Ominaisuusperiaate ja optisten ohutkalvojen luokittelu

Tieteen ja tekniikan kehityksen ja taloudellisen globalisaation myötä nykypäivän ihmiset ovat siirtyneet tietoon perustuvaan talouteen ja tietoyhteiskuntaan. Ja "Made in China" -kehityksen myötä optinen valmistus on nousussa Manner-Kiinan maassa, ja sen kehitys on erittäin nopeaa. Kiinan optisella valmistuksella on alkanut olla tärkeä rooli kansainvälisellä talouden areenalla, ja optisen lasin ja optisten osien tuotanto on Kiinassa melkein ensimmäisellä sijalla. Optinen kalvo on yksi tai useampi kalvokerros, joka on päällystetty optisten osien pintaan muuttamalla optisten osien pintaominaisuuksia. Se voi olla metallikalvo, dielektrinen kalvo tai näiden kahden tyyppisten kalvojen yhdistelmä. Optinen ohutkalvo on välttämätön osa kaikenlaista edistynyttä valosähkötekniikkaa. Se ei vain paranna järjestelmän suorituskykyä, vaan on myös välttämätön keino saavuttaa suunnittelutavoite, optisen ohutkalvon sovelluskenttä ja kaikki optisen järjestelmän näkökohdat, mukaan lukien laserjärjestelmä, optinen viestintä, optinen näyttö, optinen tallennus jne., Tärkeimpiin optisiin ohutkalvolaitteisiin kuuluvat heijastava kalvo, heijastuksenestofilmi, polarisaatiofilmi, häiriösuodatin ja spektroskooppi jne. Niitä on käytetty laajalti kansantaloudessa ja maanpuolustusrakentamisessa, ja tieteelliset ja tekniset työntekijät ovat saaneet ne yhä enemmän huomiota.
Tällä hetkellä on yli 60 erityyppistä optista päällystemateriaalia, ja niiden lajikkeita ja sovellustoimintoja kehitetään jatkuvasti. Viime vuosina se on kehittynyt metallikalvojärjestelmäksi, kun kullan, hopean, kuparin ja alumiinin paksuus on 7 ~ 20 ° C: ssa, sen läpäisevyys näkyvälle valolle on 50%, kun taas infrapunavalon on alle 10%. Tällainen ohutkalvo on onnistuneesti levitetty Apollon avaruusaluksen paneeliin osan näkyvän valon lähettämiseksi, ja melkein kaikki infrapunavalo heijastuu lämmönhallintaa varten. Seuraava artikkeli esittelee pääasiassa optisten ohutkalvojen ominaisperiaatteen ja luokituksen.
I. Optisen kalvon määritelmä
Optinen kalvo on eräänlainen optinen väliainemateriaali, joka koostuu ohutkerroksisesta väliaineesta ja leviää valonsäteen rajapinnan kautta. Optisen kalvon soveltaminen alkoi 1930-luvulla. S. Optista kalvoa on käytetty laajasti optiikan ja fotoelektronitekniikan alalla, valmistamalla erilaisia optisia instrumentteja. Valmistusnauha vaatii korkeat ja hienot osat.
Optisen kalvon määritelmä on: ohuen ja tasaisen dielektrisen kalvokerroksen, joka on kiinnitetty optisen laitteen pintaan valon etenemisprosessin aikana, heijastuksen, tunkeutumisen (taittumisen) kulkiessaan kerrostetun dielektrisen kalvokerroksen läpi) ominaisuudet, kuten emissio ja polarisaatio, jotta saataisiin halutut erityiset valomuodot yhdestä tai useammasta aaltoalueesta, kuten kaikki läpi kulkeva valo tai kaikki valon heijastus- tai polarisaatioerot.
Optinen elokuva on kaikkialla elämässämme, tarkkuus- ja optisista laitteista, näyttölaitteista optisen kalvon käyttöön päivittäisessä elämässä; esimerkiksi silmälaseja, digitaalikameroita, kaikenlaisia tavallisissa olosuhteissa käytettäviä kodinkoneita tai seteleiden väärentämisen estävää tekniikkaa voidaan kutsua optisen filmitekniikan soveltamisen laajentamiseksi. Ilman kehityksen perustana olevaa optista ohutkalvoteknologiaa nykyaikainen valosähkö-, viestintä- tai lasertekniikka ei edisty, mikä osoittaa myös optisen ohutkalvoteknologian tutkimuksen ja kehittämisen merkityksen.
