Optiliste õhukeste kilede iseloomulik põhimõte ja klassifikatsioon

Teaduse ja tehnoloogia arengu ning majanduse üleilmastumisega on tänapäeva inimesed sisenenud teadmistepõhisesse majandusse ja infoühiskonda. Ja koos tootega "Made in China" on optiline tootmine mandri-Hiina maal tõusuteel ja selle areng on eriti kiire. Hiina optiline tootmine on hakanud mängima olulist rolli rahvusvahelisel majandusareenil ning optilise klaasi ja optiliste osade toodang on Hiinas peaaegu esimesel kohal. Optiline kile on üks või mitu kilekihti, mis on optiliste osade pinnale kantud, muutes optiliste osade pinnaomadusi. See võib olla metallkile, dielektriline kile või nende kahe tüüpi kilede kombinatsioon. Optiline õhuke kile on igasuguse arenenud fotoelektrilise tehnoloogia asendamatu osa. See ei paranda mitte ainult süsteemi jõudlust, vaid on ka vajalik vahend disaini eesmärgi, optilise õhukese kile rakendusala ja optilise süsteemi kõigi aspektide saavutamiseks, sealhulgas lasersüsteem, optiline kommunikatsioon, optiline ekraan, optiline salvestus jne, peamiste optiliste õhukeste kilede seadmete hulka kuuluvad peegeldav film, peegeldumisvastane film, polarisatsioonifilm, interferentsfilter ja spektroskoop jne. Neid on laialdaselt kasutatud rahvamajanduses ja riigikaitse ehituses ning pälvinud teaduse ja tehnika valdkonna töötajate üha suuremat tähelepanu.
Praegu on optiliste kattematerjalide levinumaid sorte rohkem kui 60 tüüpi ning nende sorte ja rakendusfunktsioone arendatakse endiselt pidevalt. Viimastel aastatel on see arenenud metallkilesüsteemiks, kui kulla, hõbeda, vase ja alumiiniumi paksus on 7 ~ 20 um. Kui selle läbitungivus nähtavale valgusele on 50%, samal ajal kui infrapunavalguse korral on see väiksem kui 10%. Seda tüüpi õhuke kile on edukalt rakendatud Apollo kosmoselaeva paneelil osa nähtava valguse edastamiseks ja peaaegu kogu infrapunavalgus peegeldub soojusjuhtimiseks. Järgnevas artiklis tutvustatakse peamiselt optiliste õhukeste kilede iseloomulikku põhimõtet ja klassifikatsiooni.
I. Optilise kile määratlus
Optiline film on omamoodi optiline kandjamaterjal, mis koosneb õhukesest kihilisest kandjast ja levib liidese kaudu valguskiirt. Optiliste filmide rakendamine algas 1930. aastatel S. Optilisi filme on laialdaselt kasutatud optika ja fotoelektrontehnoloogia valdkonnas, mitmesuguste optiliste instrumentide tootmisel. Valmistamisriba nõuab kõrgeid ja peeneid osi.
Optilise kile määratlus on: õhuke ja ühtlane dielektriline kile kiht, mis on optilise seadme pinnale kinnitatud valguse levimise teel, peegeldus, läbitungimine (kokkuklapimine) kihilise dielektrilise kile kihi läbimisel), näiteks emissioon ja polarisatsiooni, et saavutada ühes või mitmes laineribas soovitud valguse erivormid, näiteks kogu läbiv valgus või kogu valguse peegeldus või polarisatsiooni eraldus.
Optiline film on kõikjal meie elus, alates täppis- ja optilistest seadmetest, kuvamisseadmetest kuni optilise filmi kasutamiseni igapäevaelus; näiteks prille, digitaalkaameraid, igasuguseid tavapärasel ajal kantavaid kodumasinaid või pangatähtede võltsimisvastast tehnoloogiat võib nimetada optilise kile tehnoloogia laiendamiseks. Ilma arengu alusena kasutamata optilise õhukese kile tehnoloogiata ei saa kaasaegne fotoelektri-, side- ega lasertehnoloogia edusamme, mis näitab ka optilise õhukese kile tehnoloogia uurimise ja arendamise olulisust.
