Az optikai vékony filmek jellemző alapelve és osztályozása

A tudomány és a technológia fejlődésével és a gazdasági globalizációval a mai emberek beléptek a tudásalapú társadalomba és az információs társadalomba. És a "Kínában gyártott" fejlesztésével az optikai gyártás a szárazföldi Kína földjén emelkedik és fejlődése rendkívül gyors. Kína optikai gyártása fontos szerepet játszik a nemzetközi gazdasági arénában, és az optikai üveg és optikai alkatrészek kibocsátása Kínában majdnem az első helyen áll. Az optikai film egy vagy több filmréteg, amely az optikai alkatrészek felületére van bevonva az optikai alkatrészek felületi jellemzőinek megváltoztatásával. Lehet fém, dielektromos film vagy ezeknek a kétféle filmnek a kombinációja. Az optikai vékony film nélkülözhetetlen része a fejlett fotoelektromos technológiák minden fajtájának. Ez nem csak a rendszer teljesítményét javíthatja, hanem szükséges eszköz a tervezési cél, az optikai vékony film alkalmazási területének és az optikai rendszer minden aspektusának, beleértve a lézerrendszert, az optikai kommunikációt, az optikai kijelzőt, az optikai tárolást stb., Eléréséhez, A legfontosabb optikai vékony film eszközök közé tartozik a fényvisszaverő film, a tükröződésgátló film, a polarizációs film, az interferencia szűrő és a spektroszkóp stb. Széles körben használják a nemzetgazdaságban és a honvédelem építésében, és a tudományos és műszaki dolgozók egyre nagyobb figyelmet kaptak.
Jelenleg több mint 60 féle általános fajta optikai bevonatú anyag van, ezek változatát és alkalmazási funkcióit továbbra is folyamatosan fejlesztették. Az utóbbi években fém filmrendszerré fejlődött, amikor az arany, ezüst, réz és alumínium vastagsága 7 ~ 20 ° C-on. A látható fény átbocsátó képessége 50%, az infravörös fényé pedig kevesebb, mint 10%. Ezt a fajta vékony fóliát sikeresen alkalmazták az Apollo űrhajó paneljén a látható fény egy részének továbbítására, és szinte az összes infravörös fény visszatükröződik hőszabályozás céljából. A következő cikk elsősorban az optikai vékony filmek jellemző elvét és osztályozását mutatja be.
I. Az optikai film meghatározása
Az optikai film egyfajta optikai közeg, amely vékony rétegű közegből áll, és a felületen keresztül terjeszti a fénynyalábot. Az optikai film alkalmazása az 1930-as években kezdődött. Az optikai filmet széles körben használják az optika és a fotoelektron technológia területén, különféle optikai eszközök gyártásával. Az előkészítő csík magas és finom részeket igényel.
Az optikai film meghatározása: az optikai eszköz felületéhez erősített vékony és egyenletes dielektromos filmréteg a fényterjedési folyamat során, a visszaverődés, áthatolás (hajtogatás), amikor áthaladnak a rétegelt dielektromos filmrétegen), például a kibocsátás és polarizációt, annak érdekében, hogy egy vagy több hullámsávban megkívánjuk a kívánt fény speciális formáit, például az összes áthaladó fényt vagy az összes fényvisszaverődést vagy polarizációt.
Az optikai film életünk mindenütt megtalálható, a precíziós és az optikai berendezésektől, a megjelenítő berendezésektől az optikai film mindennapi alkalmazásáig; például szemüveget, digitális fényképezőgépet, mindenféle háztartási készüléket, amelyeket rendes körülmények között viselnek, vagy a bankjegyek hamisításellenes technológiáját nevezhetjük az optikai filmtechnika alkalmazásának kiterjesztésére. Az optikai vékonyréteg-technológia nélkül, amely a fejlődés alapja, a modern fotoelektromos, kommunikációs vagy lézertechnológia nem fog haladást elérni, ami szintén megmutatja az optikai vékonyréteg-technológia kutatásának és fejlesztésének fontosságát.
