Būdingas optinių plonų plėvelių principas ir klasifikacija

Vystydamiesi mokslas ir technologijos bei ekonominė globalizacija, šiandieniniai žmonės įsitraukė į žinių ekonomikos ir informacinę visuomenę. Vystantis „Pagaminta Kinijoje“, optinė gamyba auga žemyninės Kinijos žemėje, o jos plėtra yra ypač sparti. Kinijos optinė gamyba pradėjo vaidinti svarbų vaidmenį tarptautinėje ekonomikos arenoje, o optinio stiklo ir optinių dalių gamyba Kinijoje beveik užėmė pirmąją vietą. Optinė plėvelė yra vienas ar keli plėvelės sluoksniai, padengti optinių dalių paviršiumi keičiant optinių dalių paviršiaus savybes. Tai gali būti metalinė plėvelė, dielektrinė plėvelė arba šių dviejų rūšių plėvelių derinys. Optinė plona plėvelė yra būtina visų rūšių pažangių fotoelektrinių technologijų dalis. Tai gali ne tik pagerinti sistemos veikimą, bet ir yra būtina priemonė projektavimo tikslui pasiekti, optinės plonos plėvelės taikymo sričiai ir visiems optinės sistemos aspektams, įskaitant lazerinę sistemą, optinį ryšį, optinį ekraną, optinę atmintinę ir kt., Pasiekti, Pagrindiniai optinio plonojo plėvelės įtaisai yra atspindinti plėvelė, antirefleksinė plėvelė, poliarizacijos plėvelė, trukdžių filtras ir spektroskopas ir kt. Jie buvo plačiai naudojami šalies ekonomikoje ir krašto apsaugos konstrukcijose, sulaukė vis didesnio mokslo ir technikos darbuotojų dėmesio.
Šiuo metu yra daugiau nei 60 rūšių optinių dangų medžiagų, ir jų rūšys bei taikymo funkcijos vis dar tobulinamos. Pastaraisiais metais ji išsivystė į metalo plėvelės sistemą, kai aukso, sidabro, vario ir aliuminio storis yra 7 ~ 20 mm, jo pralaidumas matomai šviesai yra 50%, o infraraudonosios šviesos - mažesnis nei 10%. Tokia plona plėvelė buvo sėkmingai pritaikyta „Apollo“ erdvėlaivio skydelyje tam, kad perduotų dalį matomos šviesos, ir beveik visa infraraudonųjų spindulių šviesa atsispindi šilumos kontrolei. Šiame straipsnyje daugiausia pristatomas optinių plonų plėvelių būdingas principas ir klasifikacija.
I. Optinės plėvelės apibrėžimas
Optinė plėvelė yra tam tikros rūšies optinė terpė, kurią sudaro plonasluoksnė terpė ir skleidžianti šviesos spindulį per sąsają. Optinė plėvelė buvo pradėta taikyti 1930 m. S. Optinė plėvelė buvo plačiai naudojama optikos ir fotoelektroninių technologijų srityje, gaminant įvairius optinius prietaisus. Paruošimo juostelei reikia aukštų ir smulkių dalių.
Optinės plėvelės apibrėžimas yra toks: plonas ir lygus dielektrinės plėvelės sluoksnis, pritvirtintas prie optinio įrenginio paviršiaus šviesos sklidimo proceso metu, atspindys, įsiskverbimas (sulankstymas), einant per sluoksniuotą dielektrinės plėvelės sluoksnį, tokios savybės kaip emisija ir poliarizaciją, kad būtų pasiektos ypatingos šviesos formos, kurių norime vienoje ar keliose bangų juostose, pavyzdžiui, visa praeinanti šviesa arba visas šviesos atspindys ar poliarizacijos atskyrimas.
Optinė plėvelė yra visur mūsų gyvenime - nuo tiksliosios ir optinės įrangos, rodymo įrangos iki optinės plėvelės pritaikymo kasdieniame gyvenime; pavyzdžiui, akinius, skaitmeninius fotoaparatus, įvairius įprastais atvejais nešiojamus buitinius prietaisus arba banknotų apsaugos nuo klastojimo technologijas galima vadinti optinių plėvelių technologijos taikymo išplėtimu. Neįtraukus optinių plonų plėvelių technologijos, kaip vystymosi pagrindo, moderni fotoelektrinė, ryšių ar lazerių technologija nepadarys pažangos, o tai taip pat rodo optinių plonų plėvelių technologijos tyrimų ir plėtros svarbą.
