Karakteristično načelo i klasifikacija optičkih tankih filmova

Razvojem znanosti i tehnologije i ekonomske globalizacije, današnja ljudska bića ušla su u društvo znanja i informacijsko društvo. A s razvojem „Made in China“ optička proizvodnja je u usponu u zemlji kopnene Kine, a njezin je razvoj izuzetno brz. Kineska proizvodnja optike počela je igrati važnu ulogu u međunarodnoj ekonomskoj areni, a proizvodnja optičkog stakla i optičkih dijelova u Kini gotovo je na prvom mjestu. Optički film je jedan ili više slojeva filma na površini optičkih dijelova mijenjanjem površinskih karakteristika optičkih dijelova. To može biti metalni film, dielektrični film ili kombinacija ove dvije vrste filmova. Optički tanki film neizostavan je dio svih vrsta napredne fotoelektrične tehnologije. To ne samo da može poboljšati performanse sustava, već je i neophodno sredstvo za postizanje cilja dizajna, područja primjene optičkog tankog filma i svih aspekata optičkog sustava, uključujući laserski sustav, optičku komunikaciju, optički prikaz, optičku pohranu itd., glavni optički tanki filmski uređaji uključuju reflektirajući film, antirefleksni film, polarizacijski film, interferencijski filter i spektroskop itd. Oni su se široko koristili u nacionalnoj ekonomiji i nacionalnoj obrambenoj konstrukciji i zadobili sve veću pažnju znanstvenih i tehničkih radnika.
Trenutno postoji više od 60 vrsta uobičajenih vrsta optičkih materijala za oblaganje, a njihove se sorte i funkcije primjene još uvijek kontinuirano razvijaju. Posljednjih se godina razvio u metalni filmski sustav, kada je debljina zlata, srebra, bakra i aluminija 7 ~ At 20um, njegova propusnost na vidljivu svjetlost je 50%, dok je infracrvena svjetlost manja od 10%. Ova vrsta tankog filma uspješno se primjenjuje na ploči svemirske letjelice Apollo kako bi se prenio dio vidljive svjetlosti, a gotovo sva infracrvena svjetlost reflektira se za termičku kontrolu. Sljedeći članak uglavnom uvodi karakteristični princip i klasifikaciju optičkih tankih filmova.
I. Definicija optičkog filma
Optički film je vrsta materijala s optičkim medijem koji je sastavljen od tankoslojnih medija i kroz sučelje širi svjetlosni snop. Primjena optičkog filma započela je 1930-ih. S. Optical film široko se koristio u području optike i fotoelektronske tehnologije, proizvodnju raznih optičkih instrumenata. Traka za pripremu zahtijeva visoke i fine dijelove.
Definicija optičkog filma je: tanki i ravnomjerni dielektrični sloj filma pričvršćen na površinu optičkog uređaja u procesu širenja svjetlosti, odraz, prodiranje (presavijanje) pri prolasku slojevitog sloja dielektričnog filma) poput emisije i polarizacije, tako da postižemo posebne oblike svjetlosti koje želimo u jednom ili više valnih pojaseva, kao što je sva svjetlost koja prolazi kroz ili sva refleksija svjetlosti ili razdvajanje polarizacije.
Optički film postoji svuda u našem životu, od precizne i optičke opreme, opreme za prikazivanje do primjene optičkih filmova u svakodnevnom životu; na primjer, naočale, digitalni fotoaparati, sve vrste kućanskih aparata koje se nose u uobičajenim vremenima ili tehnologija protiv krivotvorenja novčanica može se nazvati proširenjem primjene tehnologije optičkih filmova. Bez optičke tankoslojne tehnologije kao osnove razvoja, suvremena fotoelektrična, komunikacijska ili laserska tehnologija neće ostvariti napredak, što ukazuje i na važnost istraživanja i razvoja optičke tankoslojne tehnologije.
Optički film odnosi se na prevlaku ili oblaganje jednog ili više slojeva dielektričnog filma ili metalnog filma ili kombinaciju ove dvije vrste filmova na optičkim elementima ili neovisnim podlogama za promjenu prijenosnih karakteristika svjetlosnih valova, uključujući prijenos, odraz, apsorpciju , raspršenje, polarizacija i promjena faze svjetlosti. Stoga se pravilnim dizajnom može podesiti propusnost i reflektivnost površine elemenata u različitim valnim pojasevima, a svjetlost u različitim polarizacijskim ravninama može imati i različite karakteristike.
Općenito govoreći, načini proizvodnje optičkih tankih filmova uglavnom se dijele na suhi i mokri postupak. Takozvani suhi tip znači da se u cijelom procesu obrade ne pojavljuje tekućina. Na primjer, isparavanjem u vakuumu služi za zagrijavanje čvrstih sirovina s električnom energijom u vakuumskom okruženju, nakon sublimacije u plin pričvršćuje se na površinu krutog osnovnog materijala kako bi se završio postupak oblaganja. Zlatni, srebrni ili metalni film za pakiranje za ukrašavanje koji se viđa u svakodnevnom životu proizvod je suhog premaza. Međutim, s obzirom na stvarnu masovnu proizvodnju, raspon primjene suhog premaza manji je od onog kod vlažnog premaza. Općenita metoda vlažnog premaza je miješanje komponenata s različitim funkcijama u tekući premaz i nanošenje na osnovni materijal u različitim postupcima obrade, zatim sušenje i očvršćivanje tekućeg premaza kako bi nastao proizvod.