Az optikai film egy vagy több dielektromos film vagy fémréteg bevonására vagy bevonására vonatkozik, vagy ezen kétféle film kombinációjára optikai elemekre vagy független hordozókra a fényhullámok átviteli tulajdonságainak megváltoztatása céljából, ideértve az átvitelt, a visszaverődést és az abszorpciót. , szórás, polarizáció és fázisváltozás. Ezért a megfelelő tervezés révén módosíthatók az elemek felületének permeabilitása és reflexiósága a különböző hullámsávokban, és a különféle polarizációs síkokban levő fénynek is lehetnek különböző tulajdonságai.
Általánosságban elmondható, hogy az optikai vékonyrétegek gyártási módjait főleg száraz és nedves eljárásokra osztják. Az úgynevezett száraz típus azt jelenti, hogy a feldolgozási folyamat során nem jelenik meg folyadék. Például a vákuum bepárlás a szilárd alapanyagok elektromos energiával történő melegítése vákuum környezetben, gázzal történő szublimáció után a szilárd alapanyag felületéhez kapcsolódik a bevonási folyamat befejezéséhez. A mindennapi életben látható dekorációs arany, ezüst vagy fém csomagolófólia száraz bevonattal készült termék. Tekintettel a tényleges tömegtermelésre, a száraz bevonat alkalmazási tartománya kisebb, mint a nedves bevonat. A nedves bevonás általános módja az, hogy a különféle funkciókkal rendelkező komponenseket összekeverik folyékony bevonattal, és ezeket az alapanyagra különféle feldolgozási módszerekkel felhordják, majd megszárítják és megszilárdítják a folyékony bevonatot a termék előállításához.
II. A vékonyréteg-interferencia elve
1. A fény ingadozása
Az 1860-as években az amerikai fizikus, Maxwell kifejlesztette az elektromágneses elméletet, rámutatva, hogy a fény egyfajta elektromágneses hullám, ami a hullámelmélet tökéletes szintjére fejlődik.
A Bo Li fény kettőssége szerint a fény ugyanaz, mint a rádióhullámok, röntgen,? A sugarak elektromágneses hullámok, de a frekvencia eltérő. Az λ hullámhossz, az u frekvencia és az elektromágneses hullám V terjedési sebessége közötti kapcsolat a következő:
V = λ u
Mivel Németországban a különféle frekvenciájú elektromágneses hullámok terjedési sebessége egyenlő, a különböző frekvenciájú elektromágneses hullámok hullámhossza is eltérő. A magas frekvenciájú hullámhossz rövid, míg az alacsony frekvenciájú hullámhossz hosszú. Az összehasonlítás érdekében a rádióhullám, infravörös, látható fény, ultraibolya, röntgen és? A sugarak, stb. Hullámhossza (vagy frekvenciája) sorba rendezi azokat egy spektrumba, amelyet elektromágneses spektrumnak hívnak.
Az elektromágneses spektrumban a rádióhullámok a leghosszabb hullámhosszúak, amelyeket hosszú hullámra, közepes hullámra, rövid hullámra, ultrahullámú hullámra, mikrohullámra és így tovább oszthatunk. A második az infravörös, a látható és az ultraibolya sugarak, amelyeket együttesen sugárzásnak hívnak. Az összes elektromágneses hullám közül az emberi szem csak a látható fényt látja. A látható fény hullámhossza körülbelül 0,76 mikron és 0,40 mikron között van, ami az elektromágneses spektrumnak csak egy kis részét teszi ki. A második a röntgen. A legrövidebb hullámhosszú elektromágneses hullám y Ray.
Mivel a fény egyfajta elektromágneses hullám, meg kell adnia annak jellemzőit a terjedés-interferencia, diffrakció, polarizáció és egyéb jelenségek során.