Optinė plėvelė - tai vieno ar kelių dielektrinės ar metalinės plėvelės sluoksnių padengimas arba padengimas arba šių dviejų rūšių plėvelių derinys ant optinių elementų ar nepriklausomų pagrindų, siekiant pakeisti šviesos bangų perdavimo savybes, įskaitant perdavimo, atspindžio, absorbcijos savybes. , šviesos išsklaidymas, poliarizacija ir fazių kaita. Todėl tinkamai projektuojant galima sureguliuoti elementų paviršiaus pralaidumą ir atspindį skirtingose bangų juostose, o šviesa skirtingose poliarizacijos plokštumose taip pat gali turėti skirtingas savybes.
Apskritai, optinių plonų plėvelių gamybos būdai dažniausiai skirstomi į sausą ir šlapią. Vadinamasis sausas tipas reiškia, kad visame perdirbimo procese neatsiranda skysčių. Pvz., Vakuuminis garinimas yra kietų žaliavų kaitinimas elektros energija vakuumo aplinkoje, sublimavus dujoms, jis pritvirtinamas prie kietos pagrindinės medžiagos paviršiaus, kad būtų baigtas dengimo procesas. Kasdien pastebima auksinė, sidabrinė ar metalinė pakavimo plėvelė dekoravimui yra produktas, pagamintas sausu būdu. Tačiau, atsižvelgiant į faktinę masinę produkciją, sausos dangos taikymo sritis yra mažesnė nei šlapios dangos. Bendras šlapio dengimo būdas yra komponentų, turinčių įvairias funkcijas, sumaišymas į skystą dengimą ir jų padengimas pagrindine medžiaga skirtingais apdorojimo būdais, tada skysta danga nusausinama ir sukietinama, kad būtų produktas.
II. Plonos plėvelės trukdžių principas
1. Šviesos svyravimas
1860 m. Amerikiečių fizikas Maxwellas sukūrė elektromagnetinę teoriją, nurodydamas, kad šviesa yra tam tikra elektromagnetinių bangų rūšis, todėl bangų teorija išsivysto iki tobulo lygio.
Pagal Bo Li šviesos dvilypumą šviesa yra tokia pati kaip radijo bangos, rentgeno spinduliai,? Spinduliai yra elektromagnetinės bangos, tačiau jų dažnis skiriasi. Santykis tarp bangos ilgio λ, dažnio u ir elektromagnetinės bangos sklidimo greičio V yra toks:
V = λ u
Kadangi įvairaus dažnio elektromagnetinių bangų sklidimo greitis vakuume yra vienodas, skiriasi ir skirtingų dažnių elektromagnetinių bangų bangos ilgis. Aukšto dažnio bangos ilgis yra trumpas, o žemo dažnio - ilgio. Palyginimo patogumui pagal radijo bangas, infraraudonųjų spindulių, matomos šviesos, ultravioletinių spindulių, rentgeno ir? Spindulių bangos ilgis (arba dažnis) ir kt., Išdėstykite juos į eilės spektrą, kuris vadinamas elektromagnetiniu spektru.
Elektromagnetiniame spektre radijo bangos turi ilgiausią bangos ilgį, kurį galima suskirstyti į ilgas, vidutines, trumpas, ultratrumpas, mikrobangas ir pan. Antrasis yra infraraudonieji, matomieji ir ultravioletiniai spinduliai, kurie kartu vadinami šviesos spinduliais. Tarp visų elektromagnetinių bangų žmogaus akimis gali būti matoma tik šviesa. Matomos šviesos bangos ilgis yra maždaug nuo 0,76 mikrono iki 0,40 mikrono, o tai sudaro tik nedidelę elektromagnetinio spektro dalį. Antrasis yra rentgenas. Trumpiausios bangos ilgio elektromagnetinė banga yra y Ray.
Kadangi šviesa yra tam tikra elektromagnetinė banga, ji turėtų parodyti savo savybes sklidimo-trukdžių, difrakcijos, poliarizacijos ir kitų reiškinių procese.
