Zasada charakterystyczna i klasyfikacja cienkich warstw optycznych

Wraz z rozwojem nauki i technologii oraz globalizacją gospodarczą dzisiejsi ludzie weszli do społeczeństwa gospodarki opartej na wiedzy i społeczeństwa informacyjnego. Wraz z opracowaniem „Made in China” produkcja optyczna jest na ascendencie w kraju Chin kontynentalnych, a jej rozwój jest niezwykle szybki. Produkcja optyczna w Chinach zaczęła odgrywać ważną rolę na międzynarodowej arenie gospodarczej, a produkcja szkła optycznego i części optycznych w Chinach jest prawie na pierwszym miejscu. Folia optyczna to jedna lub więcej warstw folii powleczonej na powierzchni części optycznych poprzez zmianę właściwości powierzchni części optycznych. Może to być folia metalowa, dielektryczna lub kombinacja tych dwóch rodzajów folii. Cienka warstwa optyczna jest niezbędną częścią wszelkiego rodzaju zaawansowanych technologii fotoelektrycznych. Może nie tylko poprawić wydajność systemu, ale także jest niezbędnym środkiem do osiągnięcia celu projektowego, zakresu zastosowania cienkich warstw optycznych i wszystkich aspektów systemu optycznego, w tym systemu laserowego, komunikacji optycznej, wyświetlacza optycznego, pamięci optycznej itp. głównymi optycznymi urządzeniami cienkowarstwowymi są: folia odblaskowa, folia antyodbiciowa, folia polaryzacyjna, filtr interferencyjny i spektroskop itp. Były one szeroko stosowane w gospodarce narodowej i budownictwie obrony narodowej i zyskały coraz większą uwagę pracowników naukowych i technicznych.
Obecnie istnieje ponad 60 rodzajów popularnych odmian optycznych materiałów powłokowych, a ich odmiany i funkcje aplikacji są ciągle rozwijane. W ostatnich latach rozwinęła się w system folii metalowej, gdy grubość złota, srebra, miedzi i aluminium wynosi 7 ~ Przy 20um, jego transmitancja do światła widzialnego wynosi 50%, podczas gdy dla światła podczerwonego jest mniejsza niż 10%. Ten rodzaj cienkiej folii został z powodzeniem zastosowany na panelu statku kosmicznego Apollo, aby przekazać część światła widzialnego, a prawie całe światło podczerwone jest odbijane w celu kontroli termicznej. Poniższy artykuł wprowadza głównie charakterystyczną zasadę i klasyfikację optycznych cienkich folii.
I. Definicja filmu optycznego
Folia optyczna jest rodzajem materiału optycznego, który składa się z cienkowarstwowego medium i rozchodzi się wiązką światła przez interfejs. Zastosowanie folii optycznej rozpoczęło się w latach 30. XX wieku. Folia optyczna była szeroko stosowana w dziedzinie optyki i technologii fotoelektronowej, wytwarzając różne instrumenty optyczne. Pasek przygotowawczy wymaga wysokich i drobnych części.
Definicja filmu optycznego to: cienka i równomierna warstwa folii dielektrycznej przymocowana do powierzchni urządzenia optycznego w procesie ścieżki propagacji światła, odbicie, penetracja (fałdowanie) podczas przechodzenia przez warstwową warstwę folii dielektrycznej), takie jak emisja i polaryzację, aby osiągnąć specjalne formy światła, które chcemy w jednym lub więcej pasmach fal, takie jak całe światło przechodzące przez lub całe odbicie światła lub separacja polaryzacji.
Folia optyczna jest wszędzie w naszym życiu, od precyzji i sprzętu optycznego, sprzętu wyświetlającego po zastosowanie folii optycznej w codziennym życiu; na przykład okulary, aparaty cyfrowe, wszelkiego rodzaju urządzenia gospodarstwa domowego noszone o zwykłych porach lub technologia przeciwdziałania fałszowaniu banknotów można nazwać rozszerzeniem zastosowania technologii folii optycznej. Bez technologii cienkowarstwowej jako podstawy rozwoju nowoczesna technologia fotoelektryczna, komunikacyjna lub laserowa nie osiągnie postępu, co pokazuje również znaczenie badań i rozwoju technologii cienkowarstwowych optycznych.
