Karakteristično načelo i klasifikacija optičkih tankih filmova

Razvojem nauke i tehnologije i ekonomske globalizacije, današnja ljudska bića ušla su u društvo ekonomije znanja i informaciono društvo. I s razvojem „Made in China“ optička proizvodnja u usponu je u zemlji kopnene Kine, a njen je razvoj izuzetno brz. Kineska proizvodnja optike započela je igrati važnu ulogu u međunarodnoj ekonomskoj areni, a proizvodnja optičkog stakla i optičkih dijelova u Kini umalo je rangirana na prvo mjesto. Optički film je jedan ili više slojeva folije koja se na površini optičkih dijelova prekriva promjenom 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 sistema, već je i neophodno sredstvo za ispunjavanje dizajnerskog cilja, polja primjene optičkog tankog filma i svih aspekata optičkog sistema, uključujući laserski sistem, optičku komunikaciju, optički displej, 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 odbrambenoj konstrukciji i zadobili sve veću pažnju naučnih 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 godina razvio se u sistem metalnih filmova, kada je debljina zlata, srebra, bakra i aluminijuma 7 ~ At 20um, njegova propusnost na vidljivu svjetlost je 50%, dok je infracrvena svjetlost manja od 10%. Ova vrsta tankog filma uspješno je primijenjena na ploču 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 optičkog medija koji se sastoji od tankoslojnih medija i kroz interfejs širi svjetlosni snop. Primjena optičkog filma započela je 1930-ih. S. Optical film široko se koristi u području optike i fotoelektronske tehnologije, proizvodnju različitih optičkih instrumenata. Traka za pripremu zahtijeva visoke i fine dijelove.
Definicija optičkog filma glasi: tanak i jednoličan dielektrični sloj filma pričvršćen na površinu optičkog uređaja u procesu širenja svjetlosti, odraz, prodiranje (savijanje) pri prolasku slojevitog sloja dielektričnog filma) kao što su emisija i polarizacije, tako da postižemo posebne oblike svetlosti koje želimo u jednom ili više talasnih pojasa, kao što je sva svetlost koja prolazi kroz ili sva refleksija svetlosti ili razdvajanje polarizacije.
Optički film je svuda u našem životu, od preciznosti 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, moderne fotoelektrične, komunikacijske ili laserske tehnologije neće ostvariti napredak, što ukazuje i na značaj 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 nezavisnim podlogama za promjenu prijenosnih karakteristika svjetlosnih valova, uključujući prijenos, odraz, apsorpciju , raspršenje, polarizacija i fazna promena svetlosti. 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 vlažni. Takozvani suhi tip znači da se u cijelom procesu obrade ne pojavljuje tekućina. Na primjer, vakuum evaporacijom se zagrijavaju čvrste sirovine električnom energijom u vakuumskom okruženju, nakon sublimacije u plin pričvršćuju 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 proizvod bio.
II. Princip smetnje u tankom filmu
1. fluktuacija svetlosti
1860-ih, američki fizičar Maxwell razvio je elektromagnetsku teoriju, ističući da je svjetlost vrsta elektromagnetskog vala, zbog čega se teorija valova razvija na savršen nivo.
Prema Bo Li dualnosti svetlosti, svetlost je isto što i radio talasi, x-zraci,? Zraci su elektromagnetski talasi, ali njihove frekvencije su različite. Odnos između talasne dužine λ, frekvencije u i brzine širenja V elektromagnetskog talasa 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 je također različita. Talasna dužina sa visokom frekvencijom je kratka, dok je talasna dužina sa niskom frekvencijom duga. Radi praktičnosti poređenja, prema radio talasu, infracrvenom zraku, vidljivoj svetlosti, ultraljubičastom zračenju, rendgenu i? Talasna dužina (ili frekvencija) zraka itd. Raspoređuje ih u spektar u nizu koji se naziva elektromagnetskim spektrom.
U elektromagnetskom spektru, radio talasi imaju najdužu talasnu dužinu, koja se može podijeliti na dugački, srednji val, kratki val, ultrakotorni val, mikrovalnu i tako dalje. Drugi je infracrveni zrak, vidljivi i ultraljubičast zrak koji se u zajednici nazivaju svjetlosno zračenje. Među svim elektromagnetskim talasima ljudska vid može vidjeti samo vidljivu svjetlost. Talasna dužina vidljive svjetlosti je oko 0,76 mikrona do 0,40 mikrona, što predstavlja samo mali dio elektromagnetskog spektra. Drugi je rendgenski snimak. Elektromagnetski val s najkraćom valnom dužinom 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. smetnje u tankom filmu
Film može biti prozirna kruta, tečna ili tanak sloj gasa koji se steže dva komada stakla. Prvi snop svetlosti reflektira se gornjom površinom filma, a prepuštena svjetlost se odbija donjom površinom filma, a drugi snop se odbija od gornje površine. Dve zrake su na istoj strani filma, odvojene od iste incidentne vibracije, koherentan je svetlu i pripada 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 su dokazali da samo kada dva stuba svjetlosnih talasa imaju određeni odnos mogu se stvoriti interferencijske trake. Ti se odnosi nazivaju koherentnim uvjetima. Suvi uvjeti tankog filma uključuju tri točke: frekvencija dva svjetlosna talasa je ista; smjer vibracije dvaju svjetlosnih talasa je isti; razlika u fazama između dva svjetlosna talasa ostaje konstantna.