Optiline film tähendab ühe või mitme dielektrilise või metallkile kihi katmist või katmist või nende kahe tüüpi kilede kombinatsiooni optilistel elementidel või sõltumatutel aluspindadel, et muuta valguslainete ülekandeomadusi, sealhulgas edastada, peegeldada, neelduda , hajumine, polarisatsioon ja valguse faasimuutus. Seetõttu saab nõuetekohase disaini abil reguleerida eri lainealade elementide pinna läbilaskvust ja peegelduvust ning ka erinevatel polarisatsioonitasapindadel sisalduval valgusel võivad olla erinevad omadused.
Üldiselt jagunevad optiliste õhukeste kilede tootmisviisid peamiselt kuiv- ja märgprotsessiks. Nn kuiv tüüp tähendab, et kogu töötlemisprotsessis ei teki vedelikku. Näiteks vaakum aurustamine on tahkete toorainete kuumutamine elektrienergiaga vaakumis keskkonnas, pärast gaasiks sublimeerimist kinnitatakse see tahke alusmaterjali pinnale, et katmisprotsess lõpule viia. Igapäevases elus kaunistamiseks kasutatav kuld-, hõbe- või metallist pakkekile on kuiva kattega toode. Arvestades tegelikku masstoodangut, on kuiva katte rakendusulatus siiski väiksem kui märja kattega. Märgkatmise üldine meetod on mitmesuguste funktsioonidega komponentide segamine vedelaks pinnakatteks ja pealekandmine erinevatele töötlemismeetoditele alusmaterjalile, seejärel kuivatamine ja tahkestumine vedela kattega toote valmistamiseks.
II. Õhukese kile sekkumise põhimõte
1. Valguse kõikumine
1860. aastatel töötas Ameerika füüsik Maxwell välja elektromagnetilise teooria, tuues välja, et valgus on omamoodi elektromagnetiline laine, mis paneb laineteooria arenema täiuslikule tasemele.
Bo Li valguse duaalsuse järgi on valgus sama mis raadiolained, röntgenikiirgus ,? Kiired on elektromagnetilised lained, kuid nende sagedused on erinevad. Lainepikkuse λ, sageduse u ja elektromagnetilise laine levimiskiiruse V suhe on järgmine:
V = λ u
Kuna vaakumis on erineva sagedusega elektromagnetiliste lainete levimiskiirus Saksamaal võrdne, on ka erineva sagedusega elektromagnetiliste lainete lainepikkus erinev. Kõrgsagedusega lainepikkus on lühike, madala sagedusega lainepikkus aga pikk. Võrdluse hõlbustamiseks vastavalt raadiolainele, infrapunakiirgusele, nähtavale valgusele, ultraviolettkiirgusele, röntgenikiirgusele ja? Kiirguse jne lainepikkus (või sagedus) korraldab need järjestikku spektriks, mida nimetatakse elektromagnetiliseks spektriks.
Elektromagnetilises spektris on raadiolainetel kõige pikem lainepikkus, mida saab jagada pika-, keskmise-, lühi- ja ultralaine, mikrolaine ja nii edasi. Teine on infrapunakiirgus, nähtav kiirgus ja ultraviolettkiirgus, mida ühiselt nimetatakse valguskiirguseks. Kõigist elektromagnetilistest lainetest näeb inimeste silmaga ainult nähtavat valgust. Nähtava valguse lainepikkus on umbes 0,76 mikronit kuni 0,40 mikronit, mis moodustab ainult väikese osa elektromagnetilisest spektrist. Teine on röntgenikiirgus. Lühima lainepikkusega elektromagnetiline laine on y Ray.
Kuna valgus on omamoodi elektromagnetiline laine, peaks see näitama selle omadusi levimis-häirete, difraktsiooni, polarisatsiooni ja muude nähtuste protsessis.