2. Plonos juostos trukdžiai
Plėvelė gali būti skaidri, kieta, skysta arba plonas dujų sluoksnis, užrišamas dviem stiklo gabalėliais. Pirmąjį šviesos pluoštą atspindi viršutinis plėvelės paviršius, refrakciją atspindi apatinis plėvelės paviršius, o antrąjį pluoštą atspindi viršutinis paviršius. Dvi sijos yra toje pačioje plėvelės pusėje, atskirtos nuo tos pačios kintančios vibracijos, ji yra koherentinė šviesa ir priklauso nuo amplitudės trukdžių. Jei šviesos šaltinis yra išplėstinis šviesos šaltinis (paviršiaus šviesos šaltinis), trikdžius galima pastebėti tik tam tikrame dviejų fazių sausų pluoštų sutapimo plote, taigi tai priklauso nuo lokalių trukdžių. Plokštuminėms plėvelėms, kurių du paviršiai yra lygiagrečiai vienas kitam, trikdžių briaunos yra ties begalybe, kuri paprastai stebima vaizdo židinio plokštumoje konvergencijos objektyvo pagalba; pleišto formos plėvelėms, šalia plėvelės yra trikdžių briaunų lokalizavimas.
Ir eksperimentai, ir teorijos įrodė, kad tik tada, kai dvi šviesos bangų kolonos turi tam tikrą ryšį, gali būti sukuriamos trikdžių juostos. Šie santykiai vadinami darniomis sąlygomis. Sausos plonos plėvelės sąlygos apima tris taškus: dviejų šviesos bangų dažnis yra vienodas; dviejų šviesos bangų virpesių kryptis yra vienoda; fazių skirtumas tarp dviejų šviesos bangų išlieka pastovus.
Dvifazės sausos šviesos, į kurią įsiterpia plona plėvelė, optinio kelio skirtumo formulė:
δ = ntcos (α) ± λ / 2
Formulėje n yra plėvelės lūžio rodiklis; t yra plėvelės storis kritimo vietoje; α yra refrakcijos kampas plėvele; λ / 2 yra todėl, kad du koherentinės šviesos pluoštai yra dviejose skirtingų savybių sąsajose (viena yra optinio tankio terpė ir optinio tankio terpė, kita yra optinio tankio terpė ir optinio tankio terpė), dėl viršutinio atspindžio sukeltas papildomas optinio kelio skirtumas. Plonos plėvelės trukdžių principas plačiai naudojamas tikrinant optinį paviršių, tiksliai matuojant mažą kampą ar tiesiškumą, ruošiant antirefleksinę plėvelę ir trukdžių filtrą ir kt.
Šviesą spinduliuoja pradinio atomo ar molekulės šviesos šaltinyje judesio būsenos pasikeitimas. Kiekvieno atomo ar molekulės skleidžiama šviesos banga yra tik trumpa kolona, jos trukmė yra apie 1 milijardas sekundžių. Dviejų nepriklausomų šviesos šaltinių atveju nėra lengva įvykdyti tris trikdžių sąlygas, tokias kaip tas pats fazė ar nuolatinis fazių skirtumas specialiose rinkose, todėl du nepriklausomi bendrieji šviesos šaltiniai negali sudaryti nuoseklaus šviesos šaltinio. Be to, net ir to paties šviesos šaltinio skirtingų dalių skleidžiama šviesa paprastai netrukdys, nes jas skleidžia skirtingi atomai ar molekulės.
3. Būdinga optinės plėvelės klasifikacija
Pagrindiniai optinio plonojo plėvelės įtaisai yra atspindinti plėvelė, antirefleksinė plėvelė, poliarizacijos plėvelė, trukdžių filtras, spektroskopas ir pan., Kurie plačiai naudojami šalies ekonomikoje ir krašto apsaugos konstrukcijose, tai sulaukė vis didesnio mokslo ir technikos darbuotojų dėmesio. Pavyzdžiui, naudojant antirefleksinę plėvelę dešimt kartų galima sumažinti sudėtingo optinio lęšio šviesos srauto nuostolius; didelio atspindžio filmo santykio veidrodžio naudojimas gali padvigubinti lazerio išėjimo galią; naudojant optinę ploną plėvelę, galima pagerinti silicio akumuliatoriaus efektyvumą ir stabilumą.
Paprasčiausias optinės plėvelės modelis yra vienodas dielektrinės plėvelės sluoksnis su lygiu paviršiumi ir izotropiniu paviršiumi. Tokiu atveju optinių plonų plėvelių optines savybes galima ištirti pagal šviesos trukdžių teoriją. Kai ant optinės plėvelės nutinka plokščia monochromatinės šviesos banga, ji bus atspindėta ir kelis kartus refrakcijuota ant dviejų jos paviršių. Atspindėtosios ir refrakcionuotos šviesos kryptys nurodytos atspindžio ir refrakcijos dėsniu, atspindimos šviesos amplitudė nustatoma pagal Fresnelio formulę.
