Charakteristický princip a klasifikace optických tenkých filmů

S rozvojem vědy a techniky a ekonomickou globalizací vstoupily dnešní lidské společnosti do znalostní ekonomiky a informační společnosti. A s rozvojem „Vyrobeno v Číně“ je optická výroba ve vzestupu v pevninské Číně a její vývoj je velmi rychlý. Čínská optická výroba začala hrát důležitou roli na mezinárodní ekonomické scéně a produkce optického skla a optických částí v Číně je téměř na prvním místě. Optická fólie je jedna nebo více vrstev filmu nanesených na povrch optických částí změnou povrchových charakteristik optických částí. Může to být kovový film, dielektrický film nebo kombinace těchto dvou druhů filmů. Optický tenký film je nepostradatelnou součástí všech druhů pokročilých fotoelektrických technologií. Může nejen zlepšit výkon systému, ale je také nezbytným prostředkem pro splnění cíle návrhu, oblasti použití optického tenkého filmu a všech aspektů optického systému, včetně laserového systému, optické komunikace, optického displeje, optického úložiště atd., Mezi hlavní optická zařízení s tenkým filmem patří reflexní film, antireflexní film, polarizační film, interferenční filtr a spektroskop atd. Byly široce používány v národní ekonomice a ve výstavbě národní obrany a získaly zvýšenou pozornost vědeckých a technických pracovníků.
V současné době existuje více než 60 druhů běžných druhů optických povlakových materiálů a jejich odrůdy a aplikační funkce se stále vyvíjejí. V posledních letech se vyvinul v systém kovových fólií, kdy tloušťka zlata, stříbra, mědi a hliníku je 7 ~ Při 20um je propustnost pro viditelné světlo 50%, zatímco infračervené světlo je menší než 10%. Tento druh tenkého filmu byl úspěšně aplikován na panel kosmické lodi Apollo k přenosu části viditelného světla a téměř veškeré infračervené světlo se odráží pro regulaci teploty. Následující článek hlavně uvádí charakteristický princip a klasifikaci optických tenkých filmů.
I. Definice optického filmu
Optický film je druh materiálu optického média, který je složen z tenkého vrstveného média a šíří světelný paprsek přes rozhraní. Aplikace optického filmu začala ve 30. letech 20. století. Optický film se široce používá v oblasti optiky a fotoelektronické technologie, při výrobě různých optických přístrojů. Přípravný proužek vyžaduje vysoké a jemné díly.
Definice optické fólie je: tenká a dokonce dielektrická vrstva filmu připojená k povrchu optického zařízení v procesu šíření světla, odraz, pronikání (skládání) při průchodu vrstvenou vrstvou dielektrického filmu), například emise a polarizaci, aby se dosáhlo zvláštních forem světla, které chceme v jednom nebo více vlnových pásmech, jako je například veškeré světlo procházející nebo veškeré odrazy světla nebo polarizační separace.
Optická fólie je všude v našem životě, od přesných a optických zařízení, zobrazovacích zařízení až po aplikaci optických filmů v každodenním životě; Například, brýle, digitální fotoaparáty, všechny druhy domácích spotřebičů nosí běžně nebo technologie proti padělání na bankovkách lze nazvat rozšířením aplikace technologie optických filmů. Bez technologie optického tenkého filmu jako základu vývoje nebude moderní fotoelektrická, komunikační nebo laserová technologie pokročit, což také ukazuje význam výzkumu a vývoje technologie optického tenkého filmu.
Optický film se týká povlaku nebo povlaku jedné nebo více vrstev dielektrického filmu nebo kovového filmu nebo kombinace těchto dvou druhů filmů na optických prvcích nebo nezávislých substrátech za účelem změny přenosových charakteristik světelných vln, včetně přenosu, odrazu, absorpce , rozptyl, polarizace a fázová změna světla. Proto může být vhodnou konstrukcí upravena permeabilita a odrazivost povrchu prvků v různých vlnových pásmech a světlo v různých polarizačních rovinách může mít také různé charakteristiky.
Obecně se produkční režimy optických tenkých filmů dělí hlavně na suchý a mokrý proces. Takzvaný suchý typ znamená, že se v celém procesu zpracování neobjeví žádná kapalina. Například vakuové odpařování má zahřívat pevné suroviny elektrickou energií ve vakuovém prostředí, po sublimaci na plyn je připojeno k povrchu pevného základního materiálu pro dokončení procesu potahování. Zlatý, stříbrný nebo kovový balicí film pro dekoraci viditelný v každodenním životě je produkt vyrobený suchým lakováním. S ohledem na skutečnou hromadnou výrobu je však rozsah použití suchého lakování menší než rozsah mokrého lakování. Obecným způsobem mokrého potahování je smíchání složek s různými funkcemi do tekutého potahování a jejich aplikace na základní materiál při různých způsobech zpracování, potom suchý a ztuhlý tekutý potah za vytvoření produktu.
