Karakteristiek principe en classificatie van optische dunne films

Met de ontwikkeling van wetenschap en technologie en economische globalisering zijn de mensen van vandaag de samenleving van de kenniseconomie en de informatiemaatschappij binnengegaan. En met de ontwikkeling van "Made in China", is de optische productie in opkomst in het land van het Chinese vasteland, en de ontwikkeling is extreem snel. De optische productie van China begint een belangrijke rol te spelen in de internationale economische arena en de uitvoer van optisch glas en optische onderdelen in China staat bijna op de eerste plaats. Optische film is een of meer lagen film geplateerd op het oppervlak van optische delen door de oppervlakte-eigenschappen van optische delen te veranderen. Het kan metaalfilm, diëlektrische film of een combinatie van deze twee soorten films zijn. Optische dunne film is een onmisbaar onderdeel van allerlei geavanceerde foto-elektrische technologie. Het kan niet alleen de systeemprestaties verbeteren, maar is ook een noodzakelijk middel om het ontwerpdoel, het toepassingsgebied van optische dunne film en alle aspecten van het optische systeem te bereiken, inclusief lasersysteem, optische communicatie, optische weergave, optische opslag, enz. de belangrijkste optische dunne-filmapparaten zijn reflecterende film, antireflectiefilm, polarisatiefilm, interferentiefilter en spectroscoop, enz. Ze worden veel gebruikt in de nationale economie en de nationale defensieconstructie en krijgen steeds meer aandacht van wetenschappelijke en technische werknemers.
Momenteel zijn er meer dan 60 soorten veel voorkomende soorten optische coatingmaterialen en hun variëteiten en toepassingsfuncties worden nog steeds continu ontwikkeld. In de afgelopen jaren heeft het zich ontwikkeld tot een metaalfilmsysteem, wanneer de dikte van goud, zilver, koper en aluminium 7 ~ is. Bij 20um is de doorlaatbaarheid voor zichtbaar licht 50%, terwijl die van infraroodlicht minder dan 10% is. Dit soort dunne film is met succes aangebracht op het paneel van Apollo-ruimtevaartuigen om een deel van het zichtbare licht door te laten en bijna al het infraroodlicht wordt gereflecteerd voor thermische controle. Het volgende artikel introduceert hoofdzakelijk het kenmerkende principe en de classificatie van optische dunne films.
I. Definitie van optische film
Optische film is een soort optisch medium materiaal dat is samengesteld uit dun gelaagd medium en lichtstraal door interface verspreidt. De toepassing van optische film begon in de jaren 1930 S. Optische film wordt veel gebruikt op het gebied van optica en foto-elektronentechnologie, waarbij verschillende optische instrumenten worden vervaardigd. De voorbereidingsstrip vereist hoge en fijne delen.
De definitie van optische film is: de dunne en gelijkmatige diëlektrische filmlaag bevestigd aan het oppervlak van het optische apparaat tijdens het lichtvoortplantingspad, de reflectie, penetratie (vouwen) bij het passeren door de gelaagde diëlektrische filmlaag) kenmerken zoals emissie en polarisatie, om de speciale vormen van licht te bereiken die we willen in een of meer golfbanden, zoals al het licht dat erdoorheen gaat of alle lichtreflectie of polarisatiescheiding.
Optische film is overal in ons leven, van precisie- en optische apparatuur, weergaveapparatuur tot de toepassing van optische film in het dagelijks leven; brillen, digitale camera's, allerlei huishoudelijke apparaten die op normale tijden worden gedragen of de anti-namaaktechnologie op bankbiljetten kunnen de uitbreiding van de toepassing van optische filmtechnologie worden genoemd. Zonder optische dunne-filmtechnologie als basis voor ontwikkeling, zullen moderne foto-elektrische, communicatie- of lasertechnologie geen vooruitgang boeken, wat ook het belang van het onderzoek naar en de ontwikkeling van optische dunne-filmtechnologie aantoont.
