Principiul caracteristic și clasificarea filmelor subțiri optice

Odată cu dezvoltarea științei și tehnologiei și a globalizării economice, ființele umane de astăzi au intrat în societatea economiei cunoașterii și în societatea informațională. Și odată cu dezvoltarea „Made in China”, fabricația optică se află în ascensiune în țara continentală a Chinei, iar dezvoltarea acesteia este extrem de rapidă. Producția optică din China a început să joace un rol important în arena economică internațională, iar producția de sticlă optică și piese optice din China a ajuns aproape pe primul loc. Filmul optic este unul sau mai multe straturi de film placate pe suprafața pieselor optice prin schimbarea caracteristicilor suprafeței pieselor optice. Poate fi film metalic, film dielectric sau o combinație a acestor două tipuri de filme. Folia subțire optică este o parte indispensabilă a tuturor tipurilor de tehnologie fotoelectrică avansată. Acesta nu numai că poate îmbunătăți performanța sistemului, dar este și un mijloc necesar pentru îndeplinirea obiectivului de proiectare, câmpul de aplicare al filmului subțire optic și toate aspectele sistemului optic, inclusiv sistemul laser, comunicarea optică, afișarea optică, stocarea optică, etc. principalele dispozitive optice cu film subțire includ film reflectorizant, film antireflexie, film de polarizare, filtru de interferență și spectroscop, etc. Au fost utilizate pe scară largă în economia națională și în construcțiile de apărare națională și au obținut o atenție tot mai mare din partea lucrătorilor științifici și tehnici.
În prezent, există mai mult de 60 de tipuri de soiuri obișnuite de materiale de acoperire optică, iar soiurile și funcțiile lor de aplicare sunt încă dezvoltate continuu. În ultimii ani, s-a dezvoltat în sistem de filme metalice, când grosimea aurului, argintului, cuprului și aluminiului este de 7 ~ La 20 de minute, transmisia sa la lumină vizibilă este de 50%, în timp ce cea a luminii infraroșii este mai mică de 10%. Acest tip de film subțire a fost aplicat cu succes pe panoul navei spațiale Apollo pentru a transmite o parte din lumină vizibilă și aproape toată lumina infraroșie este reflectată pentru control termic. Următorul articol introduce în principal principiul caracteristic și clasificarea filmelor subțiri optice.
I. Definiția filmului optic
Filmul optic este un fel de material mediu optic, care este compus din mediu stratificat subțire și propagă fasciculul luminos prin interfață. Aplicarea filmului optic a început în anii 1930 S. Filmul optic a fost utilizat pe scară largă în domeniul tehnicii de optică și fotoelectron, fabricând diferite instrumente optice. Banda de preparare necesită piese înalte și fine.
Definiția filmului optic este: stratul de film subțire și chiar dielectric atașat la suprafața dispozitivului optic în procesul de propagare a luminii, reflectarea, pătrunderea (plierea) când trece prin stratul de film dielectric stratificat) caracteristici precum emisia și polarizare, astfel încât să obținem formele speciale de lumină pe care le dorim într-una sau mai multe benzi de unde, cum ar fi toată lumina care trece sau toată reflectarea luminii sau separarea polarizării.
Filmul optic este peste tot în viața noastră, de la echipamente de precizie și optice, echipamente de afișare până la aplicarea filmului optic în viața de zi cu zi; de exemplu, ochelarii, camerele digitale, tot felul de aparate electrocasnice purtate la ore obișnuite sau tehnologia anti-contrafacere a bancnotelor pot fi denumite extensia aplicației tehnologiei cu film optic. Fără tehnologia optică cu film subțire ca bază de dezvoltare, tehnologia fotoelectrică modernă, de comunicare sau laser nu va înregistra progrese, ceea ce arată, de asemenea, importanța cercetării și dezvoltării tehnologiei optice cu film subțire.
Filmul optic se referă la acoperirea sau acoperirea unuia sau mai multor straturi de film dielectric sau film metalic sau la combinația acestor două tipuri de filme pe elemente optice sau substraturi independente pentru a modifica caracteristicile de transmisie ale undelor de lumină, inclusiv transmisia, reflectarea, absorbția , împrăștiere, polarizare și schimbare de fază a luminii. Prin urmare, printr-un proiect adecvat, permeabilitatea și reflectivitatea suprafeței elementelor din diferite benzi de undă pot fi reglate, iar lumina din diferite planuri de polarizare poate avea, de asemenea, caracteristici diferite.
În general, modurile de producție a filmelor subțiri optice sunt împărțite în principal în procedeu uscat și proces umed. Așa-numitul tip uscat înseamnă că în întregul proces de prelucrare nu apare niciun lichid. De exemplu, evaporarea în vid constă în încălzirea materiilor prime solide cu energie electrică într-un mediu de vid, după sublimarea în gaz, este atașată la suprafața unui material de bază solid pentru a finaliza procesul de acoperire. Filmul de ambalaj auriu, argintiu sau metalic pentru decorațiuni văzut în viața de zi cu zi este un produs realizat prin acoperire uscată. Cu toate acestea, având în vedere producția de masă reală, gama de aplicare a acoperirii uscate este mai mică decât cea a acoperirii umede. Metoda generală de acoperire umedă este amestecarea componentelor cu diferite funcții în acoperirea lichidă și aplicarea lor pe materialul de bază în diferite metode de prelucrare, apoi se usucă și se solidifică acoperirea lichidă pentru a face produsul.