II. Princip rušení tenkých vrstev
1. Kolísání světla
V 1860s, americký fyzik Maxwell vyvinul elektromagnetickou teorii, poukazovat na to světlo je druh elektromagnetické vlny, který dělá vlnovou teorii se vyvíjet k dokonalé úrovni.
Podle Bo Li duality světla je světlo stejné jako radiové vlny, rentgenové paprsky? Paprsky jsou elektromagnetické vlny, ale jejich frekvence se liší. Vztah mezi vlnovou délkou λ, frekvencí u a rychlostí šíření V elektromagnetické vlny je následující:
V = λ u
Protože rychlost šíření elektromagnetických vln různých frekvencí ve vakuu je v Německu stejná, vlnová délka elektromagnetických vln s různými frekvencemi je také odlišná. Vlnová délka s vysokou frekvencí je krátká, zatímco vlnová délka s nízkou frekvencí je dlouhá. Pro usnadnění srovnání podle rádiové vlny, infračerveného paprsku, viditelného světla, ultrafialového paprsku, rentgenového záření a? Vlnová délka (nebo frekvence) paprsků atd. Je uspořádá do spektra v sekvenci, která se nazývá elektromagnetické spektrum.
V elektromagnetickém spektru mají rádiové vlny nejdelší vlnovou délku, kterou lze rozdělit na dlouhé vlny, střední vlny, krátké vlny, ultrakrátké vlny, mikrovlnné trouby atd. Druhým je infračervený paprsek, viditelný paprsek a ultrafialový paprsek, které se společně nazývají světelné záření. Ze všech elektromagnetických vln mohou lidské oči vidět pouze viditelné světlo. Vlnová délka viditelného světla je asi 0,76 mikronů až 0,40 mikronů, což představuje pouze malou část elektromagnetického spektra. Druhým je rentgen. Elektromagnetická vlna s nejkratší vlnovou délkou je y Ray.
Protože světlo je druh elektromagnetické vlny, mělo by ukazovat své vlastnosti v procesu šíření-interference, difrakce, polarizace a dalších jevů.
2. Tenké filmové interference
Fólie může být průhledná pevná látka, kapalina nebo tenká vrstva plynu sevřená dvěma kousky skla. První paprsek světla se odráží od horního povrchu fólie, lomené světlo se odráží od spodního povrchu filmu a druhý paprsek se odráží od horního povrchu. Oba paprsky jsou na stejné straně filmu, oddělené od stejných dopadajících vibrací, je koherentním světlem a patří k rušení amplitudy. Pokud je světelný zdroj rozšířeným světelným zdrojem (povrchovým světelným zdrojem), může být interference pozorována pouze ve specifické překrývající se oblasti dvoufázových suchých paprsků, takže patří k lokalizovanému rušení. U rovinných filmů, jejichž dva povrchy jsou vzájemně rovnoběžné, je interferenční okraj umístěn v nekonečnu, což je obvykle pozorováno v ohniskové rovině obrazu pomocí konvergentní čočky; pro klínovité filmy je lokalizace interferenčních okrajů blízko filmu.
Experimenty i teorie prokázaly, že interferenční pruhy mohou být generovány pouze tehdy, když mají dva sloupce světelných vln určitý vztah. Tyto vztahy se nazývají souvislé podmínky. Suché podmínky tenkého filmu zahrnují tři body: frekvence obou světelných vln je stejná; směr vibrací obou světelných vln je stejný; fázový rozdíl mezi oběma světelnými vlnami zůstává konstantní.
Vzorec rozdílu optické dráhy dvoufázového suchého světla narušeného tenkým filmem je:
5 = ntcos (a) ± A / 2
Ve vzorci n je index lomu filmu; t je tloušťka filmu v místě dopadu; a je úhel lomu ve filmu; A / 2 je to proto, že dva paprsky koherentního světla jsou na dvou rozhraních s různými vlastnostmi (jeden je médium s optickou hustotou na médium s optickou hustotou, druhý je médium s optickou hustotou na médium s optickou hustotou) další rozdíl optické dráhy způsobený horním odrazem. Princip rušení tenkého filmu se široce používá při kontrole optického povrchu, přesném měření malého úhlu nebo linearity, přípravě antireflexního filmu a interferenčního filtru atd.
Světlo je vyzařováno změnou stavu pohybu původního atomu nebo molekuly ve světelném zdroji. Světelná vlna emitovaná každým atomem nebo molekulou je pouze krátkým sloupcem, doba trvání je asi 1 miliarda sekund. Pro dva nezávislé světelné zdroje není snadné splnit tři podmínky rušení, jako je stejná fáze nebo konstantní fázový rozdíl na zvláštních trzích, proto dva nezávislé obecné světelné zdroje nemohou tvořit koherentní světelný zdroj. Navíc ani světlo emitované různými částmi stejného zdroje světla nebude rušit obecně, protože jsou emitovány různými atomy nebo molekulami.