Folia optyczna odnosi się do powłoki lub powłoki jednej lub większej liczby warstw folii dielektrycznej lub folii metalowej lub kombinacji tych dwóch rodzajów folii na elementach optycznych lub niezależnych podłożach w celu zmiany właściwości transmisyjnych fal świetlnych, w tym transmisji, odbicia, absorpcji , rozpraszanie, polaryzacja i zmiana fazy światła. Dlatego, poprzez odpowiednie zaprojektowanie, przepuszczalność i współczynnik odbicia powierzchni elementów w różnych pasmach fal można regulować, a światło w różnych płaszczyznach polaryzacji może również mieć różne cechy.
Ogólnie mówiąc, tryby produkcji cienkich warstw optycznych dzielą się głównie na proces suchy i mokry. Tak zwany suchy typ oznacza, że w całym procesie przetwarzania nie pojawia się żadna ciecz. Na przykład odparowanie próżniowe ma na celu ogrzanie stałych surowców energią elektryczną w środowisku próżniowym, po sublimacji do gazu jest on przymocowany do powierzchni stałego materiału podstawowego w celu zakończenia procesu powlekania. Złota, srebrna lub metaliczna folia opakowaniowa do dekoracji widziana w codziennym życiu jest produktem wytwarzanym przez powlekanie na sucho. Jednak biorąc pod uwagę faktyczną masową produkcję, zakres zastosowania suchej powłoki jest mniejszy niż w przypadku mokrej powłoki. Ogólną metodą powlekania na mokro jest mieszanie składników o różnych funkcjach w powłokę w płynie i nakładanie ich na materiał podstawowy różnymi metodami przetwarzania, a następnie suszenie i zestalanie ciekłej powłoki w celu uzyskania produktu.
II. Zasada interferencji cienkich warstw
1. Wahania światła
W latach 60. XIX wieku amerykański fizyk Maxwell rozwinął teorię elektromagnetyczną, wskazując, że światło jest rodzajem fali elektromagnetycznej, co sprawia, że teoria fal rozwija się do idealnego poziomu.
Zgodnie z dualnością światła Bo Li światło jest tym samym co fale radiowe, promieniowanie rentgenowskie,? Promienie są falami elektromagnetycznymi, ale ich częstotliwości są różne. Zależność między długością fali λ, częstotliwością u i szybkością propagacji V fali elektromagnetycznej jest następująca:
V = λ u
Ponieważ prędkość propagacji fal elektromagnetycznych o różnych częstotliwościach w próżni jest w Niemczech równa, długość fali fal elektromagnetycznych o różnych częstotliwościach jest również inna. Długość fali o wysokiej częstotliwości jest krótka, natomiast długość fali o niskiej częstotliwości jest długa. Dla wygody porównania, zgodnie z falą radiową, promieniowaniem podczerwonym, światłem widzialnym, promieniowaniem ultrafioletowym, promieniowaniem rentgenowskim i? Długość fali (lub częstotliwość) promieni itp. Układa je w widmo w sekwencji, które nazywa się widmem elektromagnetycznym.
W spektrum elektromagnetycznym fale radiowe mają najdłuższą długość fali, którą można podzielić na fale długie, średnie, krótkie, ultrakrótkie, mikrofalowe i tak dalej. Drugi to promień podczerwony, widzialny i ultrafioletowy, które są łącznie nazywane promieniowaniem świetlnym. Spośród wszystkich fal elektromagnetycznych ludzkie oczy widzą tylko światło widzialne. Długość fali światła widzialnego wynosi około 0,76 mikrona do 0,40 mikrona, co stanowi tylko niewielką część widma elektromagnetycznego. Drugi to prześwietlenie. Fala elektromagnetyczna o najkrótszej długości fali to y Ray.
Ponieważ światło jest rodzajem fali elektromagnetycznej, powinno wykazywać swoją charakterystykę w procesie propagacji-interferencji, dyfrakcji, polaryzacji i innych zjawisk.
