Karakteristisk prinsipp og klassifisering av optiske tynne filmer

Med utviklingen av vitenskap og teknologi og økonomisk globalisering har dagens mennesker kommet inn i kunnskapsøkonomisamfunnet og informasjonssamfunnet. Og med utviklingen av "Made in China" er optisk produksjon i oppstigningen i fastlands-Kina, og utviklingen er ekstremt rask. Kinas optiske produksjon har begynt å spille en viktig rolle på den internasjonale økonomiske arenaen, og produksjonen av optiske glass og optiske deler i Kina har nesten rangert først. Optisk film er ett eller flere lag filmbelagt på overflaten av optiske deler ved å endre overflatekarakteristikkene til optiske deler. Det kan være metallfilm, dielektrisk film eller en kombinasjon av disse to filmfilmene. Optisk tynn film er en uunnværlig del av alle slags avansert fotoelektrisk teknologi. Det kan ikke bare forbedre systemytelsen, men er også et nødvendig middel for å oppfylle designmålet, applikasjonsfeltet til optisk tynn film og alle aspekter ved optisk system, inkludert lasersystem, optisk kommunikasjon, optisk skjerm, optisk lagring, osv., de viktigste optiske tynnfilminnretningene inkluderer reflekterende film, antirefleksjonsfilm, polarisasjonsfilm, interferensfilter og spektroskop, etc. De har blitt mye brukt i nasjonal økonomi og nasjonalt forsvarsbygg, og fått økende oppmerksomhet fra vitenskapelige og tekniske arbeidere.
For tiden er det mer enn 60 typer vanlige varianter av optiske belegningsmaterialer, og deres varianter og anvendelsesfunksjoner utvikles fortsatt kontinuerlig. I løpet av de siste årene har det utviklet seg til metallfilmsystem, når tykkelsen på gull, sølv, kobber og aluminium er 7 ~ Ved 20um er overføringen til synlig lys 50%, mens infrarødt lys er mindre enn 10%. Denne typen tynn film har blitt brukt på panelet til romfartøyet Apollo for å overføre deler av synlig lys, og nesten alt infrarødt lys reflekteres for termisk kontroll. Den følgende artikkelen introduserer hovedsakelig det karakteristiske prinsippet og klassifiseringen av Optical Thin Films.
I. Definisjon av optisk film
Optisk film er et slags optisk medium materiale som er sammensatt av tynt lagdelte medium og formerer lysstråle gjennom grensesnitt. Bruken av optisk film begynte i 1930-årene. Optisk film har blitt mye brukt innen optikk og fotoelektronsteknologi og produsert forskjellige optiske instrumenter. Forberedelsesstrimlen krever høye og fine deler.
Definisjonen av optisk film er: det tynne og jevn dielektriske filmlaget som er festet til overflaten av den optiske enheten i prosessen med lysforplantningsvei, refleksjon, penetrering (folding) når den passerer gjennom det lagdelte dielektriske filmlaget) egenskaper som emisjon og polarisering, for å oppnå de spesielle lysformene som vi ønsker i ett eller flere bølgebånd, for eksempel alt lyset som går gjennom eller all lysrefleksjon eller polarisasjonsseparasjon.
Optisk film er overalt i livet vårt, fra presisjons- og optisk utstyr, skjermutstyr til bruk av optisk film i dagliglivet; for eksempel briller, digitale kameraer, alle slags husholdningsapparater brukt på vanlige tider, eller forfalskningsteknologien på sedler, kan kalles utvidelsen av anvendelsen av optisk filmteknologi. Uten optisk tynnfilmteknologi som grunnlag for utvikling, vil moderne fotoelektrisk, kommunikasjons- eller laserteknologi ikke gjøre fremskritt, noe som også viser viktigheten av forskning og utvikling av optisk tynnfilmteknologi.
Optisk film refererer til belegg eller belegg av ett eller flere lag med dielektrisk film eller metallfilm eller kombinasjonen av disse to filmfilmer på optiske elementer eller uavhengige underlag for å endre overføringsegenskapene til lysbølger, inkludert overføring, refleksjon, absorpsjon , spredning, polarisering og faseendring av lys. Derfor, gjennom riktig utforming, kan permeabiliteten og refleksjonsevnen til overflaten til elementer i forskjellige bølgebånd justeres, og lyset i forskjellige polarisasjonsplaner kan også ha forskjellige egenskaper.
Generelt er produksjonsmåtene for optiske tynne filmer hovedsakelig delt inn i tørr prosess og våt prosess. Den såkalte tørre typen betyr at det ikke kommer noen væske i hele prosesseringsprosessen. For eksempel er vakuumfordamping å varme faste råmaterialer med elektrisk energi i et vakuummiljø, etter sublimering til gass blir det festet til overflaten av et fast basismateriale for å fullføre belegningsprosessen. Gull-, sølv- eller metallemballasjefilmen for dekorasjon sett i dagliglivet er et produkt laget av tørt belegg. Med tanke på den faktiske masseproduksjonen, er imidlertid anvendelsesområdet for tørt belegg mindre enn det for vått belegg. Den generelle metoden for vått belegg er å blande komponenter med forskjellige funksjoner til flytende belegg, og påføre dem på basismaterialet i forskjellige behandlingsmetoder, deretter tørke og størkne det flytende belegget for å lage produktet.