Optische film verwijst naar de coating of coating van een of meer lagen diëlektrische film of metaalfilm of de combinatie van deze twee soorten films op optische elementen of onafhankelijke substraten om de transmissiekarakteristieken van lichtgolven te veranderen, inclusief de transmissie, reflectie, absorptie , verstrooiing, polarisatie en faseverandering van licht. Daarom kan door een juist ontwerp de permeabiliteit en reflectiviteit van het oppervlak van elementen in verschillende golfbanden worden aangepast en kan het licht in verschillende polarisatievlakken ook verschillende kenmerken hebben.
Over het algemeen zijn de productiemodi van optische dunne films hoofdzakelijk verdeeld in droog proces en nat proces. Het zogenaamde droge type betekent dat er tijdens het hele verwerkingsproces geen vloeistof verschijnt. Vacuümverdamping is bijvoorbeeld om vaste grondstoffen met elektrische energie in een vacuümomgeving te verwarmen, na sublimatie in gas wordt het aan het oppervlak van een vast basismateriaal bevestigd om het coatingproces te voltooien. De gouden, zilveren of metalen verpakkingsfolie voor decoratie in het dagelijks leven is een product gemaakt door droge coating. Gezien de werkelijke massaproductie is het toepassingsbereik van de droge coating echter kleiner dan dat van de natte coating. De algemene methode voor nat coaten is om componenten met verschillende functies tot een vloeibare coating te mengen en ze op het basismateriaal aan te brengen in verschillende verwerkingsmethoden, vervolgens de vloeibare coating drogen en stollen om het product te maken.
II. Principe van dunne film interferentie
1. De fluctuatie van licht
In 1860 ontwikkelde de Amerikaanse natuurkundige Maxwell de elektromagnetische theorie, erop wijzend dat licht een soort elektromagnetische golf is, waardoor de golftheorie zich tot een perfect niveau ontwikkelt.
Volgens de Bo Li dualiteit van licht is licht hetzelfde als radiogolven, röntgenstralen,? Stralen zijn elektromagnetische golven, maar hun frequenties zijn verschillend. De relatie tussen golflengte λ, frequentie u en propagatiesnelheid V van elektromagnetische golf is als volgt:
V = λ u
Omdat de voortplantingssnelheid van elektromagnetische golven van verschillende frequenties in vacuüm gelijk is in Duitsland, is de golflengte van elektromagnetische golven met verschillende frequenties ook anders. De golflengte met hoge frequentie is kort, terwijl de golflengte met lage frequentie lang is. Voor het gemak van vergelijking, volgens radiogolven, infraroodstralen, zichtbaar licht, ultraviolette stralen, röntgenstralen en? De golflengte (of frequentie) van stralen, enz., Rangschikken ze in een spectrum in volgorde, dat elektromagnetisch spectrum wordt genoemd.
In het elektromagnetische spectrum hebben radiogolven de langste golflengte, die kan worden onderverdeeld in lange golf, middengolf, korte golf, ultrakorte golf, magnetron enzovoort. De tweede is infraroodstraal, zichtbare straal en ultraviolette stralen, die gezamenlijk lichtstraling worden genoemd. Van alle elektromagnetische golven kan alleen zichtbaar licht door menselijke ogen worden gezien. De golflengte van zichtbaar licht is ongeveer 0,76 micron tot 0,40 micron, wat slechts een klein deel van het elektromagnetische spectrum uitmaakt. De tweede is röntgenfoto. De elektromagnetische golf met de kortste golflengte is y Ray.
Aangezien licht een soort elektromagnetische golf is, moet het zijn kenmerken vertonen tijdens het proces van propagatie-interferentie, diffractie, polarisatie en andere fenomenen.
