Karakteristisk princip och klassificering av optiska tunnfilmer

Med utvecklingen av vetenskap och teknik och ekonomisk globalisering har dagens människor gått in i kunskapssamhället och informationssamhället. Och med utvecklingen av "Tillverkad i Kina" är optisk tillverkning i uppstigande i Kinas fastland och dess utveckling är extremt snabb. Kinas optiska tillverkning har börjat spela en viktig roll på den internationella ekonomiska arenan, och produktionen av optiskt glas och optiska delar i Kina har nästan rankat först. Optisk film är ett eller flera lager av film pläterade på ytan av optiska delar genom att ändra ytegenskaperna för optiska delar. Det kan vara metallfilm, dielektrisk film eller en kombination av dessa två typer av filmer. Optisk tunn film är en oumbärlig del av alla typer av avancerad fotoelektrisk teknik. Det kan inte bara förbättra systemets prestanda, utan är också ett nödvändigt medel för att uppfylla designmålet, applikationsfältet för optisk tunnfilm och alla aspekter av det optiska systemet, inklusive lasersystem, optisk kommunikation, optisk display, optisk lagring, etc, de viktigaste optiska tunnfilmsanordningarna inkluderar reflekterande film, antireflektionsfilm, polarisationsfilm, interferensfilter och spektroskop, etc. De har använts i stor utsträckning i nationell ekonomi och nationellt försvarsbyggande och fått ökad uppmärksamhet från vetenskapliga och tekniska arbetare.
För närvarande finns det mer än 60 typer av vanliga sorter av optiska beläggningsmaterial, och deras sorter och applikationsfunktioner utvecklas fortfarande. Under de senaste åren har det utvecklats till metallfilmsystem, när tjockleken på guld, silver, koppar och aluminium är 7 ~ Vid 20um är dess överföring till synligt ljus 50%, medan det för infrarött ljus är mindre än 10%. Denna typ av tunn film har framgångsrikt applicerats på panelen i Apollo rymdskepp för att överföra en del av synligt ljus, och nästan allt infrarött ljus reflekteras för termisk kontroll. Följande artikel introducerar huvudsakligen den karakteristiska principen och klassificeringen av optiska tunnfilmer.
I. Definition av optisk film
Optisk film är ett slags optiskt mediummaterial som består av tunt skiktmedium och sprider ljusstråle genom gränssnitt. Tillämpningen av optisk film började på 1930-talet. Optisk film har använts i stor utsträckning inom optik och fotoelektronik, tillverkning av olika optiska instrument. Beredningsremsan kräver höga och fina delar.
Definitionen av optisk film är: det tunna och jämn dielektriska filmskiktet fäst på ytan på den optiska anordningen i processen för ljusförökningsväg, reflektion, penetrering (vikning) när den passerar genom det skiktade dielektriska filmskiktet) egenskaper såsom emission och polarisering för att uppnå de speciella ljusformer som vi vill ha i ett eller flera vågband, såsom allt ljus som passerar genom eller all ljusreflektion eller polarisationsseparation.
Optisk film finns överallt i vårt liv, från precision och optisk utrustning, displayutrustning till tillämpning av optisk film i det dagliga livet; till exempel glasögon, digitalkameror, alla typer av hushållsapparater som bärs vid vanliga tider eller antiförfalskningstekniken på sedlar kan kallas förlängning av tillämpningen av optisk filmteknik. Utan optisk tunnfilmteknik som grund för utveckling kommer modern fotoelektrisk, kommunikation eller laserteknik inte göra framsteg, vilket också visar vikten av forskning och utveckling av optisk tunnfilmteknologi.
Optisk film avser beläggning eller beläggning av ett eller flera lager av dielektrisk film eller metallfilm eller kombinationen av dessa två typer av filmer på optiska element eller oberoende underlag för att ändra transmissionsegenskaper för ljusvågor, inklusive transmission, reflektion, absorption , spridning, polarisering och fasändring av ljus. Genom korrekt utformning kan därför permeabiliteten och reflektionsförmågan hos ytan hos elementen i olika vågband justeras, och ljuset i olika polarisationsplan kan också ha olika egenskaper.
Generellt sett är produktionssätten för optiska tunnfilmer huvudsakligen uppdelade i torrprocess och våtprocess. Den så kallade torra typen innebär att ingen vätska förekommer i hela processen. Till exempel är vakuumindunstning att värma fasta råmaterial med elektrisk energi i en vakuummiljö, efter sublimering till gas fästes det på ytan av ett fast basmaterial för att slutföra beläggningsprocessen. Den guld-, silver- eller metallförpackningsfilmen för dekoration som ses i det dagliga livet är en produkt tillverkad av torr beläggning. Med tanke på den faktiska massproduktionen är tillämpningsområdet för torr beläggning emellertid mindre än för våt beläggning. Den allmänna metoden för våtbeläggning är att blanda komponenter med olika funktioner till vätskebeläggning och applicera dem på basmaterialet i olika bearbetningsmetoder, sedan torka och stelna vätskebeläggningen för att göra produkten.