2. Interferencja cienkich warstw
Folia może być przezroczystym ciałem stałym, cieczą lub cienką warstwą gazu zaciśniętą przez dwa kawałki szkła. Pierwsza wiązka światła jest odbijana przez górną powierzchnię folii, załamane światło jest odbijana przez dolną powierzchnię folii, a druga wiązka jest odbijana przez górną powierzchnię. Dwie wiązki są po tej samej stronie filmu, oddzielone od tej samej wibracji padającej, jest to spójne światło i należy do interferencji amplitudy. Jeśli źródło światła jest rozszerzonym źródłem światła (powierzchniowe źródło światła), zakłócenia można zaobserwować tylko w określonym nakładającym się obszarze dwufazowych suchych wiązek, więc należy ono do miejscowych zakłóceń. W przypadku płaskich filmów, których dwie powierzchnie są równoległe do siebie, prążek interferencyjny znajduje się w nieskończoności, co zwykle obserwuje się w płaszczyźnie ogniskowej obrazu za pomocą soczewki zbieżnej; w przypadku folii w kształcie klina lokalizacja prążków interferencyjnych znajduje się w pobliżu folii.
Zarówno eksperymenty, jak i teorie wykazały, że tylko wtedy, gdy dwie kolumny fal świetlnych mają pewien związek, można wygenerować paski interferencyjne. Relacje te nazywane są spójnymi warunkami. Warunki suche cienkiej warstwy obejmują trzy punkty: częstotliwość dwóch fal świetlnych jest taka sama; kierunek wibracji dwóch fal świetlnych jest taki sam; różnica faz między dwiema falami świetlnymi pozostaje stała.
Wzór na różnicę toru optycznego dwufazowego suchego światła zakłóconego przez cienki film to:
δ = ntcos (α) ± λ / 2
We wzorze n oznacza współczynnik załamania błony; t jest grubością filmu w punkcie zdarzenia; α jest kątem załamania w filmie; λ / 2 jest spowodowane tym, że dwie wiązki spójnego światła znajdują się na dwóch interfejsach o różnych właściwościach (jedna to medium o gęstości optycznej do medium o gęstości optycznej, druga to medium o gęstości optycznej do medium o gęstości optycznej), dodatkowa różnica toru optycznego spowodowana odbiciem górnym. Zasada interferencji cienkich warstw jest szeroko stosowana w inspekcji powierzchni optycznej, dokładnym pomiarze małego kąta lub liniowości, przygotowaniu folii antyodbiciowej i filtra interferencyjnego itp.
Światło jest promieniowane przez zmianę stanu ruchu pierwotnego atomu lub cząsteczki w źródle światła. Fala świetlna emitowana przez każdy atom lub cząsteczkę jest tylko krótką kolumną, czas trwania wynosi około 1 miliarda sekund. W przypadku dwóch niezależnych źródeł światła spełnienie trzech warunków zakłóceń, takich jak ta sama faza lub stała różnica faz, na specjalnych rynkach nie jest łatwe, dlatego dwa niezależne ogólne źródła światła nie mogą tworzyć spójnego źródła światła. Co więcej, nawet światło emitowane przez różne części tego samego źródła światła nie będzie generalnie zakłócać, ponieważ są emitowane przez różne atomy lub cząsteczki.
3. Klasyfikacja charakterystyczna filmu optycznego
Główne optyczne urządzenia cienkowarstwowe obejmują folię odblaskową, folię przeciwodblaskową, folię polaryzacyjną, filtr interferencyjny, spektroskop itp., Które są szeroko stosowane w gospodarce narodowej i budownictwie obrony narodowej, zyskały coraz większą uwagę pracowników naukowych i technicznych. Na przykład zastosowanie filmu przeciwodblaskowego może dziesięciokrotnie zmniejszyć utratę strumienia świetlnego złożonej soczewki optycznej; zastosowanie lustra o wysokim współczynniku odbicia może podwoić moc wyjściową lasera; zastosowanie cienkiej folii optycznej może poprawić wydajność i stabilność baterii krzemowej.