II. Principiul interferenței cu film subțire
1. Fluctuația luminii
În anii 1860, fizicianul american Maxwell a dezvoltat teoria electromagnetică, subliniind că lumina este un fel de undă electromagnetică, ceea ce face ca teoria undelor să se dezvolte la un nivel perfect.
Conform dualității Bo Li a luminii, lumina este aceeași cu undele radio, razele X,? Razele sunt unde electromagnetice, dar frecvențele lor sunt diferite. Relația dintre lungimea de undă λ, frecvența u și rata de propagare V a undei electromagnetice este următoarea:
V = λ u
Deoarece viteza de propagare a undelor electromagnetice cu diferite frecvențe în vid este egală în Germania, lungimea de undă a undelor electromagnetice cu frecvențe diferite este de asemenea diferită. Lungimea de undă cu frecvență mare este scurtă, în timp ce lungimea de undă cu frecvență joasă este lungă. Pentru comoditatea comparației, în funcție de undă radio, raze infraroșii, lumină vizibilă, raze ultraviolete, raze X și? Lungimea de undă (sau frecvența) razelor etc., le aranjează într-un spectru în secvență, care se numește spectru electromagnetic.
În spectrul electromagnetic, undele radio au cea mai lungă lungime de undă, care poate fi împărțită în undă lungă, undă medie, undă scurtă, undă ultrahortă, cuptor cu microunde și așa mai departe. Al doilea este cel de raze infraroșii, raze vizibile și raze ultraviolete, care sunt numite colectiv radiație de lumină. Dintre toate undele electromagnetice, ochii umani pot vedea doar lumina vizibilă. Lungimea de undă a luminii vizibile este de aproximativ 0,76 microni până la 0,40 microni, ceea ce reprezintă doar o mică parte din spectrul electromagnetic. A doua este radiografia. Undul electromagnetic cu cea mai scurtă lungime de undă este y Ray.
Deoarece lumina este un fel de undă electromagnetică, aceasta ar trebui să-și arate caracteristicile în procesul de propagare-interferență, difracție, polarizare și alte fenomene.
2. Interferența filmului subțire
Folia poate fi un solid transparent, lichid sau un strat subțire de gaz fixat de două bucăți de sticlă. Primul fascicul de lumină este reflectat de suprafața superioară a filmului, lumina refractată este reflectată de suprafața inferioară a filmului, iar cel de-al doilea fascicul este reflectat de suprafața superioară. Cele două fascicule sunt de aceeași parte a filmului, separate de aceeași vibrație incidentă, este lumină coerentă și aparține interferenței de amplitudine. Dacă sursa de lumină este o sursă de lumină extinsă (sursă de lumină de suprafață), interferența poate fi observată numai în zona de suprapunere specifică a grinzilor uscate cu două faze, deci aparține interferenței localizate. Pentru filmele plane ale căror două suprafețe sunt paralele una cu cealaltă, franja de interferență este situată la infinit, care este de obicei observată în planul focal al imaginii cu ajutorul lentilelor convergente; pentru filme în formă de pană, localizarea cu franjuri de interferență este aproape de film.
Atât experimentele, cât și teoriile au dovedit că numai atunci când două coloane de unde de lumină au o anumită relație se pot genera benzi de interferență. Aceste relații se numesc condiții coerente. Condițiile uscate ale filmului subțire includ trei puncte: frecvența celor două unde de lumină este aceeași; direcția de vibrație a celor două unde de lumină este aceeași; diferența de fază între cele două unde de lumină rămâne constantă.
Formula de diferență de cale optică a luminii uscate în două faze interferate de peliculă subțire este:
δ = ntcos (α) ± λ / 2
În formulă, n este indicele de refracție al filmului; t este grosimea filmului în punctul incident; α este unghiul de refracție din film; λ / 2 se datorează faptului că două fascicule de lumină coerentă sunt la două interfețe cu proprietăți diferite (unul este mediu de densitate optică până la mediu de densitate optică, celălalt este mediu de densitate optică până la mediu de densitate optică) diferență suplimentară de cale optică cauzată de reflectarea superioară. Principiul interferenței cu peliculă subțire este utilizat pe scară largă în inspecția suprafeței optice, măsurarea precisă a unghiului mic sau a liniarității, pregătirea filmului antireflex și filtrul de interferență etc.
Lumina este radiată de schimbarea stării de mișcare a atomului sau moleculei originale din sursa de lumină. Undul luminos emis de fiecare atom sau moleculă este doar o coloană scurtă, durata este de aproximativ 1 miliard de secunde. Pentru două surse de lumină independente, nu este ușor să îndeplinești cele trei condiții de interferență, cum ar fi aceeași fază sau diferența de fază constantă pe piețele speciale, prin urmare, două surse de lumină generale independente nu pot forma o sursă de lumină coerentă. Mai mult decât atât, chiar și lumina emisă de diferite părți ale aceleiași surse de lumină nu va interfera în general, deoarece sunt emise de atomi sau molecule diferite.