2. Dunne filminterferentie
De film kan een transparante vaste stof, vloeistof of een dunne laag gas zijn die wordt geklemd door twee stukken glas. De eerste lichtstraal wordt gereflecteerd door het bovenoppervlak van de film, het gebroken licht wordt gereflecteerd door het onderoppervlak van de film en de tweede straal wordt gereflecteerd door het bovenoppervlak. De twee stralen bevinden zich aan dezelfde zijde van de film, gescheiden van dezelfde invallende trillingen, het is coherent licht en behoort tot amplitude-interferentie. Als de lichtbron een uitgebreide lichtbron is (oppervlakte-lichtbron), kan interferentie alleen worden waargenomen in het specifieke overlappende gebied van tweefasige droge stralen, dus behoort het tot gelokaliseerde interferentie. Voor de vlakke films waarvan de twee oppervlakken evenwijdig aan elkaar zijn, bevindt de interferentierand zich in oneindig, wat gewoonlijk wordt waargenomen in het brandpuntsvlak van het beeld door middel van een convergerende lens; voor wigvormige films bevindt de interferentierandlokalisatie zich in de buurt van de film.
Zowel experimenten als theorieën hebben bewezen dat alleen wanneer twee kolommen van lichtgolven een bepaalde relatie hebben, interferentiestrepen kunnen worden gegenereerd. Deze relaties worden coherente voorwaarden genoemd. De droge omstandigheden van de dunne film omvatten drie punten: de frequentie van de twee lichtgolven is hetzelfde; de trillingsrichting van de twee lichtgolven is hetzelfde; het faseverschil tussen de twee lichtgolven blijft constant.
De optische padverschilformule van het tweefasige droge licht dat wordt verstoord door de dunne film is:
8 = ntcos (α) ± λ / 2
In de formule is n de brekingsindex van de film; t is de dikte van de film op het invalspunt; a is de brekingshoek in de film; A / 2 is omdat twee bundels van coherent licht zich op twee interfaces bevinden met verschillende eigenschappen (de ene is medium met optische dichtheid medium tot optische dichtheid, de andere is medium met optische dichtheid medium tot optische dichtheid) extra optisch padverschil veroorzaakt door bovenste reflectie. Het principe van dunne film interferentie wordt veel gebruikt bij de inspectie van het optische oppervlak, nauwkeurige meting van kleine hoek of lineariteit, voorbereiding van antireflectiefilm en interferentiefilter, enz.
Het licht wordt uitgestraald door de verandering van de bewegingstoestand van het oorspronkelijke atoom of molecuul in de lichtbron. De lichtgolf die wordt uitgestraald door elk atoom of molecuul is slechts een korte kolom, de duur is ongeveer 1 miljard seconden. Voor twee onafhankelijke lichtbronnen is het niet eenvoudig om te voldoen aan de drie voorwaarden voor interferentie, zoals dezelfde fase of constant faseverschil in speciale markten, daarom kunnen twee onafhankelijke algemene lichtbronnen geen coherente lichtbron vormen. Bovendien zal zelfs het licht dat wordt geëmitteerd door verschillende delen van dezelfde lichtbron in het algemeen niet interfereren omdat ze worden geëmitteerd door verschillende atomen of moleculen.
3. Karakteristieke classificatie van optische film
De belangrijkste optische dunne-filmapparaten omvatten reflecterende film, antireflectiefilm, polarisatiefilm, interferentiefilter, spectroscoop en dergelijke, die op grote schaal worden gebruikt in de nationale economie en de nationale defensieconstructie, het heeft steeds meer aandacht gekregen van wetenschappelijke en technische werknemers. Het gebruik van antireflectiefilm kan bijvoorbeeld het lichtstroomverlies van complexe optische lenzen met tien keer verminderen; het gebruik van een spiegel met een hoge reflectiefilmverhouding kan het outputvermogen van laser verdubbelen; het gebruik van optische dunne film kan de efficiëntie en stabiliteit van een siliconenbatterij verbeteren.
Het eenvoudigste optische filmmodel is een uniforme diëlektrische filmlaag met glad oppervlak en isotroop oppervlak. In dit geval kunnen de optische eigenschappen van optische dunne films worden bestudeerd met behulp van de interferentietheorie van licht. Wanneer een vlakke golf van monochromatisch licht op de optische film invalt, wordt dit meerdere keren op zijn twee oppervlakken gereflecteerd en gebroken. De richtingen van gereflecteerd licht en gebroken licht worden gegeven door de wet van reflectie en breking, de amplitude van het gereflecteerde licht wordt bepaald door de Fresnel-formule.
