BÀI TẬP LỚN KT CHÂN KHÔNG VÀ MÀNG MỎNG QUANG HỌC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ BỘ MƠN CƠ KHÍ CHÍNH XÁC & QUANG HỌC ***** BÀI TẬP LỚN KT CHÂN KHÔNG VÀ MÀNG MỎNG QUANG HỌC Giảng viên hướng dẫn : PGS.TS Nguyễn Thị Phương Mai TS.Nguyễn Thành Đơng Nhóm SV thực : Ngũn Thế Tài 20171712 Nguyễn Việt Thái 20171734 Hà Nội, ngày tháng 5, năm 2021 MỤC LỤC MỤC LỤC PHẦN 1: THIẾT KẾ HỆ CHÂN KHÔNG 1.1 Yêu cầu kỹ thuật 1.2 Tính toán thiết kế hệ chân không 1.2.1 Lý thuyết 1.2.2 Tính toán thiết kế 1.2.2.1 Đồ gá chi tiết 1.2.2.2 Các thành phần ghép nối và độ dẫn 1.2.2.3 Chọn bơm học 10 1.2.2.4 Chọn bơm chân không cao 13 1.2.2.5 Tính toán độ rị: 21 1.2.2.6 Chọn đồng hồ: 22 PHẦN 2.TẠO LỚP PHỦ CHO BEAM SPLITTER 24 2.1 Vai trò và yêu cầu lớp phủ màng quang học 24 2.2 Thiết kế lớp phủ 25 2.2.1 Độ đồng đều lớp phủ 25 2.2.2 Thiết kế lớp màng mỏng quang học 25 2.3 Quy trình cơng nghệ 29 2.3.1 Quy trình làm 30 2.3.2 Quy trình sấy 31 2.3.3 Quy trình tạo lớp phủ 32 2.3.4 Đo chiều dày lớp phủ 33 Trang TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 Trang PHẦN 1: THIẾT KẾ HỆ CHÂN KHÔNG 1.1 Yêu cầu kỹ thuật - Thiết kế hệ chân không chế tạo lớp phủ quang học chia chùm tia cho khối lăng kính chia chùm(bán thấu 50-50) Thiết kế buồng chân không với: - Số lượng chi tiết lần gá: - Kích thước chi tiết: khối lăng trụ tam giác 1/2'’(12.7mm) 1.2 Tính tốn thiết kế hệ chân khơng 1.2.1 Lý thuyết - Sử dụng bơm học rút trực tiếp các phân tử khí áp suất khơng khí 760 torr xuống áp suất 10−2(Torr) - Khi khơng khí áp suất thấp 10−2(Torr) đến 6,5.10−7(Torr), các phân tử khí định xứ bề mặt, quãng đường tự trung bình lớn kích thước buồng chân khơng Ở mức này ta rút khí ngoài theo dịng chảy phân tử của bơm turbo Trang Hình 1.1 Sơ đồ ngun lý hệ chân khơng 1.2.2 Tính tốn thiết kế 1.2.2.1 Đồ gá chi tiết Sau xác định khoảng cách bốc bay từ thuyền đến bề mặt chi tiết cần phủ, ta thiết kế đồ gá sau: Trang Hình 1.2 Đồ gá chi tiết beamsplitter Trang Thiết kế buồng hình vẽ sau: Hình 1.3 Buồng chân khơng Thể tích buồng chân khơng : V=𝜋 0,752 3,5 ≈6,2 l Chọn đường kính ống: 25 mm ≈ 0,25 dm Trang 1.2.2.2 Các thành phần ghép nối độ dẫn Van chân không Để tiết kiệm thời gian,công sức và đơn giản hóa ta chọn van điện từ với các thông số bảng DN 25 ISO-KF Hình 1.4 Van chân khơng điện từ Trang Bảng Thông số van Độ dẫn van: 𝐶1 = 14 𝑙/𝑠 Cút nối chữ thập Wave Cross Bảng Thông số cút nối chữ thập Độ dẫn: 𝐶2 = 18,9 l/s Trang Cút nối chữ T Bảng Thông số cút nối chữ T Độ dẫn 𝐶3 = 18,9 l/s Ống cong Pipe bend 90 Bảng Thông số ống cong Độ dẫn: 𝐶4 =18,9 l/s Trang 2.2 Thiết kế lớp phủ 2.2.1 Độ đồng đều lớp phủ Hình 2.2 Kích thước đồ gá chi tiết quang Ta có công thức 5.21[1]-tr237: ℎ = 𝑥 1/2 𝑡 √ −1 𝑡 với x=22 mm, h=100 mm  t≈99,9854 % (độ đồng đều lớp phủ) 2.2.2 Thiết kế lớp màng mỏng quang học Đối với thiết kế lớp màng mỏng quang học cho beamsplitter ta sử dụng phần mềm tính toán https://lightmachinery.com/optical-design-center/thin-film-cloud/ sau: - Chọn vật liệu nền thiết kế N-BK7(𝑛𝑁−𝐵𝐾7 = 1,519), lớp chiết suất thấp MgF2( 𝑛𝑀𝑔𝐹2 = 1.392), lớp chiết suất cao Nb2O5 (𝑛𝑁𝑏2𝑂5 = 2.373) Trang 25 Bảng 2.1 Thơng số u cầu lăng kính chia chùm 1/2’ Vùng bước sóng sử dụng 450-700 nm Bước sóng làm việc 532 nm Hệ số truyền qua-phản xạ 50-50% Góc tới Hình 2.3 Thơng số thiết kế 45° https://lightmachinery.com/optical-design-center/thin-filmcloud/ Trang 26 Ta thu kết thiết kế lớp lần lượt: 1.53H 1.27L 1.13H 1.58L 0.36H 0.69L 0.78H 1.42L tương ứng với bảng 2.2 Bảng 2.2 Thông số các lớp phủ lần lượt: Lớp Vật liệu Chiết suất Chiều dày(nm) Nb2O5 2.373 203.49 MgF2 1.392 168.91 Nb2O5 2.373 150.29 MgF2 1.392 210.14 Nb2O5 2.373 47.88 MgF2 1.392 91.77 Nb2O5 2.373 103.74 MgF2 1.392 188.86 Hình 2.4 Mặt cắt chi tiết sau phủ lớp Trang 27 Hình 2.5 Đồ thị hệ số truyền qua theo bước sóng lớp phủ đã tính tốn Trang 28 2.3 Quy trình cơng nghệ Hình 2.6 Quy trình làm sạch chi tiết ngồi buồng chân khơng Trang 29 2.3.1 Quy trình làm sạch Quy trình làm gồm hai giai đoạn làm trước và sau đưa chi tiết vào buồng chân khơng Quy trình 1: Làm ngoài buồng chân khơng (Làm bề mặt trước phủ) Quy trình này phụ thuộc vào vật liệu làm đế (các bề mặt chi tiết phủ màng mỏng) và thành phần của vật liệu làm đế Bước 1: Tẩy bẩn khô Bước 2: Sau bề mặt chi tiết tẩy phần chất bẩn người ta sử dụng nước ấm từ 70 – 80 độ C để làm lại sau đó dùng khăn hong khô, lau và đưa sang quy trình làm tiếp theo Bước 3: Lấy chi tiết ra, đưa sang bình chứa dung dịch axit loãng, thường là HNO3 1% HCl 2%, thời gian ngâm từ 10 – 15 phút Bước 4: Chi tiết sau tẩy và làm nước bước 1, ta đưa sang bước và rửa dung dịch kiềm; NaOH, Ca(OH)2 nồng độ 5% 10 – 15 phút Bước 5: Chi tiết sau rửa xong dung dich kiềm rửa lại cách rửa nước với tốc độ chảy xác định bề mặt chi tiết Bước 6: Lấy chi tiết từ bình ra, rửa nước cất và máy siêu âm để tạo thành các rung động với tần số lớn làm cho các phần tử bám bề mặt chi tiết bị nở Các chi tiết sau làm bước đưa sang bình nước cất lau khơ vải bong dệt kim Bước 7: Chi tiết đưa lên buồng sấy khô nhiệt độ tủ sấy 120 – 150 độ c, độ chân không 10−1 Torr Trang 30 Bước 8: Chi tiết sau sấy khô, rửa lại các dung dịch dễ bay axetol, cồn Khi làm chi tiết qua quy trình phải tiếp tục làm tiếp chi tiết buồng chân không Nguyên nhân là bề mặt chi tiết cịn chất bẩn bám lại và đọng lại các chất làm Quy trình 2: Làm buồng chân khơng: quá trình chế tạo màng mỏng quang học trước tạo màng cần phải làm chi tiết buồng chân không Nguyên lý làm thường sử dụng phương pháp phóng điện