II. Princip smetnje u tankom filmu
1. fluktuacija svjetlosti
1860-ih američki fizičar Maxwell razvio je elektromagnetsku teoriju ističući da je svjetlost vrsta elektromagnetskog vala, zbog čega se teorija valova razvija na savršenu razinu.
Prema Bo Li dualnosti svjetla, svjetlost je isto što i radio valovi, x-zrake,? Zrake su elektromagnetski valovi, ali njihove su frekvencije različite. Odnos između valne duljine λ, frekvencije u i brzine širenja V elektromagnetskog vala je sljedeći:
V = λ u
Budući da je brzina širenja elektromagnetskih valova različitih frekvencija u vakuumu u Njemačkoj jednaka, valna dužina elektromagnetskih valova s različitim frekvencijama također je različita. Valna duljina s visokom frekvencijom je kratka, dok je valna duljina s niskom frekvencijom duga. Radi praktičnosti usporedbe, prema radio valovima, infracrvenom zraku, vidljivoj svjetlosti, ultraljubičastoj zraci, rendgenu i? Valna duljina (ili frekvencija) zraka itd. Raspoređuje ih u spektar u nizu koji se naziva elektromagnetskim spektrom.
U elektromagnetskom spektru, radio valovi imaju najdužu valnu duljinu, koji se mogu podijeliti u dugački, srednji val, kratki val, ultra kratki val, mikrovalnu i tako dalje. Drugi je infracrveni zrak, vidljivi i ultraljubičast zrak koji se u zajednici nazivaju svjetlosnim zračenjem. Među svim elektromagnetskim valovima ljudske oči mogu vidjeti samo vidljivu svjetlost. Valna duljina vidljive svjetlosti iznosi oko 0,76 mikrona do 0,40 mikrona, što čini samo mali dio elektromagnetskog spektra. Drugi je rendgenski. Elektromagnetski val s najkraćom valnom duljinom je y Ray.
Budući da je svjetlost vrsta elektromagnetskog vala, trebala bi pokazati svoje karakteristike u procesu širenja-interferencije, difrakcije, polarizacije i drugih pojava.
2. Interferencija tankih filmova
Film može biti prozirna krutina, tekućina ili tanki sloj plina koji se pričvršćuje dva komada stakla. Prvi snop svjetlosti reflektira se gornjom površinom filma, loma svjetla odbija donja površina filma, a drugi snop odbija gornju površinu. Dvije zrake nalaze se na istoj strani filma, odvojene od iste incidentne vibracije, koherentne su svjetlosti i pripadaju amplitudnim interferencijama. Ako je izvor svjetlosti produženi izvor svjetlosti (površinski izvor svjetlosti), smetnje se mogu primijetiti samo u specifičnom području preklapanja dvofaznih suhih zraka, pa pripada lokaliziranim smetnjama. Za ravninske filmove čije su dvije površine paralelne jedna s drugom, interferencijski rub smješten je u beskonačnosti, što se obično opaža u žarišnoj ravnini slike pomoću konvergentne leće; za klinove u obliku klina, lokalizacija rubnih interferencija je blizu filma.
I eksperimenti i teorije dokazali su da se samo ako dva stuba svjetlosnih valova imaju određeni odnos mogu stvoriti interferencijske pruge. Ti se odnosi nazivaju koherentnim uvjetima. Suhi uvjeti tankog filma uključuju tri točke: frekvencija dvaju svjetlosnih valova je ista; smjer vibracije dvaju svjetlosnih valova je isti; razlika u fazama između dva svjetlosna vala ostaje konstantna.
Formula razlike optičke putanje dvofazne suhe svjetlosti ometane u tankom filmu je:
δ = ntcos (α) ± λ / 2
U formuli je n indeks loma filma; t je debljina filma u mjestu pada; α je kut refrakcije u filmu; λ / 2 je zato što se dva snopa koherentne svjetlosti nalaze na dva sučelja s različitim svojstvima (jedna je medijum optičke gustoće do mediju optičke gustoće, a drugi je optički medij gustoće do medija optičke gustoće) dodatna razlika optičke putanje uzrokovana gornjim odrazom. Princip ometanja tankih filmova široko se koristi u ispitivanju optičke površine, preciznom mjerenju sitnog kuta ili linearnosti, pripremi antirefleksnog filma i interferencijskog filtera itd.
Svjetlost zrači promjenom stanja gibanja izvornog atoma ili molekule u izvoru svjetlosti. Svjetlosni val koji emitira svaki atom ili molekula samo je kratki stupac, trajanje je oko milijardu sekundi. Za dva neovisna izvora svjetla nije lako ispuniti tri uvjeta interferencije, poput iste fazne ili konstantne fazne razlike na posebnim tržištima, stoga dva neovisna opća izvora svjetlosti ne mogu tvoriti koherentan izvor svjetla. Štoviše, čak i svjetlost koju emitiraju različiti dijelovi istog izvora svjetlosti neće se ometati općenito jer ih emitiraju različiti atomi ili molekule.
