Характеристический принцип и классификация оптических тонких пленок

С развитием науки и техники и экономической глобализации современные люди вступили в общество экономики знаний и информационное общество. А с развитием «Сделано в Китае» производство оптических изделий находится на подъеме в континентальной части Китая, и его развитие чрезвычайно быстрое. Китайская оптическая промышленность начала играть важную роль на международной экономической арене, и производство оптического стекла и оптических деталей в Китае почти заняло первое место. Оптическая пленка представляет собой один или несколько слоев пленки, нанесенных на поверхность оптических деталей путем изменения характеристик поверхности оптических деталей. Это может быть металлическая пленка, диэлектрическая пленка или комбинация этих двух видов пленок. Оптическая тонкая пленка является неотъемлемой частью всех видов передовых фотоэлектрических технологий. Это может не только улучшить производительность системы, но и является необходимым средством для достижения цели проектирования, области применения оптической тонкой пленки и всех аспектов оптической системы, включая лазерную систему, оптическую связь, оптический дисплей, оптический накопитель и т. Д., основные оптические тонкопленочные устройства включают в себя отражающую пленку, антиотражающую пленку, поляризационную пленку, интерференционный фильтр и спектроскоп и т. д. Они широко используются в народном хозяйстве и строительстве национальной обороны и привлекают все большее внимание научных и технических работников.
В настоящее время существует более 60 видов обычных разновидностей материалов для оптических покрытий, и их разновидности и функции нанесения все еще находятся в постоянном развитии. В последние годы он превратился в систему металлических пленок, когда толщина золота, серебра, меди и алюминия составляет 7 ~ 20 мкм, его коэффициент пропускания видимого света составляет 50%, тогда как коэффициент пропускания инфракрасного света составляет менее 10%. Этот вид тонкой пленки был успешно нанесен на панель космического корабля Apollo для передачи части видимого света, и почти весь инфракрасный свет отражается для теплового контроля. Следующая статья в основном знакомит с характерным принципом и классификацией оптических тонких пленок.
I. Определение оптической пленки
Оптическая пленка - это своего рода материал оптической среды, который состоит из тонкослойной среды и распространяет световой луч через поверхность раздела. Применение оптической пленки началось в 1930-х годах. Оптическая пленка широко использовалась в области оптики и фотоэлектронной техники, в производстве различных оптических приборов. Приготовительная полоса требует высоких и мелких деталей.
Определение оптической пленки: тонкий и ровный слой диэлектрической пленки, прикрепленный к поверхности оптического устройства в процессе распространения света, отражение, проникновение (складывание) при прохождении через слой слоистой диэлектрической пленки), такие как излучение и поляризация, чтобы получить особые формы света, которые мы хотим в одном или нескольких волновых диапазонах, такие как весь проходящий свет или все отражение света или разделение поляризации.
Оптическая пленка повсюду в нашей жизни, от точного и оптического оборудования, демонстрационного оборудования до применения оптической пленки в повседневной жизни; например, очки, цифровые камеры, все виды бытовой техники, которые носят в обычное время, или технология борьбы с подделками на банкнотах, можно назвать продолжением применения технологии оптических пленок. Без использования оптических тонкопленочных технологий в качестве основы для развития современные фотоэлектрические, коммуникационные или лазерные технологии не смогут добиться прогресса, что также свидетельствует о важности исследований и разработок оптических тонкопленочных технологий.
Оптическая пленка относится к покрытию или покрытию одного или нескольких слоев диэлектрической пленки или металлической пленки или комбинации этих двух видов пленок на оптических элементах или независимых подложках для изменения характеристик пропускания световых волн, включая пропускание, отражение, поглощение , рассеяние, поляризация и изменение фазы света. Следовательно, благодаря надлежащей конструкции можно регулировать проницаемость и отражательную способность поверхности элементов в разных диапазонах волн, и свет в разных плоскостях поляризации также может иметь разные характеристики.
Вообще говоря, режимы производства оптических тонких пленок в основном делятся на сухой и мокрый процессы. Так называемый сухой тип означает, что жидкость не появляется в течение всего процесса обработки. Например, вакуумное испарение предназначено для нагрева твердого сырья электрической энергией в вакуумной среде, после сублимации в газ оно прикрепляется к поверхности твердого основного материала для завершения процесса нанесения покрытия. Золотая, серебряная или металлическая упаковочная пленка для украшения, которую можно увидеть в повседневной жизни, представляет собой изделие, изготовленное методом сухого покрытия. Однако, учитывая фактическое массовое производство, диапазон нанесения сухого покрытия меньше, чем у влажного покрытия. Общий метод мокрого нанесения покрытия заключается в смешивании компонентов с различными функциями в жидкое покрытие и нанесении их на основной материал различными способами обработки, а затем сушке и отверждении жидкого покрытия для получения продукта.