Najprostszym modelem folii optycznej jest jednolita warstwa folii dielektrycznej o gładkiej powierzchni i powierzchni izotropowej. W tym przypadku właściwości optyczne cienkich warstw optycznych można badać za pomocą teorii interferencji światła. Kiedy na błonę optyczną padnie płaska fala monochromatycznego światła, zostanie ona kilkakrotnie odbita i załamana na dwóch powierzchniach. Kierunki światła odbitego i załamanego są określone przez prawo odbicia i załamania, amplituda światła odbitego jest określona wzorem Fresnela.
Filmy optyczne można podzielić: folię odblaskową, folię przeciwodblaskową / folię przeciwodblaskową, filtr, polaryzator / folię polaryzacyjną, folię kompensacyjną / płytkę różnicową, film wyrównania, film dyfuzyjny / film, film rozjaśniający / soczewkę pryzmatyczną / kondensator, film cieniujący / czarny i biały klej itp. Powiązane instrumenty pochodne obejmują optyczną folię ochronną, folię na szybę itp.
Cechy filmu optycznego są następujące: powierzchnia jest gładka, a interfejs między warstwami filmu przedstawia segmentację geometryczną; współczynnik załamania światła warstwy filmowej może przeskakiwać na granicy faz, ale jest ona ciągła w warstwie folii; może być przezroczystym medium, może być również medium absorpcyjnym; może być normalnie jednolity lub normalnie nierówny. Zastosowany film jest znacznie bardziej skomplikowany niż film idealny. Jest tak, ponieważ: podczas przygotowania właściwości optyczne i fizyczne folii odbiegają od materiału sypkiego, a powierzchnia i powierzchnia styku są szorstkie, co prowadzi do rozproszonego odbicia wiązki światła; wzajemna penetracja między warstwami folii tworzy interfejs dyfuzyjny; z powodu wzrostu, struktury, naprężenia i innych przyczyn warstwy folii powstają wszelkiego rodzaju niejednorodności folii; warstwa filmu ma złożony efekt czasowy.
Folię odblaskową można ogólnie podzielić na dwa typy, jeden to metalowa folia odblaskowa, a drugi to całkowicie dielektryczna folia odblaskowa. Ponadto istnieje metalowa dielektryczna folia odblaskowa łącząca oba te elementy, której funkcją jest zwiększenie współczynnika odbicia powierzchni optycznej.
Zasadniczo metale mają stosunkowo duży współczynnik ekstynkcji. Gdy wiązka światła pada na powierzchnię metalu z powietrza, amplituda światła wchodzącego do metalu gwałtownie maleje, co powoduje, że energia światła wchodząca do metalu odpowiednio maleje, a energia światła odbitego rośnie. Im wyższy współczynnik ekstynkcji, tym szybciej maleje amplituda światła. Im mniej energii świetlnej dostaje się do metalu, tym wyższy jest współczynnik odbicia. Ludzie zawsze wybierają metale o dużym współczynniku ekstynkcji i stabilnych właściwościach optycznych jako materiały folii metalowej. Cienkim metalem powszechnie stosowanym w obszarze ultrafioletowym jest aluminium, aluminium i srebro są powszechnie stosowane w obszarze widzialnym, a złoto, srebro i miedź są powszechnie stosowane w obszarze podczerwieni. Ponadto chrom i platyna są również często stosowane jako materiały membranowe do niektórych specjalnych folii. Ponieważ aluminium, srebro, miedź i inne materiały łatwo utlenia się w powietrzu i zmniejszają ich wydajność, muszą być chronione elektryczną membraną dielektryczną. Powszechnie stosowane materiały folii ochronnej obejmują tlenek krzemu, fluorek magnezu, dwutlenek krzemu, tlenek glinu itp.
Zaletą metalowej folii odblaskowej jest to, że proces przygotowania jest prosty, a zakres długości fal roboczych jest szeroki; wadą jest to, że utrata światła jest duża, a współczynnik odbicia nie może być bardzo wysoki. W celu dalszego polepszenia współczynnika odbicia metalowej warstewki odblaskowej można nałożyć kilka warstw warstwy dielektrycznej o pewnej grubości na zewnątrz warstewki, aby utworzyć metalową warstewkę dielektryczną. Należy zauważyć, że metalowy film dielektryczny zwiększa współczynnik odbicia dla określonej długości fali (lub określonego obszaru fali), ale niszczy charakterystykę neutralnego odbicia filmu metalowego.