khí và diễn mơi trường có độ chân không 10−1 – 10−2 Torr Ở chu kì cuối quá trình bơm sơ cấp sẽ tiến hành làm buồng chân không hệ thống Glimen 2.3.2 Quy trình sấy Kết thúc quá trình làm buồng chân khơng là quá trình sấy Quá trình sấy thực dây mayxo (hoặc bóng đèn đặt dưới góc buồng chân không) khoảng thời gian đến 10 phút Trang 31 2.3.3 Quy trình tạo lớp phủ Hình 2.7 Sơ đồ quy trình gia cơng lớp phủ Trang 32 Quy trình chế tạo: - Buồng chân không hút chân không đến 6,5.10-7 Torr - Cấp điện cho thuyền chở vật liệu, vật liệu nóng chảy và đến nhiệt độ bay hơi, ion MgF2(hoặc Nb2O5) bay lên khỏi thuyền - Quy trình tăng(giảm) cường độ dòng điện từng nồi riêng biệt để thay đổi tốc độ chế tạo lớp phủ kết hợp đóng mở chắn ion theo các lớp bảng 2.2 kết hợp thiết bị đo chiều dày màng chi tiết quang Khi bốc bay vật liệu cho lớp cấp nguồn cho nó đến đạt chiều dày thiết kế, ngắt nguồn và tiếp tục thực với vật liệu lớp thứ cho đến hết 2.3.4 Đo chiều dày lớp phủ Do yêu cầu chi tiết quang đạt chiều dày xác cao cần sử dụng đánh giá chiều dày quang học theo sơ đồ nguyên lý: Trang 33 Hình 2.8 Sơ đồ thiết bị Ta đánh giá hệ số trùn qua bảng 2.3 để lập quy trình cơng nghệ điều khiển quá trình gia cơng sử dụng nguồn sáng 532 nm Bảng 2.3 Hệ số truyền qua quy trình gia cơng lớp phủ Số lớp Hệ số 80,13 86,95 59,17 59,06 49,68 66,56 32,26 48,26 truyền qua (%) Trang 34 Hình 2.9 Đồ thị hệ số truyền qua lớp bước sóng 532 nm đạt 80,13% Hình 2.10 Đồ thị hệ số truyền qua lớp bước sóng 532 nm đạt 86,95% Trang 35 Hình 2.11 Đồ thị hệ số truyền qua lớp bước sóng 532 nm đạt 59,17% Hình 2.12 Đồ thị hệ số truyền qua lớp bước sóng 532 nm đạt 59,06% Trang 36 Hình 2.13 Đồ thị hệ số truyền qua lớp bước sóng 532 nm đạt 49,68% Hình 2.14 Đồ thị hệ số truyền qua lớp bước sóng 532 nm đạt 66,56% Trang 37 Hình 2.15 Đồ thị hệ số truyền qua lớp bước sóng 532 nm đạt 32,26% Hình 2.16 Đồ thị hệ số truyền qua lớp bước sóng 532 nm đạt 48,26% Trang 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Kỹ thuật chân không và công nghệ bề mặt – Nguyễn Thị Phương Mai [2] Tài liệu sử dụng catalog Leybol 2020 Phần mềm web thiết kế màng mỏng quang học https://lightmachinery.com /optical-design-center/thin-film-cloud/ Trang 39 ... 24 2.1 Vai trò và yêu cầu lớp phủ màng quang học 24 2.2 Thiết kế lớp phủ 25 2.2.1 Độ đồng đều lớp phủ 25 2.2.2 Thiết kế lớp màng mỏng quang học 25... của màng tạo với tia tới góc 45° - Sử dụng phương pháp bốc bay kim loại (nóng chảy và bay kim loại) Do yêu cầu kỹ thuật của màng mỏng quang học (lăng kính chia chùm) có tính chất quang. .. bề mặt chi tiết cịn chất bẩn bám lại và đọng lại các chất làm Quy trình 2: Làm buồng chân khơng: quá trình chế tạo màng mỏng quang học trước tạo màng cần phải làm chi tiết buồng chân