Cos'è il rivestimento ottico

Rivestimento ottico-PVD IKS

Il rivestimento ottico è un processo di rivestimento sulla superficie delle parti ottiche di strati sottili o di metallo multistrato (o medio). Lo scopo del rivestimento delle parti ottiche è quello di ridurre o aumentare la riflessione della luce, la divisione del fascio, la separazione dei colori, il filtro e la polarizzazione. I metodi di rivestimento comunemente usati includono il rivestimento sotto vuoto (un tipo di rivestimento fisico) e il rivestimento chimico

Panoramica

Il rivestimento deve utilizzare un metodo fisico o chimico nella placcatura della superficie del materiale su uno strato trasparente di membrana elettrolitica o rivestito con uno strato di film metallico, allo scopo di cambiare la riflessione della superficie del materiale e le caratteristiche di trasmissione. Nell'ambito delle bande visibile e infrarossa, la maggior parte della riflettività del metallo può raggiungere il 78% ~ 98%, ma non superiore al 98%. Sia per il laser a CO2, l'uso di rame, molibdeno, silicio e germanio, ecc. Per produrre riflettori, germanio e arseniuro di gallio, selenuro di zinco e elemento ottico di trasmissione come materiale della finestra di uscita, oppure per laser ottico ordinario come specchio, specchio di uscita e materiale dell'elemento ottico di trasmissione, non può soddisfare i requisiti di oltre il 99% dello specchio di riflessione totale. Diverse applicazioni richiedono una diversa trasmissione dello specchio di uscita, pertanto è necessario utilizzare il metodo di rivestimento ottico. Per il laser a CO2 nella banda di onde infrarosse, il materiale di rivestimento comunemente usato con fluoruro di ittrio, fluoruro, praseodimio, germanio, ecc; Per la banda del vicino infrarosso o la banda visibile della lampada laser YAG, i comuni materiali di rivestimento includono solfuro di zinco, fluoruro di magnesio, biossido di titanio, ossido di zirconio, ecc. Oltre alle pellicole ad alta riflettanza e traslucenza, i film speciali possono essere placcati per riflettere una lunghezza d'onda e trasmettere a un'altra lunghezza d'onda, come il film spettroscopico nella tecnologia di raddoppio della frequenza laser.

Principio di base del rivestimento ottico

L'interferenza ottica è ampiamente utilizzata nell'ottica dei film sottili. Il metodo comune della tecnologia ottica a film sottile consiste nell'applicare film sottile su substrato di vetro mediante sputtering a vuoto, che viene utilizzato per controllare la riflettanza e la trasmittanza della piastra di base sul fascio incidente per soddisfare esigenze diverse. Per eliminare la perdita di riflessione sulla superficie della parte ottica e migliorare la qualità dell'immagine, viene rivestito uno strato o una pellicola dielettrica trasparente multistrato. Con lo sviluppo della tecnologia laser, ci sono diversi requisiti per la riflettività e la trasmittanza dello strato del film, che promuove lo sviluppo di film multistrato ad alta riflessione e film a permeabilità a banda larga. Per varie applicazioni, utilizziamo film ad alta riflessione per produrre pellicole riflettenti polarizzanti, spettrofotometri a colori, film a freddo e filtri interferenziali ecc. Parti ottiche dopo il rivestimento superficiale, sugli strati di membrana di riflessione multipla e trasmissione di luce, formazione di interferenze multiple e indice di rifrazione del film di controllo e spessore di diversa distribuzione di intensità può essere ottenuto, questo è il principio di base dell'interferenza nel rivestimento.

