Co to jest powłoka optyczna
Oct 11, 2018| Powłoka optyczna - IKS PVD
Powlekanie optyczne jest procesem powlekania na powierzchni części optycznych cienkiej folii z warstw lub wielowarstwowych metali (lub średnich). Celem powlekania części optycznych jest zmniejszenie lub zwiększenie odbicia światła, podział wiązki, separacja kolorów, filtr i polaryzacja. Powszechnie stosowane metody powlekania obejmują powlekanie próżniowe (rodzaj powłoki fizycznej) i powlekanie chemiczne
Przegląd
Powłoka ma na celu zastosowanie fizycznej lub chemicznej metody powlekania powierzchni materiału na przezroczystej warstwie membrany elektrolitowej lub powleczonej warstwą folii metalowej, której celem jest zmiana charakterystyki odbicia powierzchniowego i przenoszenia materiału. W zakresie pasm widzialnych i podczerwonych większość współczynnika odbicia metalu może osiągnąć 78% ~ 98%, ale nie więcej niż 98%. Zarówno w przypadku lasera CO2, zastosowanie miedzi, molibdenu, krzemu i germanu itp. Do wytwarzania reflektorów, arsenku germanu i galu, selenku cynku i optycznego elementu transmisyjnego jako materiału okna wyjściowego, lub do lasera YAG przyjmują zwykłe szkło optyczne jako lustro, wyjściowy zwierciadlany i transmisyjny element optyczny, nie może spełnić wymagań więcej niż 99% całkowitego lustra odbijającego. Różne zastosowania wymagają innej transmitancji lustra wyjściowego, dlatego należy zastosować metodę powlekania optycznego. W przypadku lasera CO2 w paśmie fal podczerwonych powszechnie stosowany materiał powłokowy zawiera fluorek itru, fluorek, prazeodym, german itd .; W przypadku pasma bliskiej podczerwieni lub widocznego pasma lampy laserowej YAG, powszechne materiały powłokowe obejmują siarczek cynku, fluorek magnezu, dwutlenek tytanu, tlenek cyrkonu itp. Oprócz filmów o wysokim współczynniku odbicia i przezierności, specjalne folie mogą być platerowane w celu odzwierciedlenia jednej długości fali i transmitowania do innej długości fali, na przykład filmu spektroskopowego w technologii podwojenia częstotliwości laserowej.
Podstawowa zasada powlekania optycznego
Interferencja optyczna jest szeroko stosowana w optykach cienkowarstwowych. Powszechną metodą optycznej technologii cienkowarstwowej jest nakładanie cienkiej warstewki na szklane podłoże za pomocą rozpylania próżniowego, która jest wykorzystywana do sterowania współczynnikiem odbicia i przepuszczalności płyty podstawowej względem padającej wiązki w celu spełnienia różnych potrzeb. Aby wyeliminować utratę odbicia na optycznej powierzchni części i poprawić jakość obrazowania, powleka się warstwę lub wielowarstwową przezroczystą folię dielektryczną. Wraz z rozwojem technologii laserowej istnieją różne wymagania dotyczące współczynnika odbicia i przepuszczalności warstwy folii, co sprzyja opracowaniu wielowarstwowej folii o wysokim współczynniku odbicia i folii przepuszczalności szerokopasmowej. Do różnych zastosowań używamy folii o wysokim odbiciu do produkcji polaryzacyjnej folii odblaskowej, spektrofotometru kolorowego, zimnej folii i filtra interferencyjnego itd. Części optyczne po powlekaniu powierzchni, na warstwach membranowych o wielokrotnym odbiciu i przepuszczaniu światła, powstawaniu interferencji wiązki i można uzyskać współczynnik załamania światła i grubość warstwy o różnym natężeniu, jest to podstawowa zasada interferencji w powłoce.