II. Принцип интерференции тонких пленок
1. Колебание света
В 1860-х годах американский физик Максвелл разработал электромагнитную теорию, указав, что свет - это своего рода электромагнитная волна, которая заставляет волновую теорию развиваться до идеального уровня.
Согласно двойственности света Бо Ли, свет такой же, как радиоволны, рентгеновские лучи,? Лучи - это электромагнитные волны, но их частоты разные. Соотношение между длиной волны λ, частотой u и скоростью V распространения электромагнитной волны является следующим:
V = λ u
Поскольку в Германии скорость распространения электромагнитных волн различных частот в вакууме одинакова, длина волн электромагнитных волн с разными частотами также различна. Длина волны с высокой частотой короткая, а длина волны с низкой частотой длинная. Для удобства сравнения по данным радиоволны, инфракрасного луча, видимого света, ультрафиолетового луча, рентгеновского и? Длина волны (или частота) лучей и т. Д. Упорядочивает их в спектр в последовательности, которая называется электромагнитным спектром.
В электромагнитном спектре радиоволны имеют самую длинную длину волны, которую можно разделить на длинноволновую, средневолновую, коротковолновую, ультракоротковолновую, микроволновую и так далее. Второй - инфракрасный луч, видимый луч и ультрафиолетовый луч, которые в совокупности называются световым излучением. Среди всех электромагнитных волн человеческий глаз может видеть только видимый свет. Длина волны видимого света составляет от 0,76 до 0,40 мкм, что составляет лишь небольшую часть электромагнитного спектра. Второй рентген. Электромагнитная волна с самой короткой длиной волны y Ray.
Поскольку свет является разновидностью электромагнитной волны, он должен показывать свои характеристики в процессе распространения-интерференции, дифракции, поляризации и других явлений.
2. Тонкопленочные помехи
Пленка может представлять собой прозрачный твердый, жидкий или тонкий слой газа, зажатый двумя кусочками стекла. Первый луч света отражается от верхней поверхности пленки, преломленный свет отражается от нижней поверхности пленки, а второй луч отражается от верхней поверхности. Два луча находятся на одной стороне пленки, отделены от одной и той же падающей вибрации, это когерентный свет и относится к амплитудным помехам. Если источником света является расширенный источник света (поверхностный источник света), помехи могут наблюдаться только в конкретной области перекрытия двухфазных сухих лучей, поэтому они относятся к локализованным помехам. Для плоских пленок, две поверхности которых параллельны друг другу, интерференционная полоса расположена на бесконечности, которая обычно наблюдается в фокальной плоскости изображения с помощью сходящейся линзы; для клиновидных пленок локализация интерференционных полос находится вблизи пленки.
И эксперименты, и теории доказали, что только когда два столбца световых волн имеют определенную взаимосвязь, могут возникать интерференционные полосы. Эти отношения называются связными условиями. Сухие условия тонкой пленки включают в себя три точки: частота двух световых волн одинакова; направление вибрации двух световых волн одинаково; разность фаз между двумя световыми волнами остается постоянной.
Формула разности оптических путей двухфазного сухого света, испытывающего помехи от тонкой пленки:
δ = ntcos (α) ± λ / 2
В формуле n - показатель преломления пленки; t - толщина пленки в точке падения; α - угол преломления в пленке; λ / 2 объясняется тем, что два луча когерентного света находятся на двух интерфейсах с разными свойствами (один - от оптической плотности до среды с оптической плотностью, другой - от оптической плотности до среды с оптической плотностью) дополнительная разность оптических путей, вызванная верхним отражением. Принцип интерференции тонких пленок широко используется при контроле оптической поверхности, точном измерении крошечного угла или линейности, подготовке антиотражающей пленки и интерференционного фильтра и т. Д.
Свет излучается изменением состояния движения исходного атома или молекулы в источнике света. Световая волна, излучаемая каждым атомом или молекулой, представляет собой лишь короткий столбик, длительность которого составляет около 1 миллиарда секунд. Для двух независимых источников света нелегко выполнить три условия помех, такие как одна и та же фаза или постоянная разность фаз на специальных рынках, поэтому два независимых общих источника света не могут образовывать когерентный источник света. Более того, даже свет, излучаемый разными частями одного и того же источника света, обычно не будет мешать, поскольку они излучаются разными атомами или молекулами.