Processo di rivestimento

I film sottili ottici sono realizzati in cavità di rivestimento ad alto vuoto. Il processo di rivestimento convenzionale richiede una temperatura del substrato più alta (di solito a circa 300 ℃ ); Tecniche più avanzate, come la IAD, possono essere eseguite a temperatura ambiente. Il processo IAD non solo produce film con proprietà fisiche migliori dei processi di rivestimento convenzionali, ma può anche essere applicato a substrati di plastica. Vacuum il sistema principale è composto da due pompe criogeniche. I moduli di controllo dell'evaporazione del fascio di elettroni, la deposizione di IAD, il controllo della luce, il controllo del riscaldatore, il controllo del vuoto e il controllo automatico del processo sono tutti sul pannello frontale del verniciatore.

Le due fonti di cannoni elettronici si trovano su entrambi i lati del substrato, circondate da un cappuccio circolare e coperte dal deflettore. La sorgente di ionizzazione si trova nel mezzo e la finestra di controllo della luce si trova di fronte alla sorgente di ionizzazione. Nella parte superiore della camera del vuoto, la camera del vuoto ha un sistema planetario con sei dispositivi circolari. L'apparecchio viene utilizzato per posizionare l'elemento ottico rivestito. L'uso di sistemi planetari è il metodo preferito per assicurare la distribuzione uniforme del materiale evaporato nell'area di fissaggio. Il morsetto ruota su un asse comune e ruota sul proprio asse. Il controllo ottico e il controllo del cristallo si trovano nel mezzo del meccanismo di azionamento planetario. L'ampia apertura sul retro conduce alla pompa ad alto vuoto collegata. Il sistema di riscaldamento di base è costituito da quattro lampade al quarzo, due su ciascun lato della camera del vuoto.

Il metodo tradizionale di deposizione di film sottile è sempre stato l'evaporazione termica o l'utilizzo di una sorgente di evaporazione per riscaldamento a resistenza o di evaporazione a fascio di elettroni. Le proprietà dei film sono principalmente determinate dall'energia degli atomi depositati e l'energia degli atomi nell'evaporazione tradizionale è solo di circa 0,1ev. La deposizione di IAD provoca la deposizione diretta di vapore ionizzato e aumenta l'energia di attivazione per il film in crescita, solitamente dell'ordine di 50eV. Le sorgenti ioniche migliorano le proprietà dell'evaporazione convenzionale del fascio di elettroni puntando il raggio dalla pistola ionica alla superficie del substrato e al film in crescita. Proprietà ottiche del film sottile, come l'indice di rifrazione, l'assorbimento e la soglia del danno laser, principalmente dipendenti dalla microstruttura della membrana. La microstruttura dei film può essere influenzata dalla pressione residua dell'aria e dalla temperatura del substrato. Se l'evaporazione degli atomi depositati ha un basso tasso di migrazione sulla superficie di base, il film conterrà micropori. Poiché il film è esposto all'aria umida, questi pori si riempiono gradualmente di umidità.

La densità di riempimento è definita come il rapporto tra il volume della porzione solida del film e il volume totale del film (inclusi vuoti e micropori). Per i film sottili ottici, la densità di riempimento è solitamente di 0,75 ~ 1,0, la maggior parte dei quali è 0,85 ~ 0,95 e raramente raggiunge 1,0. La densità di riempimento inferiore a 1 rende l'indice di rifrazione del materiale evaporato inferiore a quello del suo blocco. Nel processo di deposizione, lo spessore di ogni strato mediante monitor a cristallo ottico o al quarzo. Ognuna di queste tecnologie presenta vantaggi e svantaggi, che non sono discussi qui. Il punto comune è che quando i materiali vengono vaporizzati, vengono utilizzati nel vuoto. Pertanto, l'indice di rifrazione è l'indice di rifrazione dei materiali vaporizzati nel vuoto, piuttosto che l'indice di rifrazione dei materiali esposti all'aria umida. L'umidità assorbita dal film sostituisce i micropori e gli interstizi, con conseguente aumento dell'indice di rifrazione del film. Poiché lo spessore fisico del film rimane invariato, questo aumento dell'indice di rifrazione è accompagnato dal corrispondente aumento dello spessore ottico, che a sua volta fa sì che le caratteristiche spettrali del film si spostino verso la direzione delle onde lunghe. Al fine di ridurre la deriva spettrale causata dal volume e dalla quantità di micropori nello strato di membrana, sono stati usati ioni ad alta energia per trasferire la loro quantità di moto agli atomi del materiale di evaporazione, aumentando così notevolmente la velocità di migrazione degli atomi del materiale durante la condensazione sulla superficie di base.

