Charakteristický princíp a klasifikácia optických tenkých filmov

S rozvojom vedy a techniky a ekonomickou globalizáciou vstúpili dnešné ľudské bytosti do spoločnosti založenej na znalostnej ekonomike a informačnej spoločnosti. A s rozvojom „Made in China“ je optická výroba v popredí v pevninskej Číne a jej vývoj je veľmi rýchly. Čínska optická výroba začala hrať dôležitú úlohu na medzinárodnej ekonomickej scéne a výroba optického skla a optických častí v Číne bola takmer na prvom mieste. Optická fólia je jedna alebo viac vrstiev filmu nanesených na povrch optických častí zmenou povrchových charakteristík optických častí. Môže to byť kovový film, dielektrický film alebo kombinácia týchto dvoch druhov filmov. Optický tenký film je neoddeliteľnou súčasťou všetkých druhov pokročilých fotoelektrických technológií. Môže nielen zlepšiť výkon systému, ale je tiež nevyhnutným prostriedkom na splnenie cieľu návrhu, oblasti použitia optického tenkého filmu a všetkých aspektov optického systému vrátane laserového systému, optickej komunikácie, optického displeja, optického úložiska atď., K hlavným optickým zariadeniam na tenkú vrstvu patrí reflexná fólia, antireflexná fólia, polarizačná fólia, interferenčný filter a spektroskop atď. Široko sa používajú v stavbe národnej ekonomiky a národnej obrany a získavajú čoraz väčšiu pozornosť vedeckých a technických pracovníkov.
V súčasnosti existuje viac ako 60 druhov bežných druhov optických poťahových materiálov a ich odrody a aplikačné funkcie sa stále vyvíjajú. V posledných rokoch sa vyvinul v systém kovových fólií, keď je hrúbka zlata, striebra, medi a hliníka 7 ~ Pri 20um je priepustnosť pre viditeľné svetlo 50%, zatiaľ čo infračervené svetlo je menšie ako 10%. Tento druh tenkej vrstvy sa úspešne aplikoval na panel kozmickej lode Apollo na prenos časti viditeľného svetla a takmer všetko infračervené svetlo sa odráža kvôli tepelnej regulácii. Nasledujúci článok uvádza najmä charakteristický princíp a klasifikáciu optických tenkých filmov.
I. Definícia optického filmu
Optický film je druh materiálu optického média, ktorý sa skladá z tenkého vrstveného média a šíri svetelný lúč cez rozhranie. Aplikácia optického filmu sa začala v 30. rokoch 20. storočia. Optický film sa široko používa v oblasti optiky a fotoelektroniky, pri výrobe rôznych optických prístrojov. Prípravný prúžok vyžaduje vysoké a jemné diely.
Definícia optického filmu je: tenká a dokonca dielektrická vrstva filmu pripojená k povrchu optického zariadenia v procese šírenia svetla, odraz, prenikanie (skladanie) pri prechode vrstvenou vrstvou dielektrického filmu), ako napríklad emisia a polarizáciu, aby sa dosiahli špeciálne formy svetla, ktoré chceme, v jednom alebo viacerých vlnových pásmach, ako je všetko svetlo prechádzajúce alebo všetky odrazy svetla alebo polarizácia.
Optická fólia je všade v našom živote, od presných a optických zariadení, zobrazovacích zariadení až po aplikáciu optických filmov v každodennom živote; Napríklad, okuliare, digitálne fotoaparáty, všetky druhy domácich spotrebičov, ktoré sa nosia v bežných podmienkach, alebo technológia proti falšovaniu na bankovkách sa môžu nazývať rozšírenie použitia technológie optických filmov. Bez technológie optických tenkých vrstiev ako základu vývoja moderná fotoelektrická, komunikačná alebo laserová technológia nedosiahne pokrok, čo tiež poukazuje na význam výskumu a vývoja technológie optických tenkých vrstiev.