3. Характеристика классификации оптической пленки
Основные оптические тонкопленочные устройства включают в себя отражающую пленку, антиотражающую пленку, поляризационную пленку, интерференционный фильтр, спектроскоп и т. Д., Которые широко используются в народном хозяйстве и строительстве национальной обороны. Это привлекает все большее внимание научных и технических работников. Например, использование антиотражающей пленки может снизить потери светового потока сложной оптической линзы в десять раз; использование зеркала с высоким коэффициентом отражения может удвоить выходную мощность лазера; Использование оптической тонкой пленки позволяет повысить эффективность и стабильность кремниевой батареи.
Простейшая модель оптической пленки представляет собой однородный слой диэлектрической пленки с гладкой поверхностью и изотропной поверхностью. В этом случае оптические свойства оптических тонких пленок могут быть изучены с помощью интерференционной теории света. Когда плоская волна монохроматического света падает на оптическую пленку, она отражается и преломляется несколько раз на двух ее поверхностях. Направления отраженного света и преломленного света определяются по закону отражения и преломления, а амплитуда отраженного света определяется по формуле Френеля.
Оптические пленки могут быть разделены: отражающая пленка, антиотражающая пленка / антиотражающая пленка, фильтр, поляризатор / поляризаторная пленка, компенсационная пленка / пластина с разностью фаз, выравнивающая пленка, диффузионная пленка / пленка, осветляющая пленка / призматическая линза / конденсатор, затеняющая пленка / черная и белый клей и т. д. К производным относятся оптическая защитная пленка, оконная пленка и т. д.
Характеристики оптической пленки: поверхность гладкая, а поверхность раздела слоев пленки имеет геометрическую сегментацию; показатель преломления слоя пленки может прыгать на границе раздела, но он непрерывен в слое пленки; это может быть прозрачная среда, это также может быть поглощающая среда; это может быть нормальная форма или нормальная неровность. Применяемая пленка намного сложнее, чем идеальная пленка. Это связано с тем, что: во время подготовки оптические и физические свойства пленки отклоняются от объемного материала, а поверхность и поверхность раздела шероховаты, что приводит к диффузному отражению светового пучка; взаимное проникновение между слоями пленки образует диффузионную границу раздела; из-за роста, структуры, напряжения и других причин слоя пленки образуются все виды неоднородностей пленки; пленочный слой обладает сложным временным эффектом.
Светоотражающую пленку обычно можно разделить на два типа, один из которых является металлической отражающей пленкой, а другой - полностью диэлектрической отражающей пленкой. Кроме того, существует металлическая диэлектрическая отражающая пленка, объединяющая их, функция которой заключается в увеличении отражательной способности оптической поверхности.
Как правило, металлы имеют относительно большой коэффициент экстинкции. Когда луч света падает на поверхность металла из воздуха, амплитуда света, попадающего в металл, быстро уменьшается, что соответственно уменьшает световую энергию, попадающую в металл, в то время как энергия отраженного света увеличивается. Чем выше коэффициент экстинкции, тем быстрее уменьшается амплитуда света. Чем меньше световой энергии поступает в металл, тем выше отражательная способность. В качестве металлических пленочных материалов люди всегда выбирают металлы с большим коэффициентом экстинкции и стабильными оптическими свойствами. Тонким металлическим материалом, обычно используемым в ультрафиолетовой области, является алюминий, алюминий и серебро обычно используются в видимой области, а золото, серебро и медь обычно используются в инфракрасной области. Кроме того, хром и платина также часто используются в качестве мембранных материалов для некоторых специальных пленок. Поскольку алюминий, серебро, медь и другие материалы легко окисляются в воздухе и снижают их характеристики, они должны быть защищены электрической диэлектрической мембраной. Обычно используемые материалы защитной пленки включают оксид кремния, фторид магния, диоксид кремния, оксид алюминия и т.д.
Преимущество металлической отражающей пленки состоит в том, что процесс подготовки прост и диапазон рабочих длин волн широк; недостаток заключается в том, что потеря света велика и отражательная способность не может быть очень высокой. Чтобы дополнительно улучшить отражательную способность металлической отражающей пленки, несколько слоев диэлектрического слоя определенной толщины могут быть нанесены с внешней стороны пленки для формирования металлической диэлектрической отражающей пленки. Следует отметить, что металлическая диэлектрическая пленка увеличивает отражательную способность определенной длины волны (или определенной волновой области), но разрушает характеристику нейтрального отражения металлической пленки.