L'indice di rifrazione del rivestimento

Secondo la teoria di base dell'elettromagnetismo, sono menzionate la trasmissione e la riflessione di diversi media. Se n1 incidente perpendicolare dal supporto a n2 riflettività = [(n2 - n1) / (n1 + n2) ^ 2 = 4 n1n2 tasso di penetrazione / (n1 + n2) ^ 2

Esempi: se l'indice di rifrazione dell'aria è 1,0, l'indice di rifrazione di un rivestimento (ad esempio: 1,5), indice di rifrazione del vetro nc n (ad esempio: 1,8) (1) per via aerea direttamente nella trasmittanza del vetro = 4 x 1,0 x 1,8 2 / (1 + 1,8) = 91,84% (2) per via aerea nel rivestimento e quindi nella trasmittanza del vetro = [4 x 1,0 x 1,5 / (1 + 1,5) 2] x [4 * 1,5 * 1,8 (1,5 + 1,8 ) / 2] = 95,2%

Il vetro rivestito visibile aumenta la trasmissione della luce. Oltre a questa formula, possiamo calcolare che la luce penetri su entrambi i lati della lente, constatando che anche un pezzo del bellissimo indice di rifrazione della lente (1.8), la penetrabilità di circa l'85%. Con un rivestimento (indice di rifrazione 1,5), la trasmittanza può raggiungere il 91%. L'importanza del rivestimento ottico può essere vista.

Spessore del rivestimento

Sappiamo già che la trasmittanza è correlata all'indice di rifrazione del rivestimento, ma non sappiamo del suo spessore. Tuttavia, se possiamo lavorare sullo spessore del rivestimento, troveremo la differenza tra la luce riflessa A e la luce riflessa B. Se nc x 2 d = (N + 1/2) lambda dove N = 0,1, 2,3,4,5 ... Lambda per lunghezze d'onda di luce nell'aria può far sì che la luce riflessa di specifiche lunghezze d'onda abbia un effetto distruttivo, quindi il colore della luce riflessa cambia. Ad esempio, se lo spessore del rivestimento causato dalla cancellazione della luce verde, la luce riflessa appare rossa. Molti telescopi sul mercato che sembrano lenti rosse sono realizzati usando questo principio. Anche così, la luce trasmessa non è un fenomeno rosso. In molti sistemi ottici complessi, la soppressione della riflessione è un lavoro molto importante. Pertanto, lo spessore del rivestimento diverso viene utilizzato per eliminare la luce riflessa di frequenza diversa tra un set di lenti. Quindi più avanzato è il sistema ottico, più colori saranno trovati.

Materiali di rivestimento ottico

Il comune materiale di rivestimento ottico ha i seguenti tipi:

1, fluoruro di magnesio

Caratteristiche del materiale: polvere di sistema di cristallo quadrato incolore, elevata purezza, con la sua preparazione di rivestimento ottico può migliorare la trasmittanza, nessun punto di collasso.

2, silice

Caratteristiche del materiale: cristallo incolore, trasparente, alto punto di fusione, elevata durezza, buona stabilità chimica. Con elevata purezza, con esso è stato preparato un rivestimento Si02 di alta qualità, con un buon stato di evaporazione e nessun punto di rottura. Secondo i requisiti di utilizzo sono suddivisi in luce ultravioletta, infrarossa e visibile.

3, ossido di zirconio

Caratteristiche del materiale Bianco pesante e amorfo, alto indice di rifrazione e resistenza alle alte temperature, stabilità chimica, elevata purezza, con la sua preparazione di rivestimento in zirconio di alta qualità, non il punto di collasso.