II. Principen om tunnfilmsstörning
1. Fluktuationen av ljus
1860-talet utvecklade den amerikanska fysikern Maxwell den elektromagnetiska teorin och påpekade att ljus är en slags elektromagnetisk våg, vilket gör att vågteorin utvecklas till en perfekt nivå.
Enligt Bo Li-dualiteten i ljus är ljus detsamma som radiovågor, röntgenstrålar,? Strålar är elektromagnetiska vågor, men deras frekvenser är olika. Förhållandet mellan våglängden λ, frekvens u och utbredningshastighet V för den elektromagnetiska vågen är som följer:
V = X u
Eftersom utbredningshastigheten för elektromagnetiska vågor för olika frekvenser i vakuum är lika i Tyskland är våglängden för elektromagnetiska vågor med olika frekvenser också olika. Våglängden med hög frekvens är kort, medan våglängden med låg frekvens är lång. För att underlätta jämförelse, enligt radiovåg, infraröd stråle, synligt ljus, ultraviolett stråle, röntgenstrålar och? Strålarnas våglängd (eller frekvens) etc. ordnar dem i ett spektrum i sekvens, som kallas elektromagnetiskt spektrum.
I det elektromagnetiska spektrumet har radiovågor den längsta våglängden, som kan delas upp i långvåg, medelvåg, kortvåg, ultrashortvåg, mikrovågsugn och så vidare. Den andra är infraröd stråle, synlig stråle och ultraviolett stråle, som tillsammans kallas ljusstrålning. Bland alla elektromagnetiska vågor kan endast synligt ljus ses av mänskliga ögon. Våglängden för synligt ljus är cirka 0,76 mikron till 0,40 mikron, vilket endast står för en liten del av det elektromagnetiska spektrumet. Den andra är röntgen. Den elektromagnetiska vågen med den kortaste våglängden är y Ray.
Eftersom ljus är en slags elektromagnetisk våg, bör det visa sina egenskaper i processen med förökning-störningar, diffraktion, polarisering och andra fenomen.
2. Tunn filmstörning
Filmen kan vara ett transparent fast ämne, flytande eller ett tunt gasskikt klämd fast i två glasbitar. Den första ljusstrålen reflekteras av filmens övre yta, det brytade ljuset reflekteras av filmens nedre yta och den andra strålen reflekteras av den övre ytan. De två strålarna är på samma sida av filmen, separerade från samma infallande vibration, det är sammanhängande ljus och tillhör amplitudstörning. Om ljuskällan är en utökad ljuskälla (ytkälla), kan störningar endast observeras i det specifika överlappningsområdet för tvåfasiga torra strålar, så det tillhör lokaliserad störning. För de plana filmer vars två ytor är parallella med varandra är interferensfransen lokaliserad i oändligheten, som vanligtvis observeras i bildens fokusplan med hjälp av en konvergent lins; för kilformade filmer är lokaliseringen av interferensformat nära filmen.
Både experiment och teorier har visat att först när två kolumner med ljusvågor har en viss relation kan interferensband genereras. Dessa relationer kallas sammanhängande villkor. De torra förhållandena för den tunna filmen inkluderar tre punkter: frekvensen för de två ljusvågorna är densamma; vibrationsriktningen för de två ljusvågorna är densamma; fasskillnaden mellan de två ljusvågorna förblir konstant.
Den optiska vägdifferensformeln för det tvåfasiga torra ljuset som störs av den tunna filmen är:
5 = ntcos (a) ± X / 2
I formeln är n brytningsindex för filmen; t är filmens tjocklek vid incidenten; a är brytningsvinkeln i filmen; λ / 2 beror på att två strålar med sammanhängande ljus har två gränssnitt med olika egenskaper (en är medium för optisk densitet till medium för optisk densitet, den andra är medium för optisk densitet till medium för optisk densitet) ytterligare optisk banskillnad orsakad av övre reflektion. Principen för tunnfilmsinterferens används ofta vid inspektion av optisk yta, exakt mätning av liten vinkel eller linearitet, beredning av antireflektionsfilm och interferensfilter, etc.
Ljuset strålas av förändringen av rörelsetillståndet för den ursprungliga atomen eller molekylen i ljuskällan. Ljusvågen som avges från varje atom eller molekyl är bara en kort kolumn, varaktigheten är cirka 1 miljard sekunder. För två oberoende ljuskällor är det inte lätt att uppfylla de tre störningsvillkoren, till exempel samma fas eller konstant fasskillnad på speciella marknader, därför kan två oberoende allmänna ljuskällor inte bilda en sammanhängande ljuskälla. Dessutom kommer inte heller ljuset som avges från olika delar av samma ljuskälla generellt att störa eftersom de släpps ut av olika atomer eller molekyler.