Proces powlekania
Optyczne cienkie folie są realizowane w wnękach do powlekania o wysokiej próżni. Konwencjonalny proces powlekania wymaga wyższej temperatury podłoża (zwykle około 300 ° C ); Bardziej zaawansowane techniki, takie jak IAD, mogą być wykonywane w temperaturze pokojowej. Proces IAD nie tylko produkuje folie o lepszych właściwościach fizycznych niż konwencjonalne procesy powlekania, ale można go również nanosić na podłoża z tworzyw sztucznych. Odkurz system główny składa się z dwóch pomp kriogenicznych. Moduły sterujące parowania wiązką elektronów, osadzanie IAD, sterowanie światłem, sterowanie nagrzewnicą, kontrola podciśnienia i automatyczne sterowanie procesem znajdują się na przednim panelu powlekarki.
Dwa źródła pistoletów elektronowych znajdują się po obu stronach podłoża, otoczone okrągłym kapturem i pokryte przegrodą. Źródło jonów znajduje się pośrodku, a okno kontroli światła znajduje się przed źródłem jonów. W górnej części komory próżniowej komora próżniowa ma system planetarny z sześcioma okrągłymi urządzeniami. Oprawa służy do umieszczenia powlekanego elementu optycznego. Zastosowanie systemów planetarnych jest preferowaną metodą zapewnienia równomiernego rozprowadzania odparowanego materiału w obszarze zamocowania. Zacisk obraca się na wspólnej osi i obraca się na własnej osi. Kontrola optyczna i kontrola kryształów znajdują się w środku planetarnego mechanizmu napędowego. Duży otwór z tyłu prowadzi do dołączonej pompy wysokopróżniowej. Podstawowy system ogrzewania składa się z czterech lamp kwarcowych, po dwa z każdej strony komory próżniowej.
Tradycyjną metodą osadzania cienkich warstw zawsze było odparowanie termiczne lub użycie źródła odparowującego oporność lub źródła parowania wiązką elektronów. Właściwości folii determinowane są głównie energią osadzonych atomów, a energia atomów w tradycyjnym odparowaniu wynosi tylko około 0,1 ev. Odkładanie IAD powoduje bezpośrednie osadzanie się zjonizowanej pary i zwiększa energię aktywacji dla rosnącej błony, zwykle rzędu 50eV. Źródła jonów poprawiają właściwości konwencjonalnego odparowywania wiązki elektronów, kierując wiązkę z pistoletu jonowego na powierzchnię podłoża i rosnący film. Cienkowarstwowe właściwości optyczne, takie jak współczynnik załamania, absorpcja i próg uszkodzenia lasera, głównie zależne od mikrostruktury membrany. Na mikrostrukturę folii może wpływać ciśnienie powietrza resztkowego i temperatura podłoża. Jeśli ilość osadzonych atomów na atomie ma niską migrację, powierzchnia będzie zawierała mikropory. Ponieważ film jest wystawiony na działanie wilgotnego powietrza, pory te są stopniowo wypełniane wilgocią.
Gęstość wypełnienia określa się jako stosunek objętości części stałej folii do całkowitej objętości folii (w tym pustek i mikroporów). W przypadku cienkich folii optycznych gęstość wypełnienia wynosi zwykle 0,75 ~ 1,0, z których większość wynosi 0,85 ~ 0,95 i rzadko osiąga 1,0. Gęstość wypełnienia mniejsza niż l powoduje, że współczynnik załamania odparowanego materiału jest niższy niż współczynnik jego bloku. W procesie osadzania grubość każdej warstwy za pomocą monitora optycznego lub kryształu kwarcu. Każda z tych technologii ma zalety i wady, które nie są tutaj omawiane. Powszechnie uważa się, że gdy materiały są odparowywane, są używane w próżni. Dlatego współczynnik załamania jest współczynnikiem załamania światła odparowanych materiałów w próżni, a nie współczynnikiem załamania światła materiałów narażonych na wilgotne powietrze. Wilgoć pochłonięta przez folię zastępuje mikropory i szczeliny, co powoduje wzrost współczynnika załamania filmu. Ponieważ fizyczna grubość błony pozostaje niezmieniona, temu wzrostowi współczynnika załamania towarzyszy odpowiedni wzrost grubości optycznej, co z kolei powoduje, że charakterystyka widmowa filmu dryfuje w kierunku długich fal. Aby zmniejszyć dryft widmowy spowodowany przez objętość i ilość mikroporów w warstwie membranowej, użyto jonów o wysokiej energii do przeniesienia ich pędu do atomów materiału parującego, co znacznie zwiększyło szybkość migracji atomów materiału. podczas kondensacji na powierzchni podstawy.