2. Õhukese filmi segamine
Kile võib olla läbipaistev tahke, vedel või õhuke gaasikiht, mis on kinnitatud kahe klaasitüki külge. Esimest valguskiirt peegeldab kile ülemine pind, murdunud valgust peegeldab kile alumine pind ja teist tala peegeldab ülemine pind. Kaks tala asuvad filmi ühel küljel, eraldatud samast vibratsioonist, see on koherentne valgus ja kuulub amplituudihäirete hulka. Kui valgusallikaks on laiendatud valgusallikas (pinnavalgusallikas), võib häireid täheldada ainult kahefaasiliste kuivade kiirte konkreetses kattuvas piirkonnas, seega kuulub see lokaliseeritud häirete hulka. Tasapinnaliste filmide puhul, mille kaks pinda on üksteisega paralleelsed, paikneb häirete serv lõpmatuses, mida tavaliselt täheldatakse kujutise fookustasandil koonduva läätse abil; kiilukujuliste filmide puhul on häirete lokaliseerimine filmi lähedal.
Nii eksperimendid kui teooriad on tõestanud, et häirete triipe saab tekitada ainult siis, kui kahel valguslainete veerul on teatud seos. Neid suhteid nimetatakse sidusateks tingimusteks. Õhukese kile kuivades oludes on kolm punkti: kahe valguslaine sagedus on sama; kahe valguslaine vibratsiooni suund on sama; kahe valguslaine faasierinevus jääb samaks.
Õhukese kilega segatava kahefaasilise kuiva valguse optilise tee erinevuse valem on:
δ = ntcos (α) ± λ / 2
Valemis on n filmi murdumisnäitaja; t on kile paksus kokkupuutepunktis; α on filmi murdumisnurk; λ / 2 on sellepärast, et kaks koherentset valguskiirt asuvad kahel erineva omadusega liidesel (üks on optilise tiheduse keskkond ja optiline tiheduse keskkond, teine on optilise tiheduse keskkond kuni optilise tiheduse keskkond) täiendava optilise tee erinevus, mis on põhjustatud ülemisest peegeldusest. Õhukese kile interferentsi põhimõtet kasutatakse laialdaselt optilise pinna kontrollimiseks, väikese nurga või lineaarsuse täpseks mõõtmiseks, peegeldusvastase kile ja interferentsfiltri ettevalmistamiseks jne.
Valgust kiirgab valgusallika algse aatomi või molekuli liikumisoleku muutumine. Iga aatomi või molekuli kiirgatav valguslaine on vaid lühike kolonn, kestus umbes 1 miljard sekundit. Kahe sõltumatu valgusallika puhul pole kolme häire tingimust, näiteks sama faasi või pidevat faasierinevust eriturgudel, täita lihtne, seetõttu ei saa kaks sõltumatut üldist valgusallikat moodustada ühtset valgusallikat. Pealegi ei häiri isegi sama valgusallika erinevate osade poolt kiirgatav valgus üldiselt, kuna neid kiirgavad erinevad aatomid või molekulid.
3. Optiliste filmide iseloomulik klassifikatsioon
Peamised optiliste õhukeste kilede seadmed hõlmavad helkurkilesid, peegeldumisvastaseid filme, polarisatsioonifilme, häirefiltreid, spektroskoope ja nii edasi, mida kasutatakse laialdaselt rahvamajanduses ja riigikaitseehituses, see on pälvinud teaduse ja tehnika valdkonna töötajate üha suuremat tähelepanu. Näiteks võib peegeldumisvastase kile kasutamine vähendada keeruka optilise läätse valgusvoo kaotust kümme korda; suure peegeldusega kile suhtega peegli kasutamine võib laseri väljundvõimsuse kahekordistada; optilise õhukese kile kasutamine võib parandada räni aku tõhusust ja stabiilsust.
Lihtsaim optilise kile mudel on ühtlane dielektriline kile kiht sileda ja isotroopse pinnaga. Sel juhul saab optiliste õhukeste kilede optilisi omadusi uurida valguse interferentsiteooria abil. Kui optilisel kilel satub tasapinnaline monokromaatilise valguse laine, peegeldub see ja kahaneb selle kahel pinnal mitu korda. Peegeldunud valguse ja murdunud valguse suunad on antud peegelduse ja refraktsiooni seadusega, peegeldunud valguse amplituud määratakse Fresneli valemiga.