3. Clasificarea caracteristică a filmului optic
Principalele dispozitive optice cu film subțire includ film reflectorizant, film antireflexie, film de polarizare, filtru de interferență, spectroscop și așa mai departe, care sunt utilizate pe scară largă în economia națională și în construcțiile de apărare națională, a obținut o atenție tot mai mare din partea lucrătorilor științifici și tehnici. De exemplu, utilizarea de film antireflexie poate reduce pierderea de flux luminos a lentilelor optice complexe de zece ori; utilizarea unei oglinzi cu raport de înaltă reflectie a filmului poate dubla puterea de ieșire a laserului; utilizarea filmului subțire optic poate îmbunătăți eficiența și stabilitatea bateriei de siliciu.
Cel mai simplu model de peliculă optică este un strat de film dielectric uniform cu suprafață netedă și izotropă. În acest caz, proprietățile optice ale filmelor subțiri optice pot fi studiate prin teoria interferenței luminii. Când o undă plană de lumină monocromatică este incidentă pe filmul optic, aceasta va fi reflectată și refractată de mai multe ori pe cele două suprafețe ale sale. Direcțiile luminii reflectate și ale luminii refractate sunt date de legea reflectării și a refracției, amplitudinea luminii reflectate este determinată de formula Fresnel.
Filmele optice pot fi împărțite: film reflectorizant, film antireflexie / film antireflexie, filtru, film polarizator / polarizator, film de compensare / placă diferență de fază, film de aliniere, difuzie Film / Film, film strălucitor / lentilă prismatică / condensator, film de umbrire / negru și clei alb etc. Derivatele conexe includ folie de protecție optică, film de fereastră etc.
Caracteristicile filmului optic sunt: suprafața este netedă, iar interfața dintre straturile de film prezintă segmentarea geometrică; indicele de refracție al stratului de film poate sări pe interfață, dar este continuu în stratul de film; poate fi un mediu transparent, poate fi și un mediu de absorbție; poate fi uniformă normală sau inegală normală. Filmul aplicat este mult mai complicat decât filmul ideal. Acest lucru se datorează faptului că: în timpul pregătirii, proprietățile optice și fizice ale filmului se abat de la materialul în vrac, iar suprafața și interfața sunt dure, ceea ce duce la reflectarea difuză a fasciculului de lumină; penetrarea reciprocă între straturile de film formează interfața de difuzie; datorită creșterii, structurii, stresului și altor motive ale stratului de film, se formează tot felul de eterogeneitate a filmului; stratul de film are efect complex de timp.
Pelicula reflectorizantă poate fi împărțită în general în două tipuri, unul este film reflectorizant metalic și celălalt este film reflectorizant all-dielectric. În plus, există o peliculă metalică reflectorizantă din metal care le combină pe cele două, a cărei funcție este de a crește reflectivitatea suprafeței optice.
În general, metalele au un coeficient de extincție relativ mare. Atunci când fasciculul de lumină este incident pe suprafața metalului din aer, amplitudinea luminii care intră în metal scade rapid, ceea ce face ca energia luminoasă care intră în metal să scadă corespunzător, în timp ce energia lumină reflectată crește. Cu cât este mai mare coeficientul de extincție, cu atât mai rapidă scade amplitudinea luminii. Cu cât energia mai mică de lumină intră în metal, cu atât reflectabilitatea este mai mare. Oamenii aleg întotdeauna metale cu coeficient mare de extincție și proprietăți optice stabile ca materiale de film metalice. Materialul subțire de metal utilizat frecvent în regiunea ultraviolete este aluminiul, aluminiul și argintul sunt frecvent utilizate în regiunea vizibilă, iar aurul, argintul și cuprul sunt utilizate în mod frecvent în regiunea infraroșu. În plus, cromul și platina sunt adesea folosite ca materiale de membrană pentru unele filme speciale. Deoarece aluminiul, argintul, cupru și alte materiale sunt ușor de oxidat în aer și reduc performanțele acestora, acestea trebuie protejate de membrană electrică dielectrică. Materialele folice de protecție utilizate frecvent includ oxid de siliciu, fluorură de magneziu, dioxid de siliciu, oxid de aluminiu etc.
Avantajul filmului reflectorizant metalic este că procesul de preparare este simplu și intervalul de lungime de undă de lucru este larg; dezavantajul este că pierderea de lumină este mare și reflectivitatea nu poate fi foarte mare. Pentru a îmbunătăți în continuare reflectivitatea filmului reflectorizant din metal, mai multe straturi dielectrice cu o anumită grosime pot fi placate pe partea exterioară a peliculei pentru a forma folia reflectorizantă din metal. Trebuie subliniat faptul că filmul dielectric metalic mărește reflectivitatea unei anumite lungimi de undă (sau a unei anumite regiuni de undă), dar distruge caracteristica reflectării neutre a filmului metalic.