Optines plėveles galima suskirstyti į: atspindinčiąją plėvelę, antirefleksinę / antirefleksinę plėvelę, filtrą, poliarizatorių / polarizatoriaus plėvelę, kompensacinę plėvelę / fazių skirtumo plokštę, derinimo plėvelę, difuzinę plėvelę / plėvelę, šviesinamąją plėvelę / prizminį objektyvą / kondensatorių, šešėlinę plėvelę / juodą ir balti klijai ir tt Susiję dariniai apima optinę apsauginę plėvelę, langų plėvelę ir kt.
Optinės plėvelės savybės: paviršius yra lygus, o sąsaja tarp plėvelės sluoksnių atspindi geometrinį segmentą; plėvelės sluoksnio lūžio rodiklis gali šokinėti ant sąsajos, tačiau jis filmo sluoksnyje yra tęstinis; tai gali būti skaidri terpė, taip pat absorbcijos terpė; jis gali būti normalus vienodas arba normalus netolygus. Taikomas filmas yra daug sudėtingesnis nei idealus filmas. Taip yra todėl, kad paruošimo metu plėvelės optinės ir fizinės savybės skiriasi nuo birios medžiagos, o paviršius ir sąsaja yra šiurkštūs, o tai lemia difuzinį šviesos pluošto atspindį; abipusis filmo sluoksnių įsiskverbimas sudaro difuzinę sąsają; dėl plėvelės sluoksnio augimo, struktūros, įtempių ir kitų priežasčių susidaro visų rūšių plėvelės heterogeniškumas; plėvelės sluoksnis turi sudėtingą laiko efektą.
Šviesą atspindinčią plėvelę paprastai galima suskirstyti į dvi rūšis: viena yra metalinė atspindinti plėvelė, kita - visos dielektrinės atspindinčios plėvelės. Be to, yra metalinė dielektrinė atspindinti plėvelė, jungianti dvi, kurios funkcija yra padidinti optinio paviršiaus atspindį.
Paprastai metalai turi gana aukštą ekstinkcijos koeficientą. Kai šviesos spindulys metalo paviršiuje patenka iš oro, į metalą patenkančios šviesos amplitudė greitai mažėja, todėl į metalą patenkančios šviesos energija atitinkamai mažėja, o atspindimos šviesos energija didėja. Kuo didesnis ekstinkcijos koeficientas, tuo greičiau mažėja šviesos amplitudė. Kuo mažiau šviesos energijos patenka į metalą, tuo didesnis atspindys. Žmonės visada pasirenka metalus, turinčius didelį išnykimo koeficientą ir stabilias optines savybes, kaip metalo plėvelės medžiagas. Metalinė plona medžiaga, paprastai naudojama ultravioletinėje srityje, yra aliuminis, aliuminis ir sidabras dažniausiai naudojami matomoje srityje, o auksas, sidabras ir varis dažniausiai naudojami infraraudonųjų spindulių srityje. Be to, chromas ir platina taip pat dažnai naudojami kaip membranos medžiagos kai kurioms specialioms plėvelėms. Kadangi aliuminis, sidabras, varis ir kitos medžiagos yra lengvai oksiduojamos ore ir mažina jų veikimą, jos turi būti apsaugotos elektrine dielektrine membrana. Dažniausiai naudojamos apsauginės plėvelės medžiagos yra silicio oksidas, magnio fluoridas, silicio dioksidas, aliuminio oksidas ir kt.
Metalinės atspindinčios plėvelės pranašumas yra tas, kad paruošimo procesas yra paprastas, o darbinių bangų ilgių diapazonas yra platus; trūkumas yra tas, kad šviesos nuostoliai yra dideli, o atspindėjimas negali būti labai didelis. Siekiant dar labiau pagerinti atspindinčios metalinės plėvelės atspindį, plėvelės išorėje gali būti padengti keli tam tikro storio dielektrinio sluoksnio sluoksniai, kad susidarytų metalinė dielektrinė atspindinti plėvelė. Reikėtų pažymėti, kad metalinė dielektrinė plėvelė padidina tam tikro bangos ilgio (arba tam tikros bangos srities) atspindį, tačiau sunaikina metalo plėvelės neutralaus atspindžio savybes.