Optilisi filme saab jagada: peegeldav film, peegeldusvastane film / peegeldusvastane film, filter, polarisaatori / polarisaatori film, kompensatsioonifilm / faasierinevusplaat, joonduskile, difusioonkile / film, helendav film / prismaatiline lääts / kondensaator, varjundkile / must ja valge liim jne. Seotud tuletisinstrumentide hulka kuuluvad optiline kaitsekile, aknakile jne.
Optilise kile omadused on: pind on sile ja kile kihtide vaheline liides sisaldab geomeetrilist segmenteerumist; kilekihi murdumisnäitaja võib liidesele hüpata, kuid kilekihis on see pidev; see võib olla läbipaistev keskkond, samuti absorptsiooni keskkond; see võib olla tavaline ühtlane või normaalne ebaühtlane. Rakendusfilm on ideaalfilmist palju keerulisem. Seda seetõttu, et: ettevalmistamise ajal kalduvad kile optilised ja füüsikalised omadused puistematerjalist ning pind ja liides on karedad, mis viib valguskiire hajunud peegelduseni; kilekihtide vastastikune läbitungimine moodustab difusiooniliidese; kilekihi kasvu, struktuuri, stressi ja muude põhjuste tõttu moodustub kile igasugune heterogeensus; kilekihil on keeruline ajaline efekt.
Peegeldav kile võib üldiselt jagada kahte tüüpi: üks on metallist peegeldav kile ja teine on kogu dielektriline peegeldav kile. Lisaks on neid ühendav metallist dielektriline peegeldav kile, mille ülesandeks on optilise pinna peegelduvuse suurendamine.
Üldiselt on metallidel suhteliselt suur ekstinktsioonikoefitsient. Kui valguskiir satub metallpinnale õhust, väheneb metalli siseneva valguse amplituud kiiresti, mistõttu metalli sisenev valgusenergia väheneb vastavalt, samal ajal kui peegeldunud valguse energia suureneb. Mida suurem on ekstinktsioonikoefitsient, seda kiiremini valguse amplituud kahaneb. Mida vähem valgusenergiat metalli siseneb, seda suurem on peegeldusvõime. Inimesed valivad metallkilematerjalidena alati suure ekstinktsiooniteguriga ja stabiilsete optiliste omadustega metalle. Ultraviolettpiirkonnas tavaliselt kasutatav metallist õhuke materjal on alumiinium, alumiiniumi ja hõbedat kasutatakse tavaliselt nähtavates piirkondades ning kulda, hõbedat ja vaske kasutatakse tavaliselt infrapuna piirkonnas. Lisaks kasutatakse kroom ja plaatina sageli ka spetsiaalsete kilede membraanimaterjalina. Kuna alumiiniumi, hõbedat, vaske ja muid materjale on õhus lihtne oksüdeerida ja vähendada nende tööomadusi, tuleb neid kaitsta elektrilise dielektrilise membraaniga. Tavaliselt kasutatavate kaitsekilematerjalide hulka kuuluvad ränioksiid, magneesiumfluoriid, ränidioksiid, alumiiniumoksiid jne.
Metallist peegeldava kile eeliseks on see, et valmistamisprotsess on lihtne ja töölainepikkuste vahemik lai; puuduseks on see, et valguse kaotus on suur ja peegeldusvõime ei saa olla väga kõrge. Metalli peegeldava kile peegelduvuse edasiseks parandamiseks võib kile välisküljele katta mitu teatud paksusega dielektrilise kihi kihti, moodustades metallist dielektrilise peegeldava kile. Tuleb rõhutada, et metallist dielektriline kile suurendab teatud lainepikkuse (või teatud lainepiirkonna) peegelduvust, kuid hävitab metallkile neutraalse peegelduse omaduse.