Optický film sa týka poťahovania alebo poťahovania jednej alebo viacerých vrstiev dielektrického filmu alebo kovového filmu alebo kombinácie týchto dvoch druhov filmov na optických prvkoch alebo nezávislých substrátoch, aby sa zmenili priepustné vlastnosti svetelných vĺn vrátane prenosu, odrazu, absorpcie. , rozptyl, polarizácia a zmena fázy svetla. Preto je možné vhodnou konštrukciou upraviť priepustnosť a odrazivosť povrchu prvkov v rôznych vlnových pásmach a svetlo v rôznych polarizačných rovinách môže mať tiež rôzne charakteristiky.
Všeobecne možno povedať, že výrobné režimy optických tenkých vrstiev sa delia hlavne na suchý a mokrý proces. Takzvaný suchý typ znamená, že sa v celom procese spracovania neobjaví žiadna tekutina. Napríklad vákuové odparenie má zahriať pevné suroviny elektrickou energiou vo vákuovom prostredí, po sublimácii na plyn je pripojené k povrchu pevného základného materiálu, aby sa dokončil proces poťahovania. Zlatý, strieborný alebo kovový baliaci film určený na dekoráciu v každodennom živote je výrobok vyrobený suchým nanášaním. Avšak vzhľadom na skutočnú hromadnú výrobu je rozsah použitia suchého povlaku menší ako rozsah mokrého nanášania. Všeobecným spôsobom mokrého poťahovania je zmiešanie zložiek s rôznymi funkciami do tekutého poťahovania a ich aplikácia na základný materiál rôznymi spôsobmi spracovania, potom sa tekutý poťah vysuší a stuhne, čím sa získa produkt.
II. Princíp interferencie na tenkom filme
1. Kolísanie svetla
V šesťdesiatych rokoch 20. storočia vyvinul americký fyzik Maxwell elektromagnetickú teóriu, pričom poukázal na to, že svetlo je druh elektromagnetickej vlny, vďaka čomu sa teória vĺn rozvíja na perfektnú úroveň.
Podľa Bo Li duality svetla je svetlo rovnaké ako rádiové vlny, röntgenové lúče? Lúče sú elektromagnetické vlny, ale ich frekvencie sú rôzne. Vzťah medzi vlnovou dĺžkou λ, frekvenciou u a rýchlosťou šírenia V elektromagnetickej vlny je nasledujúci:
V = λ u
Pretože rýchlosť šírenia elektromagnetických vĺn rôznych frekvencií vo vákuu je v Nemecku rovnaká, vlnová dĺžka elektromagnetických vĺn s rôznymi frekvenciami je tiež odlišná. Vlnová dĺžka s vysokou frekvenciou je krátka, zatiaľ čo vlnová dĺžka s nízkou frekvenciou je dlhá. Pre uľahčenie porovnania podľa rádiových vĺn, infračerveného lúča, viditeľného svetla, ultrafialového žiarenia, röntgenového žiarenia a? Vlnová dĺžka (alebo frekvencia) lúčov atď. Ich usporiada do spektra v poradí, ktoré sa nazýva elektromagnetické spektrum.
V elektromagnetickom spektre majú rádiové vlny najdlhšiu vlnovú dĺžku, ktorú je možné rozdeliť na dlhé vlny, stredné vlny, krátke vlny, ultra krátke vlny, mikrovlnné žiarenie atď. Druhým je infračervený lúč, viditeľný lúč a ultrafialový lúč, ktoré sa spoločne nazývajú svetelné žiarenie. Ľudské oči vidia spomedzi všetkých elektromagnetických vĺn iba viditeľné svetlo. Vlnová dĺžka viditeľného svetla je asi 0,76 až 0,40 mikrónu, čo predstavuje iba malú časť elektromagnetického spektra. Druhým je röntgen. Elektromagnetická vlna s najkratšou vlnovou dĺžkou je y Ray.
Pretože svetlo je druh elektromagnetickej vlny, malo by ukázať svoje vlastnosti v procese šírenia, difrakcie, polarizácie a ďalších javov.