Optisella kalvolla tarkoitetaan dielektrisen kalvon tai metallikalvon yhden tai useamman kerroksen päällystämistä tai päällystämistä tai näiden kahden tyyppisten kalvojen yhdistelmää optisilla elementeillä tai itsenäisillä alustoilla valoaaltojen läpäisyominaisuuksien muuttamiseksi, mukaan lukien läpäisy, heijastus, absorptio , sironta, polarisaatio ja valon vaihemuutos. Siksi asianmukaisella suunnittelulla elementtien pinnan läpäisevyyttä ja heijastavuutta eri aaltoalueilla voidaan säätää, ja eri polarisaatiotasoilla olevalla valolla voi olla myös erilaisia ominaisuuksia.
Yleisesti ottaen optisten ohutkalvojen tuotantomuodot jaetaan pääasiassa kuivamenetelmään ja märkäprosessiin. Ns. Kuivatyyppi tarkoittaa, että mitään prosessia ei ilmaannu nestettä. Esimerkiksi tyhjiöhaihdutuksella tarkoitetaan kiinteiden raaka-aineiden lämmittämistä sähköenergialla tyhjiöympäristössä, sublimoitumisen jälkeen kaasuun, se kiinnitetään kiinteän perusmateriaalin pintaan päällystysprosessin loppuun saattamiseksi. Arkielämässä koristeeksi koristeltu kulta, hopea tai metalli pakkauskalvo on kuivapäällysteinen tuote. Kuitenkin ottaen huomioon todellinen massatuotanto, kuivapinnoitteen levitysalue on pienempi kuin märkäpinnoitteen. Märkäpinnoituksen yleinen menetelmä on sekoittaa komponentteja, joilla on erilaisia toimintoja nestemäisessä päällysteessä, ja levittää ne perusmateriaalille erilaisilla prosessointimenetelmillä, kuivata ja jähmettää nestemäinen pinnoite tuotteen valmistamiseksi.
II. Ohutkalvohäiriöiden periaate
1. Valon vaihtelu
Amerikkalainen fyysikko Maxwell kehitti 1860-luvulla sähkömagneettisen teorian huomauttaen, että valo on eräänlainen sähkömagneettinen aalto, joka saa aaltoteorian kehittymään täydelliselle tasolle.
Bo Li -valon kaksinaisuuden mukaan valo on sama kuin radioaallot, röntgenkuvat? Säteet ovat sähkömagneettisia aaltoja, mutta niiden taajuudet ovat erilaiset. Sähkömagneettisen aallon aallonpituuden λ, taajuuden u ja etenemisnopeuden V suhde on seuraava:
V = λ u
Koska eri taajuuksien sähkömagneettisten aaltojen etenemisnopeus on sama Saksassa, myös eri taajuuksilla olevien sähkömagneettisten aaltojen aallonpituus on erilainen. Aallonpituus korkealla taajuudella on lyhyt, kun taas aallonpituus alhaisella taajuudella on pitkä. Vertailun helpottamiseksi radioaallon, infrapunasäteen, näkyvän valon, ultraviolettisäteen, röntgen- ja? Säteiden aallonpituus (tai taajuus) jne. Järjestää ne sekvenssispektriin, jota kutsutaan sähkömagneettiseksi spektriksi.
Sähkömagneettisessa spektrissä radioaalloilla on pisin aallonpituus, joka voidaan jakaa pitkään aaltoon, keskiaalloon, lyhyeen aaltoon, ultraääniohjaan, mikroaaltoaaltoon ja niin edelleen. Toinen on infrapunasäde, näkyvä ja ultraviolettisäde, joita kutsutaan yhdessä valonsäteilyksi. Kaikista sähkömagneettisista aalloista ihmisen silmät voivat nähdä vain näkyvän valon. Näkyvän valon aallonpituus on noin 0,76 mikronia - 0,40 mikronia, mikä muodostaa vain pienen osan sähkömagneettisesta spektristä. Toinen on röntgenkuvaus. Sähkömagneettinen aalto, jolla on lyhin aallonpituus, on y Ray.
Koska valo on eräänlainen sähkömagneettinen aalto, sen tulisi näyttää sen ominaisuudet etenemis-häiriöiden, diffraktioiden, polarisaatioiden ja muiden ilmiöiden prosessissa.