Współczynnik załamania powłoki
Zgodnie z podstawową teorią elektromagnetyzmu wspomina się o transmisji i odbiciu różnych mediów. Jeżeli n1 jest prostopadle padający przez nośnik na odbijanie n2 = [(n2 - n1) / (n1 + n2) ^ 2 = penetracja 4n1n2 / (n1 + n2) ^ 2
Przykłady: jeśli współczynnik załamania światła powietrza wynosi 1,0, współczynnik załamania powłoki (na przykład: 1,5), współczynnik refrakcji nc szkła n (na przykład: 1,8) (1) przez powietrze bezpośrednio do transmitancji szkła = 4 x 1,0 x 1,8 2 / (1 + 1,8) = 91,84% (2) przez powietrze do powlekania, a następnie do transmitancji szkła = [4 x 1,0 x 1,5 / (1 + 1,5) 2] x [4 * 1,5 * 1,8 (1,5 + 1,8 ) / 2] = 95,2%
Widoczne szkło powlekane zwiększy transmitancję światła. Oprócz tej formuły możemy obliczyć światło wnikające po obu stronach soczewki, stwierdziliśmy, że nawet kawałek pięknego współczynnika załamania soczewki (1.8), przenikalność około 85%. W przypadku powłoki (współczynnik załamania 1,5), przepuszczalność może osiągnąć 91%. Widać znaczenie powłoki optycznej.
Grubość powłoki
Wiemy już, że przepuszczalność jest związana z współczynnikiem załamania powłoki, ale nie wiemy o jej grubości. Jeśli jednak możemy pracować nad grubością powłoki, znajdziemy różnicę między światłem odbitym A i światłem odbitym B. Jeśli nc x 2 d = (N + 1/2) lambda gdzie N = 0,1, 2,3,4,5 ... Lambda dla fal świetlnych w powietrzu może powodować, że światło odbite o określonej długości fali ma destrukcyjny wpływ, więc zmienia się kolor odbitego światła. Na przykład, jeśli grubość powłoki spowodowana jest przez anulowanie zielonego światła, światło odbitego będzie czerwone. Wiele teleskopów na rynku, które wyglądają jak czerwone soczewki, wykonano przy użyciu tej zasady. Mimo to przepuszczane światło nie jest zjawiskiem pochyłym czerwonym. W wielu złożonych układach optycznych tłumienie odbicia jest bardzo ważną pracą. Dlatego stosuje się różną grubość powłoki w celu wyeliminowania światła odbitego o różnej częstotliwości pomiędzy zestawem soczewek. Im bardziej zaawansowany układ optyczny, tym więcej kolorów zostanie odnalezionych.
Optyczne materiały powłokowe
Powszechny optyczny materiał powłokowy ma następujące rodzaje:
1, fluorku magnezu
Charakterystyka materiału: bezbarwny proszek z kwadratowego kryształu, o wysokiej czystości, z przygotowaniem powłoki optycznej może poprawić przepuszczalność, bez załamania.
2, krzemionka
Charakterystyka materiału: bezbarwny, przezroczysty kryształ, wysoka temperatura topnienia, wysoka twardość, dobra stabilność chemiczna. Przy wysokiej czystości przygotowano wysokiej jakości powłokę Si02, o dobrym stanie parowania i braku temperatury pękania. Zgodnie z wymogami użytkowania są podzielone na ultrafioletowe, podczerwone i światło widzialne.
3, tlenek cyrkonu
Charakterystyka materiału Biały ciężki i amorficzny, o wysokim współczynniku załamania i odporności na wysokie temperatury, stabilność chemiczna, wysoka czystość, z przygotowaniem powłoki z tlenku cyrkonu o wysokiej jakości, a nie punktem zapaści.