3. Karakteristična klasifikacija optičkog filma
Glavni optički uređaji tankog filma uključuju reflektirajući film, antirefleksni film, polarizacijski film, interferencijski filter, spektroskop i tako dalje, koji se široko koriste u nacionalnoj ekonomiji i nacionalnoj obrambenoj konstrukciji, a sve je veća pozornost privukla od strane znanstvenih i tehničkih radnika. Na primjer, upotreba antirefleksnog filma može smanjiti gubitak svjetlosnog toka složene optičke leće za deset puta; upotreba zrcala s visokim odrazom filma može udvostručiti izlaznu snagu lasera; Korištenje optičkog tankog filma može poboljšati učinkovitost i stabilnost silikonske baterije.
Najjednostavniji model optičkog filma ujednačen je dielektrični filmski sloj s glatkom površinom i izotropnom površinom. U ovom se slučaju optička svojstva optičkih tankih filmova mogu proučavati interferencijskom teorijom svjetlosti. Kada na optički film padne ravninski val monokromatske svjetlosti, ona će se reflektirati i refraktirati nekoliko puta na njegove dvije površine. Smjerovi reflektirane i lomljene svjetlosti daju se zakonom refleksije i refrakcije, a amplituda reflektirane svjetlosti određena je Fresnelovom formulom.
Optički se folije mogu podijeliti: reflektirajući film, antirefleksni film / antirefleksni film, filter, polarizer / polarizer film, kompenzacijski film / fazna razlika pločica, film za poravnavanje, difuzijski film / film, svjetlucavi film / prizmatična sočiva / kondenzator, film za zasjenjenje / crni i bijelo ljepilo itd. Povezani derivati uključuju optičku zaštitnu foliju, prozorski film itd.
Karakteristike optičkog filma su: površina je glatka, a sučelje između slojeva filma prikazuje geometrijsku segmentaciju; indeks loma sloja filma može skočiti na sučelje, ali je u sloju filma kontinuiran; može biti proziran medij, može biti i apsorpcijski medij; može biti normalno jednolična ili normalno neujednačena. Primijenjeni film mnogo je složeniji od idealnog filma. To je zato što: tijekom pripreme optička i fizička svojstva filma odstupaju od skupnoga materijala, a površina i sučelje su hrapavi, što dovodi do difuznog refleksije svjetlosnog snopa; međusobno prodiranje između slojeva filma tvori difuzijsko sučelje; zbog rasta, strukture, naprezanja i drugih razloga filmskog sloja nastaju sve vrste heterogenosti filma; filmski sloj ima složen vremenski učinak.
Reflektivni film općenito se može podijeliti u dvije vrste, jedan je metalni reflektirajući film, a drugi cijelo dielektrični reflektivni film. Uz to, postoji metalni dielektrični reflektivni film koji spaja dva, čija je funkcija povećati reflektivnost optičke površine.
Općenito, metali imaju relativno veliki koeficijent izumiranja. Kada se svjetlosni snop pojavi na metalnoj površini iz zraka, amplituda svjetlosti koja ulazi u metal brzo propada, zbog čega se svjetlosna energija koja ulazi u metal primjereno smanjuje, dok se reflektirana svjetlosna energija povećava. Što je veći koeficijent izumiranja, brže propada amplituda svjetla. Što manje svjetlosne energije ulazi u metal, veća je i refleksija. Ljudi kao metale metalnih filmova uvijek odabiru metale s velikim koeficijentom izumiranja i stabilnim optičkim svojstvima. Metalni tanki materijal koji se obično koristi u ultraljubičastoj regiji je aluminij, aluminij i srebro se obično koriste u vidljivoj regiji, a zlato, srebro i bakar se obično koriste u infracrvenom području. Pored toga, krom i platina također se često koriste kao membranski materijali za neke posebne filmove. Budući da se aluminij, srebro, bakar i ostali materijali lako oksidiraju u zraku i smanjuju njihove performanse, moraju biti zaštićeni električnom dielektričnom membranom. Najčešće korišteni zaštitni filmski materijali uključuju silicijev oksid, magnezijev fluorid, silicijev dioksid, aluminij oksid itd.
Prednost metalnog reflektirajućeg filma je u tome što je postupak pripreme jednostavan, a raspon radne valne duljine širok; nedostatak je što je gubitak svjetlosti velik i reflektivnost ne može biti velika. Da bi se dodatno poboljšala reflektivnost metalnog reflektirajućeg filma, na vanjsku stranu filma može se nanijeti nekoliko slojeva dielektričnog sloja određene debljine da bi se stvorio metalni dielektrični reflektivni film. Treba istaknuti da metalni dielektrični film povećava reflektivnost određene valne duljine (ili određenog valnog područja), ali uništava karakteristiku neutralnog refleksije metalnog filma.