2. Ohut kalvon häiriöt
Kalvo voi olla läpinäkyvä kiinteä, nestemäinen tai ohut kaasukerros, joka on kiinnitetty kahdelle lasille. Ensimmäinen valonsäde heijastuu kalvon yläpinnasta, taittuva valo heijastuu kalvon alapinnasta ja toinen säde heijastuu yläpinnasta. Kaksi keilaa ovat kalvon samalla puolella, erotettuna samasta tulevasta värähtelystä, se on koherentti valo ja kuuluu amplitudihäiriöihin. Jos valonlähde on laajennettu valonlähde (pintavalolähde), häiriöitä voidaan havaita vain kaksivaiheisten kuivien palkkien tietyllä päällekkäisalueella, joten se kuuluu paikallisiin häiriöihin. Tasomaisissa kalvoissa, joiden kaksi pintaa ovat yhdensuuntaiset toistensa kanssa, häiriöreuna on sijoitettu äärettömyyteen, jota yleensä havaitaan kuvan poltotasossa konvergoivan linssin avulla; kiilamaisten kalvojen kohdalla häiriöiden sijainti on lähellä kalvoa.
Sekä kokeet että teoriat ovat osoittaneet, että vain silloin, kun kahdella valon aallonpylväällä on tietty yhteys, häiriöraitoja voi syntyä. Näitä suhteita kutsutaan yhtenäisiksi ehdoiksi. Ohutkalvon kuiviin olosuhteisiin sisältyy kolme pistettä: kahden valoaallon taajuus on sama; kahden valoaallon värähtelysuunta on sama; vaiheen ero kahden valoaallon välillä pysyy vakiona.
Ohutkalvon häiritsemän kaksivaiheisen kuivavalon optisen reitin erotuskaava on:
δ = ntcos (a) ± λ / 2
Kaavassa n on kalvon taitekerroin; t on kalvon paksuus tulopisteessä; α on kalvon taitekulma; λ / 2 johtuu siitä, että kaksi koherenttia valonsädettä on kahdessa rajapinnassa, joilla on erilaiset ominaisuudet (toinen on optisen tiheyden väliaine optisesta tiheysväliaineesta, toinen on optisen tiheyden väliaine optisen tiheyden väliaineeksi) ylimmän heijastuksen aiheuttama lisäoptinen polkuero. Ohutkalvohäiriöiden periaatetta käytetään laajasti optisen pinnan tarkastamisessa, pienen kulman tai lineaarisuuden tarkalla mittaamisessa, heijastuksen vastaisen kalvon ja häiriösuodattimen valmistuksessa jne.
Valoa säteilee alkuperäisen atomin tai molekyylin liiketilan muutos valonlähteessä. Kunkin atomin tai molekyylin lähettämä valoaalto on vain lyhyt pylväs, kesto on noin 1 miljardi sekuntia. Kahdelle riippumattomalle valonlähteelle ei ole helppoa täyttää kolme häiriöolosuhdetta, kuten sama vaihe tai vakio vaiheero erityismarkkinoilla, siksi kaksi riippumatonta yleistä valonlähdettä ei voi muodostaa yhtenäistä valonlähdettä. Lisäksi edes saman valolähteen eri osien lähettämä valo ei häiritse yleisesti, koska ne lähettävät eri atomeja tai molekyylejä.
3. Optisen kalvon ominaisluokitus
Tärkeimpiin optisiin ohutkalvolaitteisiin kuuluvat heijastava kalvo, heijastuksenestofilmi, polarisaatiofilmi, häiriösuodatin, spektroskooppi ja niin edelleen, joita käytetään laajalti kansantaloudessa ja maanpuolustusrakentamisessa. Se on saanut yhä enemmän huomiota tieteellisiltä ja teknisiltä työntekijöiltä. Esimerkiksi heijastuksen vastaisen kalvon käyttö voi vähentää kompleksisen optisen linssin valovirtahäviötä kymmenellä kertaa; korkeaheijastavan kalvon suhteen peilin käyttö voi kaksinkertaistaa laserin lähtötehon; optisen ohutkalvon käyttäminen voi parantaa piipariston tehokkuutta ja vakautta.
Yksinkertaisin optinen kalvomalli on tasainen dielektrinen kalvokerros, jonka pinta on sileä ja isotrooppinen. Tässä tapauksessa optisten ohutkalvojen optisia ominaisuuksia voidaan tutkia valon häiriöteorian avulla. Kun optinen kalvo kohtaa monokromaattisen valon tasoaallon, se heijastuu ja taittuu useita kertoja sen kahdelle pinnalle. Heijastuneen valon ja taittuneen valon suunnat annetaan heijastus- ja taitelainilla, heijastuneen valon amplitudi määritetään Fresnel-kaavalla.