2. Rušenie tenkého filmu
Fóliou môže byť priehľadná pevná látka, kvapalina alebo tenká vrstva plynu, ktorá je zovretá dvoma kusmi skla. Prvý lúč svetla sa odráža od horného povrchu filmu, lomené svetlo sa odráža od spodného povrchu filmu a druhý lúč sa odráža od horného povrchu. Dva lúče sú na tej istej strane filmu, oddelené od rovnakých dopadajúcich vibrácií, je koherentným svetlom a patrí do interferencie amplitúdy. Ak je zdrojom svetla rozšírený zdroj svetla (zdroj povrchového svetla), interferencia sa dá pozorovať iba v špecifickej prekrývajúcej sa oblasti dvojfázových suchých lúčov, takže patrí k lokalizovanému rušeniu. V prípade rovinných filmov, ktorých dva povrchy sú navzájom rovnobežné, je interferenčný okraj umiestnený v nekonečne, čo je zvyčajne pozorované v ohniskovej rovine obrazu pomocou konvergentnej šošovky; pre klinové filmy je lokalizácia interferenčných okrajov blízko filmu.
Experimenty aj teórie dokázali, že interferenčné pruhy môžu vzniknúť iba vtedy, keď majú dva stĺpce svetelných vĺn určitý vzťah. Tieto vzťahy sa nazývajú koherentné podmienky. Suché podmienky tenkého filmu zahŕňajú tri body: frekvencia dvoch svetelných vĺn je rovnaká; smer vibrácií oboch svetelných vĺn je rovnaký; fázový rozdiel medzi dvoma svetelnými vlnami zostáva konštantný.
Vzorec rozdielu optickej dráhy dvojfázového suchého svetla narušeného tenkým filmom je:
5 = ntcos (a) ± A / 2
Vo vzorci n je index lomu filmu; t je hrúbka filmu v mieste dopadu; a je lom lomu vo fólii; A / 2 je to preto, že dva lúče koherentného svetla sú na dvoch rozhraniach s rôznymi vlastnosťami (jeden je médium s optickou denzitou na médium s optickou denzitou, druhý je médium s optickou denzitou na médium s optickou denzitou), ďalší rozdiel optickej dráhy spôsobený horným odrazom. Princíp interferencie na tenkom filme sa široko používa pri kontrole optického povrchu, pri presnom meraní malého uhla alebo linearity, pri príprave antireflexného filmu a interferenčného filtra atď.
Svetlo je vyžarované zmenou stavu pohybu pôvodného atómu alebo molekuly v svetelnom zdroji. Svetelná vlna emitovaná každým atómom alebo molekulou je iba krátky stĺpec, trvanie je asi 1 miliarda sekúnd. Pre dva nezávislé svetelné zdroje nie je ľahké splniť tri podmienky rušenia, ako je rovnaká fáza alebo konštantný fázový rozdiel na špeciálnych trhoch, preto dva nezávislé všeobecné svetelné zdroje nemôžu tvoriť súvislý svetelný zdroj. Navyše ani svetlo emitované rôznymi časťami toho istého zdroja svetla nebude rušiť všeobecne, pretože je emitované rôznymi atómami alebo molekulami.
3. Charakteristická klasifikácia optického filmu
Medzi hlavné optické tenkovrstvové zariadenia patria reflexný film, antireflexný film, polarizačný film, interferenčný filter, spektroskop atď., Ktoré sa vo veľkej miere používajú v národnom hospodárstve a pri stavbe národnej obrany, získala čoraz väčšiu pozornosť vedeckých a technických pracovníkov. Napríklad použitie antireflexného filmu môže znížiť stratu svetelného toku komplexnej optickej šošovky desaťkrát; použitie zrkadlového filmu s vysokým odrazom môže zdvojnásobiť výstupný výkon lasera; použitie optického tenkého filmu môže zvýšiť účinnosť a stabilitu kremíkovej batérie.
Najjednoduchším modelom optickej fólie je rovnomerná dielektrická vrstva filmu s hladkým povrchom a izotropným povrchom. V tomto prípade možno optické vlastnosti optických tenkých vrstiev študovať pomocou interferenčnej teórie svetla. Ak na optický film dopadne rovinná vlna monochromatického svetla, odrazí sa a niekoľkokrát sa odrazí na jeho dvoch povrchoch. Smery odrazeného svetla a lámaného svetla sú dané zákonom odrazu a lomu, amplitúda odrazeného svetla je určená Fresnelovým vzorcom.