2. Vékony film interferencia
A film lehet átlátszó szilárd, folyékony vagy vékony gázréteg, amelyet két üvegdarab szorít be. Az első fénysugár a film felső felületén visszatükröződik, a törött fényt a film alsó felülete tükrözi, a második fénysugár pedig a felső felület tükrözi. A két sugár a film ugyanazon oldalán helyezkedik el, elválasztva ugyanazt a bejövő rezgéstől, koherens fény és tartozik az amplitúdó-interferenciahez. Ha a fényforrás kiterjesztett fényforrás (felszíni fényforrás), akkor az interferencia csak a kétfázisú száraz sugarak meghatározott átfedő területén figyelhető meg, tehát a lokális interferencia része. Azok a síkfilmek esetében, amelyek két felülete egymással párhuzamos, az interferenciacsík a végtelenben helyezkedik el, amelyet általában a kép fókusz síkjában megfigyelnek egy konvergens lencse segítségével; ék alakú filmek esetén az interferencia szélső lokalizáció a film közelében van.
A kísérletek és az elméletek egyaránt bebizonyították, hogy csak akkor, ha a fényhullámok két oszlopa bizonyos kapcsolatban van, zavaró csíkok keletkezhetnek. Ezeket a kapcsolatokat koherens feltételeknek nevezzük. A vékony film száraz körülményei három pontot tartalmaznak: a két fényhullám frekvenciája azonos; a két fényhullám rezgési iránya azonos; a két fényhullám közötti fáziskülönbség állandó marad.
A vékony film által befolyásolt kétfázisú száraz fény optikai útkülönbség-képlete:
δ = ntcos (α) ± λ / 2
A képletben n a film törésmutatója; t a film vastagsága a beesési ponton; α a törés szöge a filmben; λ / 2 azért van, mert két koherens fénynyaláb két felületen helyezkedik el, különböző tulajdonságokkal (az egyik optikai sűrűségű közeg és optikai sűrűségű közeg, a másik optikai sűrűségű közeg és optikai sűrűségű közeg között van). A vékonyréteg-interferencia elvét széles körben alkalmazzák az optikai felület ellenőrzéséhez, az apró szög vagy a linearitás pontos méréséhez, a tükröződésgátló film és az interferenciaszűrő előállításához stb.
A fényt az eredeti atom vagy molekula mozgási állapotának megváltozása követi a sugárzásban. Az egyes atomok vagy molekulák által kibocsátott fényhullám csak egy rövid oszlop, az időtartama körülbelül 1 milliárd másodperc. Két független fényforrás esetében nem könnyű teljesíteni a három interferencia feltételt, például ugyanazt a fázist vagy állandó fáziskülönbséget a speciális piacokon, ezért két független általános fényforrás nem képezhet koherens fényforrást. Sőt, még az ugyanazon fényforrás különböző részei által kibocsátott fény nem is zavarja általában, mert ezeket különböző atomok vagy molekulák bocsátják ki.
3. Az optikai film jellegzetes osztályozása
A fő optikai vékonyréteg-eszközök közé tartozik a fényvisszaverő film, a fényvisszaverésgátló film, a polarizációs film, az interferenciaszűrő, a spektroszkóp és így tovább, amelyeket széles körben használnak a nemzetgazdaságban és a honvédelem építésében. A tudományos és műszaki dolgozók egyre nagyobb figyelmet fordítottak rá. Például, a tükrözésgátló film használata tízszeresére csökkentheti a komplex optikai lencse fényáram veszteségét; a nagy reflexiós filmarányú tükör használata megduplázhatja a lézer kimeneti teljesítményét; az optikai vékony film használata javíthatja a szilícium elem hatékonyságát és stabilitását.
A legegyszerűbb optikai filmmodell egy egyenletes dielektromos filmréteg sima felülettel és izotrop felülettel. Ebben az esetben az optikai vékonyrétegek optikai tulajdonságait a fény interferenciaelméletével lehet megvizsgálni. Ha az optikai filmre egy sík monokróm fény hullámai kerülnek, akkor annak két felületén többször visszatükröződik és refraktálódik. A visszavert fény és a refrakált fény irányait a visszaverődés és a refrakció törvénye adja meg, a visszavert fény amplitúdóját Fresnel-formula határozza meg.