II. Prinsipp for tynnfilm-interferens
1. Fluktuasjonen av lys
I 1860-årene utviklet den amerikanske fysikeren Maxwell den elektromagnetiske teorien, og påpekte at lys er en slags elektromagnetisk bølge, som gjør at bølgeteorien utvikler seg til et perfekt nivå.
I følge Bo Li-dualiteten av lys, er lys det samme som radiobølger, røntgenstråler ,? Stråler er elektromagnetiske bølger, men frekvensene deres er forskjellige. Forholdet mellom bølgelengde λ, frekvens u og forplantningshastighet V for elektromagnetisk bølge er som følger:
V = λ u
Siden forplantningshastigheten til elektromagnetiske bølger av forskjellige frekvenser i vakuum er lik i Tyskland, er bølgelengden til elektromagnetiske bølger med forskjellige frekvenser også forskjellig. Bølgelengden med høy frekvens er kort, mens bølgelengden med lav frekvens er lang. For enkelhets skyld sammenligning, i henhold til radiobølge, infrarød stråle, synlig lys, ultrafiolett stråle, røntgen og? Strålens bølgelengde (eller frekvens), etc., ordner dem inn i et spekter i sekvens, som kalles elektromagnetisk spektrum.
I det elektromagnetiske spekteret har radiobølger den lengste bølgelengden, som kan deles inn i langbølge, medium bølge, kortbølge, ultrashortbølge, mikrobølgeovn og så videre. Det andre er infrarød stråle, synlig stråle og ultrafiolett stråle, som samlet kalles lysstråling. Blant alle elektromagnetiske bølger kan bare synlig lys sees av menneskelige øyne. Bølgelengden til synlig lys er omtrent 0,76 mikrometer til 0,40 mikron, noe som bare utgjør en liten del av det elektromagnetiske spekteret. Det andre er røntgen. Den elektromagnetiske bølgen med den korteste bølgelengden er y Ray.
Siden lys er en slags elektromagnetisk bølge, skal det vise dets egenskaper i prosessen med forplantning-interferens, diffraksjon, polarisering og andre fenomener.
2. Tynn filminnblanding
Filmen kan være et gjennomsiktig fast, flytende eller et tynt lag gass klemt av to glassdeler. Den første lysstrålen reflekteres av den øvre overflaten av filmen, det brytede lys reflekteres av den nedre overflaten av filmen, og den andre strålen reflekteres av den øvre overflaten. De to bjelkene er på samme side av filmen, atskilt fra den samme innfallende vibrasjonen, det er koherent lys og hører til amplitude-interferens. Hvis lyskilden er en utvidet lyskilde (overflatelyskilde), kan interferens bare observeres i det spesifikke overlappingsområdet til tofasede tørrstråler, så det hører til lokal interferens. For de plane filmene med to overflater som er parallelle med hverandre, er interferensfronten plassert i det uendelige, som vanligvis observeres i bildets fokusplan ved hjelp av konvergent linse; For kileformede filmer er lokalisering av interferenskant nær filmen.
Både eksperimenter og teorier har bevist at bare når to kolonner med lysbølger har et visst forhold, kan det genereres interferensstriper. Disse forholdene kalles sammenhengende forhold. De tørre forholdene til den tynne filmen inkluderer tre punkter: hyppigheten av de to lysbølgene er den samme; vibrasjonsretningen til de to lysbølgene er den samme; faseforskjellen mellom de to lysbølgene forblir konstant.
Den optiske baneforskjellsformelen for det to-fasede tørre lyset som forstyrres av den tynne filmen er:
δ = ntcos (α) ± λ / 2
I formelen er n brytningsindeksen til filmen; t er tykkelsen på filmen på hendelsesstedet; α er brytningsvinkelen i filmen; λ / 2 skyldes at to stråler koherent lys har to grensesnitt med forskjellige egenskaper (en er medium for optisk tetthet til optisk tetthet, den andre er optisk tetthetsmedium til optisk tetthetsmedium) ytterligere optisk baneforskjell forårsaket av øvre refleksjon. Prinsippet om tynnfilminterferens er mye brukt ved inspeksjon av optisk overflate, presis måling av ørsmå vinkel eller linearitet, klargjøring av antirefleksjonsfilm og interferensfilter, etc.
Lyset utstråles av endring av bevegelsestilstanden til det originale atomet eller molekylet i lyskilden. Lysbølgen som avgis av hvert atom eller molekyl er bare en kort kolonne, varigheten er omtrent 1 milliard sekunder. For to uavhengige lyskilder er det ikke lett å oppfylle de tre forstyrrelsesbetingelsene, for eksempel den samme fasen eller konstant faseforskjell i spesielle markeder, derfor kan to uavhengige generelle lyskilder ikke danne en sammenhengende lyskilde. Selv lyset som sendes ut av forskjellige deler av den samme lyskilden, vil heller ikke forstyrre generelt fordi de sendes ut av forskjellige atomer eller molekyler.