Formula razlike optičke putanje dvofazne suhe svjetlosti ometane tankim filmom je:
δ = ntcos (α) ± λ / 2
U formuli je n indeks loma filma; t je debljina filma u mjestu napada; 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 medijuma optičke gustoće, a drugi je optički medij gustoće do medijuma optičke gustoće) dodatna razlika optičke putanje uzrokovana gornjim odrazom. Princip ometanja tankih filmova široko se koristi u ispitivanju optičke površine, preciznom merenju sitnog kuta ili linearnosti, pripremi antirefleksnog filma i interferencijskog filtera itd.
Svetlost zrači promenom stanja kretanja originalnog atoma ili molekule u izvoru svetlosti. Svetlosni val koji emitira svaki atom ili molekula samo je kratka kolona, trajanje je oko milijardu sekundi. Za dva nezavisna izvora svjetla nije lako ispuniti tri uvjeta interferencije, poput iste fazne ili konstantne razlike u fazama na posebnim tržištima, stoga dva neovisna opća izvora svjetlosti ne mogu tvoriti koherentan izvor svjetla. Nadalje, čak ni 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 odbrambenoj konstrukciji, a to je dobilo sve veću pažnju naučnih i tehničkih radnika. Na primjer, upotreba antirefleksnog filma može smanjiti gubitak svjetlosnog toka složenog optičkog sočiva za deset puta; upotreba zrcala s visokim omjerom filma može udvostručiti izlaznu snagu lasera; upotreba optičkog tankog filma može poboljšati efikasnost i stabilnost silikonske baterije.
Najjednostavniji model optičkog filma ujednačen je sloj dielektričnog filma s glatkom površinom i izotropnom površinom. U ovom slučaju, optička svojstva optičkih tankih filmova mogu se proučavati interferencijskom teorijom svjetlosti. Kada se ravninski val jednobojne svjetlosti udari na optički film, ona će se odraziti i refraktirati nekoliko puta na njegove dvije površine. Smjerovi reflektirane svjetlosti i refrakcijske svjetlosti daju se zakonom refleksije i refrakcije, a amplituda reflektirane svjetlosti određena je Fresnelovom formulom.
Optički se filmovi mogu podijeliti: reflektirajući film, antirefleksni film / antirefleksni film, filter, polarizer / polarizer film, kompenzacijski film / fazna razlika ploča, poravnavajući film, difuzijski film / film, posvjetljujući film / prizmatična sočiva / kondenzator, zasjenjenje filma / crni i bijelo ljepilo itd. Srodni derivati uključuju optičku zaštitnu foliju, prozorski film itd.
Karakteristike optičkog filma su: površina je glatka, a sučelje između slojeva filma predstavlja geometrijsku segmentaciju; indeks loma sloja filma može skočiti na sučelje, ali je u sloju filma kontinuiran; može biti proziran medijum, može biti i sredstvo za apsorpciju; može biti normalno jednolična ili normalno neujednačena. Aplicirani 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 odraza svjetlosnog snopa; međusobno prodiranje između slojeva filma tvori difuzijsko sučelje; zbog rasta, strukture, naprezanja i drugih razloga sloja filma nastaju sve vrste heterogenosti filma; filmski sloj ima složen vremenski efekat.
Reflektivni film se općenito može podijeliti u dvije vrste, jedan je metalni reflektivni film, a drugi cijelo dielektrični reflektivni film. Pored toga, postoji metalni dielektrični reflektivni film koji spaja ovo dvoje, čija je funkcija povećanje reflektivnosti optičke površine.
Općenito, metali imaju relativno veliki koeficijent izumiranja. Kada se zraka zrači na metalnu površinu iz zraka, amplituda svjetlosti koja ulazi u metal brzo propada, zbog čega se svjetlosna energija koja ulazi u metal primjereno smanjuje, dok se energija reflektirane svjetlosti povećava. Što je veći koeficijent izumiranja, brže propada amplituda svjetla. Što manje svjetlosne energije ulazi u metal, veća je odbojnost. Ljudi kao metale metalnih filmova uvek odabiru metale sa 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, hrom i platina se takođe 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 ih zaštititi električnom dielektričnom membranom. Najčešće korišteni zaštitni filmski materijali uključuju silicijum oksid, magnezijum fluorid, silicijum dioksid, aluminijum oksid itd.
Prednost metalnog reflektirajućeg filma je u tome što je postupak pripreme jednostavan i širok raspon radne talasne dužine; nedostatak je što su gubici svjetlosti veliki i reflektivnost ne može biti velika. Da bi se dodatno poboljšala reflektivnost metalnog reflektirajućeg filma, na vanjsku stranu filma može se naliti nekoliko slojeva dielektričnog sloja određene debljine koji tvore metalni dielektrični reflektivni film. Treba naglasiti da metalni dielektrični film povećava reflektivnost određene talasne dužine (ili određenog talasnog područja), ali uništava karakteristiku neutralnog refleksije metalnog filma.