3. Karakteristisk klassificering av optisk film
De viktigaste optiska tunnfilmanordningarna inkluderar reflekterande film, antireflektionsfilm, polarisationsfilm, interferensfilter, spektroskop och så vidare, som används ofta i nationell ekonomi och nationellt försvarsbyggande, det har fått ökande uppmärksamhet från vetenskapliga och tekniska arbetare. Till exempel kan användningen av antireflektionsfilm minska den ljusa flödesförlusten av komplex optisk lins med tio gånger; användningen av spegel med hög reflektionsfilm kan fördubbla laserens utgångseffekt; användning av optisk tunn film kan förbättra kiselbatteriets effektivitet och stabilitet.
Den enklaste optiska filmmodellen är ett enhetligt dielektriskt filmskikt med slät yta och isotrop yta. I det här fallet kan de optiska egenskaperna hos optiska tunnfilmer studeras med ljusinterferensteorin. När en plan våg av monokromatiskt ljus infaller på den optiska filmen kommer den att reflekteras och brytas upp flera gånger på dess två ytor. Riktningarna för reflekterat ljus och brytat ljus ges av lagen för reflektion och brytning, amplituden för det reflekterade ljuset bestäms av Fresnel-formeln.
Optiska filmer kan delas upp: reflekterande film, antireflektionsfilm / antireflektionsfilm, filter, polarisator / polarisatorfilm, kompensationsfilm / fasskillnadsplatta, justeringsfilm, diffusionsfilm / film, ljusare film / prismatisk lins / kondensor, skuggfilm / svart och vitt lim, etc. Relaterade derivat inkluderar optisk skyddsfilm, fönsterfilm, etc.
Egenskaperna hos den optiska filmen är: ytan är slät och gränssnittet mellan filmskikten ger geometrisk segmentering; brytningsindexet för filmskiktet kan hoppa på gränssnittet, men det är kontinuerligt i filmskiktet; det kan vara transparent medium, det kan också vara ett absorptionsmedium; det kan vara normal enhetligt eller normalt ojämnt. Den tillämpade filmen är mycket mer komplicerad än den ideala filmen. Detta beror på: under beredningen avviker de optiska och fysiska egenskaperna hos filmen från bulkmaterialet, och ytan och gränssnittet är grovt, vilket leder till diffus reflektion av ljusstrålen; den ömsesidiga penetrationen mellan filmskikten bildar diffusionsgränssnittet; på grund av tillväxten, strukturen, spänningen och andra skäl till filmskiktet bildas alla typer av heterogenitet hos filmen; filmskiktet har komplex tidseffekt.
Reflexfilm kan i allmänhet delas upp i två typer, den ena är metallreflekterande film och den andra är all-dielektrisk reflekterande film. Dessutom finns det en metall dielektrisk reflekterande film som kombinerar de två, vars funktion är att öka reflektiviteten hos den optiska ytan.
Generellt sett har metaller relativt stor utrotningskoefficient. När ljusstrålen infaller på metallytan från luft, avtar ljusets amplitud snabbt, vilket gör att ljusenergin som kommer in i metallen minskar på motsvarande sätt medan den reflekterade ljusenergin ökar. Ju högre släckningskoefficienten är, desto snabbare sönder ljusamplituden. Ju mindre ljusenergi kommer in i metallen, desto högre är reflektiviteten. Människor väljer alltid metaller med stor utrotningskoefficient och stabila optiska egenskaper som metallfilmmaterial. Det tunna metallmaterialet som vanligtvis används i det ultravioletta området är aluminium, aluminium och silver används vanligtvis i det synliga området och guld, silver och koppar används vanligtvis i det infraröda området. Dessutom används krom och platina också ofta som membranmaterial för vissa specialfilmer. Eftersom aluminium, silver, koppar och andra material är lätta att oxidera i luften och minska deras prestanda, måste de skyddas av elektriskt dielektriskt membran. Vanligt använda skyddsfilmmaterial inkluderar kiseloxid, magnesiumfluorid, kiseldioxid, aluminiumoxid etc.
Fördelen med den metallreflekterande filmen är att beredningsprocessen är enkel och arbetsvåglängdsområdet är stort; nackdelen är att ljusförlusten är stor och reflektionsförmågan inte kan vara mycket hög. För att ytterligare förbättra reflektionsförmågan hos den metallreflekterande filmen kan flera lager av dielektriskt skikt med en viss tjocklek pläteras på utsidan av filmen för att bilda den dielektriska metallreflekterande filmen. Det bör påpekas att den dielektriska metallfilmen ökar reflektionsförmågan hos en viss våglängd (eller ett visst vågområde), men förstör kännetecknet för neutral reflektion av metallfilmen.