Optische films kunnen worden verdeeld: reflecterende film, antireflectiefilm / antireflectiefilm, filter, polarisator / polarisatiefilm, compensatiefilm / faseverschilplaat, uitlijningsfilm, diffusiefilm / film, verhelderende film / prismatische lens / condensor, schaduwfilm / zwart en witte lijm, enz. Gerelateerde derivaten zijn onder meer optische beschermfolie, raamfolie, enz.
De kenmerken van de optische film zijn: het oppervlak is glad en het raakvlak tussen de filmlagen vertoont geometrische segmentatie; de brekingsindex van de filmlaag kan op het grensvlak springen, maar deze is continu in de filmlaag; het kan een transparant medium zijn, het kan ook een absorptiemedium zijn; het kan normaal uniform of normaal ongelijk zijn. De toegepaste film is veel gecompliceerder dan de ideale film. Dit komt omdat: tijdens de voorbereiding de optische en fysische eigenschappen van de film afwijken van het bulkmateriaal en het oppervlak en het grensvlak ruw zijn, wat leidt tot de diffuse reflectie van de lichtstraal; de wederzijdse penetratie tussen de filmlagen vormt het diffusie-interface; door de groei, structuur, spanning en andere redenen van de filmlaag worden allerlei heterogeniteit van de film gevormd; de filmlaag heeft een complex tijdseffect.
Reflecterende film kan in het algemeen in twee soorten worden verdeeld, een is metaal reflecterende film en de andere is een volledig diëlektrische reflecterende film. Bovendien is er een metalen diëlektrische reflecterende film die de twee combineert, waarvan de functie is om de reflectiviteit van het optische oppervlak te vergroten.
In het algemeen hebben metalen een relatief grote extinctiecoëfficiënt. Wanneer de lichtstraal vanuit de lucht op het metalen oppervlak invalt, vervalt de amplitude van het licht dat het metaal binnenkomt snel, waardoor de lichtenergie die het metaal binnenkomt overeenkomstig afneemt, terwijl de gereflecteerde lichtenergie toeneemt. Hoe hoger de extinctiecoëfficiënt, hoe sneller de lichtamplitude vervalt. Hoe minder lichtenergie het metaal binnenkomt, hoe hoger de reflectiviteit. Mensen kiezen altijd metalen met grote extinctiecoëfficiënt en stabiele optische eigenschappen als metaalfilmmaterialen. Het dunne metaalmateriaal dat gewoonlijk in het ultraviolette gebied wordt gebruikt, is aluminium, het aluminium en zilver worden gewoonlijk in het zichtbare gebied gebruikt en het goud, zilver en koper worden gewoonlijk in het infrarode gebied gebruikt. Bovendien worden chroom en platina ook vaak gebruikt als membraanmaterialen voor sommige speciale films. Omdat aluminium, zilver, koper en andere materialen gemakkelijk in de lucht oxideren en hun prestaties verminderen, moeten ze worden beschermd door een elektrisch diëlektrisch membraan. Veelgebruikte beschermende filmmaterialen zijn onder andere siliciumoxide, magnesiumfluoride, siliciumdioxide, aluminiumoxide, enz.
Het voordeel van de metalen reflecterende film is dat het bereidingsproces eenvoudig is en het werkgolflengtebereik breed is; het nadeel is dat het lichtverlies groot is en de reflectiviteit niet erg hoog kan zijn. Om de reflectiviteit van de metalen reflecterende film verder te verbeteren, kunnen verschillende lagen diëlektrische laag met een bepaalde dikte aan de buitenkant van de film worden geplateerd om de metalen diëlektrische reflecterende film te vormen. Opgemerkt moet worden dat de metalen diëlektrische film de reflectiviteit van een bepaalde golflengte (of een bepaald golfgebied) verhoogt, maar de eigenschap van neutrale reflectie van de metaalfilm vernietigt.