Optické filmy možno rozdeliť: reflexný film, antireflexný film / antireflexný film, filter, polarizátor / polarizačný film, vyrovnávací film / doska s fázovým rozdielom, vyrovnávací film, difúzny film / film, rozjasňujúci film / prizmatická šošovka / kondenzátor, tieniaci film / čierny a biele lepidlo atď. Súvisiace deriváty zahŕňajú optický ochranný film, okenný film atď.
Vlastnosti optického filmu sú: povrch je hladký a rozhranie medzi vrstvami filmu predstavuje geometrickú segmentáciu; index lomu filmovej vrstvy môže skočiť na rozhranie, ale vo filmovej vrstve je spojitý; môže to byť priehľadné médium, môže to byť aj absorpčné médium; môže to byť normálne jednotné alebo normálne nerovnomerné. Aplikovaný film je oveľa komplikovanejší ako ideálny film. Je to tak preto, že: počas prípravy sa optické a fyzikálne vlastnosti filmu odchyľujú od sypkého materiálu a povrch a rozhranie sú drsné, čo vedie k difúznemu odrazu svetelného lúča; vzájomné prenikanie medzi vrstvami filmu tvorí difúzne rozhranie; v dôsledku rastu, štruktúry, stresu a ďalších dôvodov filmovej vrstvy sa tvoria všetky druhy heterogenity filmu; filmová vrstva má komplexný časový efekt.
Reflexný film možno všeobecne rozdeliť na dva typy, jeden je kovový reflexný film a druhý je celo dielektrický reflexný film. Okrem toho existuje kovový dielektrický reflexný film kombinujúci tieto dva, ktorého funkciou je zvyšovať odrazivosť optického povrchu.
Všeobecne platí, že kovy majú relatívne veľký extinkčný koeficient. Keď svetelný lúč dopadá na kovový povrch zo vzduchu, amplitúda svetla vstupujúceho do kovu sa rýchlo rozpadá, čo spôsobuje, že svetelná energia vstupujúca do kovu sa zodpovedajúcim spôsobom znižuje, zatiaľ čo energia odrazeného svetla sa zvyšuje. Čím vyšší je extinkčný koeficient, tým rýchlejšie sa amplitúda rozpadá. Čím menej energie svetla vstupuje do kovu, tým vyššia je odrazivosť. Ako materiály s kovovým filmom si ľudia vždy vyberajú kovy s veľkým extinkčným koeficientom a stabilné optické vlastnosti. Tenkým kovovým materiálom bežne používaným v ultrafialovej oblasti je hliník, hliník a striebro sa bežne používajú vo viditeľnej oblasti a zlato, striebro a meď sa bežne používajú v infračervenej oblasti. Okrem toho sa chróm a platina často používajú ako membránové materiály pre niektoré špeciálne filmy. Pretože hliník, striebro, meď a ďalšie materiály sa ľahko oxidujú vo vzduchu a znižujú ich výkon, musia byť chránené elektrickou dielektrickou membránou. Medzi bežne používané ochranné fólie patria oxid kremičitý, fluorid horečnatý, oxid kremičitý, oxid hlinitý atď.
Výhoda kovového reflexného filmu spočíva v tom, že proces prípravy je jednoduchý a rozsah pracovných vlnových dĺžok je široký; Nevýhodou je, že strata svetla je veľká a odrazivosť nemôže byť veľmi vysoká. Aby sa ďalej zlepšila odrazivosť kovovej odrazovej fólie, niekoľko vrstiev dielektrickej vrstvy s určitou hrúbkou môže byť nanesených na vonkajšiu stranu filmu, aby sa vytvoril kovový dielektrický odrazový film. Malo by sa zdôrazniť, že kovový dielektrický film zvyšuje odrazivosť určitej vlnovej dĺžky (alebo určitej vlnovej oblasti), ale ničí charakteristiku neutrálneho odrazu kovového filmu.