Optiset kalvot voidaan jakaa: heijastava kalvo, heijastuksenestokalvo / heijastuksenestokalvo, suodatin, polarisaattori / polarisaattorikalvo, kompensointikalvo / vaihe-erolevy, kohdistuskalvo, diffuusiofilmi / elokuva, kirkastava kalvo / prisma-linssi / lauhdutin, varjostuskalvo / musta ja valkoinen liima jne. Liittyviä johdannaisia ovat optinen suojakalvo, ikkunakalvo jne.
Optisen kalvon ominaisuudet ovat: pinta on sileä ja kalvokerrosten välinen rajapinta edustaa geometristä segmentointia; kalvokerroksen taitekerroin voi hypätä rajapinnalle, mutta se on jatkuvaa kalvokerroksessa; se voi olla läpinäkyvä väliaine, se voi olla myös imeytymisväliaine; se voi olla normaali tasainen tai normaali epätasainen. Levitetty elokuva on paljon monimutkaisempi kuin ihanteellinen elokuva. Tämä johtuu siitä, että: valmistuksen aikana kalvon optiset ja fysikaaliset ominaisuudet poikkeavat irtomateriaalista, ja pinta ja rajapinta ovat karkeat, mikä johtaa valonsäteen hajaantumiseen; kalvokerrosten keskinäinen tunkeutuminen muodostaa diffuusiorajapinnan; kalvokerroksen kasvusta, rakenteesta, stressistä ja muista syistä muodostuu kaikenlaisia kalvon heterogeenisyyksiä; kalvokerroksella on monimutkainen aikavaikutus.
Heijastava kalvo voidaan yleensä jakaa kahteen tyyppiin, yksi on metallista heijastava kalvo ja toinen on dielektrinen heijastava kalvo. Lisäksi on metalli dielektrinen heijastava kalvo, joka yhdistää nämä kaksi, jonka tehtävänä on lisätä optisen pinnan heijastavuutta.
Yleensä metalleilla on suhteellisen suuri ekstinktiokerroin. Kun valonsäde tapahtuu metallin pinnalle ilmasta, metalliin tulevan valon amplitudi heikkenee nopeasti, mikä saa metalliin tulevan valon energian vähenemään vastaavasti samalla kun heijastunut valon energia kasvaa. Mitä suurempi ekstinktiokerroin on, sitä nopeammin valon amplitudi vähenee. Mitä vähemmän valon energiaa tulee metalliin, sitä suurempi on heijastuskyky. Ihmiset valitsevat metallikalvoaineiksi aina metallit, joilla on suuri ekstinktiokerroin ja vakaat optiset ominaisuudet. Ultraviolettialueella yleisesti käytetty metallinen ohut materiaali on alumiinia, alumiinia ja hopeaa käytetään yleisesti näkyvällä alueella ja kultaa, hopeaa ja kuparia käytetään yleisesti infrapuna-alueella. Lisäksi kromia ja platinaa käytetään usein myös kalvojen materiaaleina joillekin erikoiskalvoille. Koska alumiini, hopea, kupari ja muut materiaalit ovat helppo hapettua ilmassa ja vähentää niiden suorituskykyä, ne on suojattava sähköisellä dielektrisellä kalvolla. Yleisesti käytettyihin suojakalvoihin sisältyy piioksidi, magnesiumfluoridi, piidioksidi, alumiinioksidi jne.
Metalliheijastavan kalvon etuna on, että valmistusprosessi on yksinkertainen ja työaallonpituusalue on laaja; haittana on, että valohäviö on suuri eikä heijastavuus voi olla kovin korkea. Metalliheijastavan kalvon heijastuskyvyn parantamiseksi edelleen, kalvon ulkopuolelle voidaan levittää useita dielektrisen kerroksen kerroksia, joilla on tietty paksuus, metallisen dielektrisen heijastavan kalvon muodostamiseksi. On syytä huomauttaa, että metalli-eristekalvo lisää tietyn aallonpituuden (tai tietyn aaltoalueen) heijastavuutta, mutta tuhoaa metallikalvon neutraalin heijastuksen ominaisuuden.