسئله ریاضی، کدی برای استخراج ثوابت اپتیکی(ضریب شکست و ضریب خاموشی) یک لایه نازک شبیه سازی شده، در یک طول موج معلوم نوشته-شد. میزان صحت و دقت نتایج این کد، با نتایج حاصل از نرم افزار طراحی و شبیه سازی لایه های نازک essential macleod که بروش ماتریسی مقادیر دقیقی از این ثوابت را نتیجه می دهد، مقایسه می شوند. پس از حصول اطمینان از نتایج برنامه(کد) نوشته شده، الگوریتم را برای گستره طول موجی مادون قرمز تعمیم داده و مجددا برای لایه های شبیه سازی شده امتحان کردیم که نتایج، با خطای کوچک(حدودا از مرتبه 2-10) همراه بودند. درنتیجه چهار لایه نشانی عملی(لایه فلوریدمنیزیم روی زیرلایه های سیلیکن و ژرمانیوم ونیز لایه ژرمانیوم روی زیرلایه های سیلیکن و سولفیدروی) بروش تبخیرحرارتی در خلأ انجام شد. بدلیل لحاظ نشدن بازتاب سطح دوم زیرلایه(سطح لایه نشانی نشده) در فرمول عبور مورداستفاده در کد، نتایج کد برای داده های عبور حاصل از طیف سنجی ftirبا خطا مواجه شدند که به کمک یک تکنیک ابتکاری و تبدیل آنها به داده های عبور ناشی از یک سطح آماده شدند. درپایان، توانستیم ثوابت فوق را برای لایه های نازک فلورید منیزیم و ژرمانیوم، با دقت بسیار خوبی در این گستره تعیین نماییم و برای هریک نمودارهایی برحسب طول موج رسم گردید.