3. Charakteristická klasifikace optického filmu
Mezi hlavní optická zařízení s tenkým filmem patří reflexní film, antireflexní film, polarizační film, interferenční filtr, spektroskop atd., Které jsou široce používány v národní ekonomice a ve stavbě národní obrany, získává stále větší pozornost vědeckých a technických pracovníků. Například použití antireflexního filmu může snížit ztrátu světelného toku u složitých optických čoček desetkrát; použití zrcadla s vysokým odrazem filmu může zdvojnásobit výstupní výkon laseru; použití optického tenkého filmu může zlepšit účinnost a stabilitu silikonové baterie.
Nejjednodušší model optické fólie je stejnoměrná dielektrická vrstva filmu s hladkým povrchem a izotropním povrchem. V tomto případě lze optické vlastnosti optických tenkých filmů studovat pomocí interferenční teorie světla. Když na optický film dopadne rovinná vlna monochromatického světla, bude na svých dvou površích několikrát odražena a lomena. Směry odraženého světla a lomu světla jsou dány zákonem odrazu a lomu, amplituda odraženého světla je určena Fresnelovým vzorcem.
Optické filmy lze rozdělit: reflexní film, antireflexní film / antireflexní film, filtr, polarizátor / polarizační film, kompenzační film / deska s fázovým rozdílem, vyrovnávací film, difúzní film / film, rozjasňující film / prizmatická čočka / kondenzátor, stínovací film / černý a bílé lepidlo atd. Související deriváty zahrnují optický ochranný film, okenní film atd.
Charakteristiky optické fólie jsou: povrch je hladký a rozhraní mezi vrstvami filmu představuje geometrickou segmentaci; index lomu vrstvy filmu může skočit na rozhraní, ale ve vrstvě filmu je spojitý; může to být průhledné médium, může to být také absorpční médium; může to být normální uniforma nebo normální nerovnost. Aplikovaný film je mnohem komplikovanější než ideální film. Důvodem je, že: během přípravy se optické a fyzikální vlastnosti filmu odchylují od sypkého materiálu a povrch a rozhraní jsou drsné, což vede k difúznímu odrazu světelného paprsku; vzájemná penetrace mezi vrstvami filmu tvoří difúzní rozhraní; v důsledku růstu, struktury, stresu a dalších důvodů vrstvy filmu se vytvářejí všechny druhy heterogenity filmu; filmová vrstva má složitý časový efekt.
Reflexní fólie může být obecně rozdělena do dvou typů, jeden je kovový reflexní a druhý je celo dielektrický. Kromě toho existuje kovový dielektrický reflexní film kombinující tyto dva, jehož funkcí je zvýšit odrazivost optického povrchu.
Obecně platí, že kovy mají relativně velký extinkční koeficient. Když světelný paprsek dopadá na kovový povrch ze vzduchu, amplituda světla vstupujícího do kovu se rychle rozpadá, což způsobuje, že světelná energie vstupující do kovu se odpovídajícím způsobem snižuje, zatímco se energie odraženého světla zvyšuje. Čím vyšší je extinkční koeficient, tím rychlejší je amplituda světla. Čím méně energie světla vstupuje do kovu, tím vyšší je odrazivost. Jako materiály s kovovým filmem si lidé vždy vybírají kovy s velkým extinkčním koeficientem a stabilními optickými vlastnostmi. Kovový tenký materiál běžně používaný v ultrafialové oblasti je hliník, hliník a stříbro se běžně používají ve viditelné oblasti a zlato, stříbro a měď se běžně používají v infračervené oblasti. Kromě toho se pro některé speciální filmy často používají jako materiály membrány také chrom a platina. Protože hliník, stříbro, měď a další materiály se snadno oxidují ve vzduchu a snižují jejich výkon, musí být chráněny elektrickou dielektrickou membránou. Mezi běžně používané ochranné filmové materiály patří oxid křemičitý, fluorid hořečnatý, oxid křemičitý, oxid hlinitý atd.
Výhodou kovového reflexního filmu je to, že proces přípravy je jednoduchý a pracovní rozsah vlnových délek je široký; Nevýhodou je, že ztráta světla je velká a odrazivost nemůže být velmi vysoká. Za účelem dalšího zlepšení odrazivosti kovové reflexní fólie může být na vnější stranu fólie naneseno několik vrstev dielektrické vrstvy s určitou tloušťkou, aby se vytvořil kovový dielektrický odrazový film. Je třeba zdůraznit, že kovový dielektrický film zvyšuje odrazivost určité vlnové délky (nebo určité vlnové oblasti), ale ničí charakteristiku neutrálního odrazu kovového filmu.