3. Karakteristisk klassifisering av optisk film
De viktigste optiske tynnfilm enhetene inkluderer reflekterende film, antirefleksjonsfilm, polarisasjonsfilm, interferensfilter, spektroskop og så videre, som er mye brukt i nasjonaløkonomi og nasjonalt forsvarsbygg, har det fått økende oppmerksomhet fra vitenskapelige og tekniske arbeidere. For eksempel kan bruk av antirefleksjonsfilm redusere lysstrømstapet av kompleks optisk linse med ti ganger; bruk av speil med høyt speilrefleksjon kan doble laserens utgangseffekt; bruk av optisk tynn film kan forbedre effektiviteten og stabiliteten til silisiumbatteri.
Den enkleste optiske filmmodellen er et jevn dielektrisk filmlag med glatt overflate og isotrop overflate. I dette tilfellet kan de optiske egenskapene til optiske tynne filmer studeres ved interferenssteorien om lys. Når en plan bølge av monokromatisk lys inntrenger på den optiske filmen, vil den reflekteres og brytes flere ganger på de to overflatene. Retningene for reflektert lys og brytet lys er gitt av loven om refleksjon og brytning, amplituden til det reflekterte lys bestemmes av Fresnel-formelen.
Optiske filmer kan deles: reflekterende film, antirefleksjonsfilm / antirefleksjonsfilm, filter, polarisator / polarisasjonsfilm, kompensasjonsfilm / faseforskjellsplate, justeringsfilm, diffusjonsfilm / film, lysende film / prismatisk linse / kondensator, skyggefilm / svart og hvitt lim osv. Beslektede derivater inkluderer optisk beskyttelsesfilm, vindusfilm, etc.
Egenskapene til den optiske filmen er: overflaten er glatt, og grensesnittet mellom filmlagene gir geometrisk segmentering; brytningsindeksen til filmlaget kan hoppe på grensesnittet, men den er kontinuerlig i filmlaget; det kan være gjennomsiktig medium, det kan også være et absorpsjonsmedium; det kan være normal uniform eller normalt ujevn. Den anvendte filmen er mye mer komplisert enn den ideelle filmen. Dette er fordi: under forberedelsen avviker de optiske og fysiske egenskapene til filmen fra bulkmaterialet, og overflaten og grensesnittet er grovt, noe som fører til diffus refleksjon av lysstrålen; den gjensidige penetrasjonen mellom filmlagene danner diffusjonsgrensesnittet; på grunn av veksten, strukturen, stresset og andre årsaker til filmlaget, dannes alle slags heterogenitet i filmen; filmlaget har kompleks tidseffekt.
Refleksfilm kan generelt deles inn i to typer, den ene er refleksjonsfilm av metall og den andre er alle-dielektrisk refleksfilm. I tillegg er det en metall-dielektrisk reflekterende film som kombinerer de to, hvis funksjon er å øke refleksjonsevnen til den optiske overflaten.
Generelt har metaller relativt stor utryddelseskoeffisient. Når lysstrålen anfaller på metalloverflaten fra luft, avtar amplituden til lyset som kommer inn i metallet raskt, noe som gjør at lysenergien som kommer inn i metallet avtar tilsvarende, mens den reflekterte lysenergien øker. Jo høyere ekstinksjonskoeffisient er, jo raskere avtar lysamplitude. Jo mindre lysenergi kommer inn i metallet, jo høyere er refleksjonsevnen. Folk velger alltid metaller med stor utryddelseskoeffisient og stabile optiske egenskaper som metallfilmmaterialer. Det tynne metallmaterialet som vanligvis brukes i det ultrafiolette området er aluminium, aluminiumet og sølvet brukes ofte i det synlige området, og gull, sølv og kobber brukes ofte i det infrarøde området. I tillegg blir krom og platina ofte også brukt som membranmaterialer for noen spesielle filmer. Fordi aluminium, sølv, kobber og andre materialer er enkle å oksidere i luften og redusere ytelsen, må de beskyttes av elektrisk dielektrisk membran. Vanlige brukte beskyttende filmmaterialer inkluderer silisiumoksyd, magnesiumfluorid, silisiumdioksyd, aluminiumoksyd, etc.
Fordelen med metallrefleksfilmen er at forberedelsesprosessen er enkel og arbeidsbølgelengdeområdet er bredt; ulempen er at lett tap er stort og refleksjonsevnen ikke kan være veldig høyt. For ytterligere å forbedre refleksjonsevnen til den metallrefleksive film, kan flere lag med dielektrisk lag med en viss tykkelse bli belagt på utsiden av filmen for å danne den dielektriske metallrefleksive film. Det skal påpekes at den metalliske dielektriske filmen øker refleksjonsevnen til en viss bølgelengde (eller et visst bølgeregion), men ødelegger karakteristikken for nøytral refleksjon av metallfilmen.