Az optikai filmeket fel lehet osztani: fényvisszaverő film, tükröződésgátló film / tükröződésgátló film, szűrő, polarizáló / polarizáló film, kompenzációs film / fáziskülönbség lemez, igazító film, diffúziós film / film, élénkítő film / prizmatikus lencse / kondenzátor, árnyékoló film / fekete és fehér ragasztó stb. A kapcsolódó származékok között szerepel az optikai védőfólia, az ablakszűrő stb.
Az optikai film jellemzői: a felület sima, a filmrétegek közötti felület geometriai szegmentálást mutat; a filmréteg törésmutatója ugrálhat az interfészen, de a filmrétegben folyamatos; átlátszó közeg, abszorpciós közeg is lehet; lehet normál egyenletes vagy normál egyenetlen. Az alkalmazott film sokkal bonyolultabb, mint az ideális film. Ennek oka az, hogy: az előkészítés során a film optikai és fizikai tulajdonságai eltérnek az ömlesztett anyagtól, a felület és a felület durva, ami a fénysugár diffúz visszaverődéséhez vezet; a filmrétegek közötti kölcsönös behatolás képezi a diffúziós felületet; a filmréteg növekedése, szerkezete, stressz és egyéb okok miatt a film mindenféle heterogenitása kialakul; a filmrétegnek komplex időhatása van.
A fényvisszaverő filmet általában két típusra lehet osztani: az egyik fémreflexiós film, a másik pedig teljes dielektromos fényvisszaverő film. Ezen kívül van egy fém dielektromos fényvisszaverő film, amely a kettőt kombinálja, amelynek a feladata az optikai felület reflexiójának növelése.
Általában a fémek viszonylag nagy kioltási együtthatóval rendelkeznek. Amikor a fénysugár a fém felületén a levegőből érkezik, a fémbe belépő fény amplitúdója gyorsan csökken, ami a fémbe belépő fényenergia ennek megfelelően csökken, miközben a visszavert fényenergia növekszik. Minél nagyobb az extinkciós együttható, annál gyorsabban csökken a fény amplitúdója. Minél kevesebb fényenergia jut a fémbe, annál nagyobb a visszaverődés. Az emberek mindig a nagy kioltási együtthatóval és stabil optikai tulajdonságokkal rendelkező fémeket választják fémrétegként. Az ultraibolya tartományban általánosan használt fém vékony anyag az alumínium, az alumíniumot és az ezüstöt általában a látható részben, az aranyat, ezüstöt és rézet általában az infravörös tartományban használják. Ezen felül a krómot és a platint gyakran használják membránanyagként néhány speciális filmnél. Mivel az alumínium, az ezüst, a réz és más anyagok könnyen oxidálódnak a levegőben és csökkentik teljesítményüket, ezeket elektromos dielektromos membránnal kell védeni. Az általánosan használt védőfólia anyagok a szilícium-oxid, magnézium-fluorid, szilícium-dioxid, alumínium-oxid stb.
A fémvisszaverő film előnye, hogy az előkészítés egyszerű és a működési hullámhossz-tartomány széles; hátránya, hogy a fényveszteség nagy, és a visszaverődés nem lehet túl magas. A fémvisszaverő fólia visszaverőképességének további javítása érdekében a fólia külső oldalán több, bizonyos vastagságú dielektromos rétegréteg bevonható, hogy a fém dielektromos fényvisszaverő fóliát képezzék. Hangsúlyozni kell, hogy a fém dielektromos film növeli egy bizonyos hullámhossz (vagy egy bizonyos hullámrégió) reflexióját, de megsemmisíti a fém film semleges visszaverődésének jellemzőit.