Lớp phủ quang học là gì

Lớp phủ quang học-IKS PVD

Lớp phủ quang học là một quá trình phủ trên bề mặt bộ phận quang học của lớp màng mỏng hoặc kim loại đa lớp (hoặc trung bình). Mục đích của việc phủ các bộ phận quang học là giảm hoặc tăng phản xạ ánh sáng, tách chùm tia, tách màu, lọc và phân cực. Các phương pháp sơn thường được sử dụng bao gồm lớp phủ chân không (một loại lớp phủ vật lý) và lớp phủ hóa học

Tổng quan

Lớp phủ là sử dụng phương pháp vật lý hoặc hóa học trong mạ bề mặt vật liệu trên một lớp màng điện phân trong suốt, hoặc phủ một lớp màng kim loại, mục đích là thay đổi các đặc tính truyền và phản xạ bề mặt vật liệu. Trong phạm vi của các dải có thể nhìn thấy và hồng ngoại, hầu hết các phản xạ của kim loại có thể đạt 78% ~ 98%, nhưng không cao hơn 98%. Cả hai cho laser CO2, sử dụng đồng, molypden, silicon và germanium, vv để làm cho phản xạ, germanium và gallium arsenide, kẽm selenide và phần tử quang truyền như vật liệu cửa sổ đầu ra, hoặc cho laser YAG áp dụng kính quang học thông thường làm gương, đầu ra gương và truyền vật liệu quang học nguyên tố, không thể đáp ứng các yêu cầu của hơn 99% của tổng phản ánh gương. Các ứng dụng khác nhau yêu cầu truyền khác nhau của gương đầu ra, vì vậy phương pháp phủ quang học phải được sử dụng. Đối với laser CO2 trong dải sóng hồng ngoại, vật liệu phủ thường được sử dụng với yttrium fluoride, fluoride, praseodymium, germanium, vv; Đối với dải hồng ngoại gần hoặc dải có thể nhìn thấy của đèn laser YAG, vật liệu phủ phổ biến bao gồm kẽm sunfua, magiê florua, titanium dioxide, zirconia, vv Ngoài phim phản xạ và mờ, phim đặc biệt có thể được mạ để phản xạ một bước sóng và truyền bước sóng khác, chẳng hạn như phim quang phổ trong công nghệ nhân đôi tần số laser.

Nguyên lý cơ bản của lớp phủ quang học

Nhiễu quang học được sử dụng rộng rãi trong quang học màng mỏng. Phương pháp phổ biến của công nghệ màng mỏng quang học là áp dụng màng mỏng trên bề mặt thủy tinh bằng phương pháp phún xạ chân không, được sử dụng để điều khiển phản xạ và truyền của tấm đế tới chùm tia tới để đáp ứng các nhu cầu khác nhau. Để loại bỏ sự mất phản xạ trên bề mặt quang học và cải thiện chất lượng hình ảnh, một lớp hoặc màng điện môi trong suốt nhiều lớp được phủ lên. Với sự phát triển của công nghệ laser, có những yêu cầu khác nhau về tính phản xạ và độ truyền của lớp màng, điều này thúc đẩy sự phát triển của phim phản chiếu cao nhiều lớp và phim thấm băng thông rộng. Đối với các ứng dụng khác nhau, chúng tôi sử dụng bộ phim phản chiếu cao để sản xuất phim phản chiếu phân cực, máy quang phổ màu, bộ phim lạnh và bộ lọc nhiễu ... Các bộ phận quang học sau lớp phủ bề mặt, trên các lớp màng phản xạ và truyền ánh sáng, sự hình thành nhiễu đa chùm và có thể thu được chỉ số khúc xạ phim và độ dày của phân bố cường độ khác nhau, đây là nguyên tắc cơ bản của nhiễu trong lớp phủ.

Quá trình sơn

Màng mỏng quang học được thực hiện trong các lớp phủ chân không cao. Quy trình sơn thông thường đòi hỏi nhiệt độ bề mặt cao hơn (thường ở khoảng 300 ℃ ); Các kỹ thuật nâng cao hơn, như IAD, có thể được thực hiện ở nhiệt độ phòng. Quá trình IAD không chỉ sản xuất phim có tính chất vật lý tốt hơn các quy trình sơn thông thường, mà còn có thể được áp dụng cho các chất dẻo. Hút chân không hệ thống chính bao gồm hai máy bơm đông lạnh. Các mô-đun điều khiển của sự bay hơi chùm electron, sự lắng đọng IAD, điều khiển ánh sáng, điều khiển nóng, điều khiển chân không và điều khiển quá trình tự động đều nằm ở mặt trước của thiết bị.

Hai nguồn súng điện tử được đặt ở cả hai mặt của đế, được bao quanh bởi một mui xe hình tròn và được bao phủ bởi vách ngăn. Nguồn ion ở giữa, và cửa sổ điều khiển ánh sáng ở phía trước nguồn ion. Ở trên cùng của buồng chân không, buồng chân không có một hệ thống hành tinh với sáu đồ đạc hình tròn. Các vật cố định được sử dụng để đặt các phần tử quang tráng. Việc sử dụng các hệ thống hành tinh là phương pháp ưu tiên để đảm bảo sự phân bố đều của vật liệu bay hơi trong khu vực cố định. Kẹp quay trên trục chung và xoay trên trục riêng của nó. Điều khiển quang học và điều khiển tinh thể nằm ở giữa cơ chế truyền động của hành tinh. Việc mở lớn ở mặt sau dẫn đến bơm chân không cao kèm theo. Hệ thống sưởi ấm cơ bản bao gồm bốn đèn thạch anh, hai ở mỗi bên của buồng chân không.

Phương pháp lắng đọng màng mỏng truyền thống luôn luôn là sự bay hơi nhiệt hoặc sử dụng nguồn bốc hơi bằng điện trở hoặc nguồn bốc hơi chùm tia điện tử. Các tính chất của màng được xác định chủ yếu bởi năng lượng của các nguyên tử lắng đọng, và năng lượng của các nguyên tử trong sự bay hơi truyền thống chỉ khoảng 0.1ev. Sự lắng đọng IAD dẫn đến lắng đọng trực tiếp hơi nước bị ion hóa và làm tăng năng lượng kích hoạt cho màng phát triển, thường là theo thứ tự 50eV. Các nguồn ion cải thiện các đặc tính của sự bay hơi chùm tia điện tử thông thường bằng cách chỉ chùm tia từ ion vào bề mặt chất nền và màng phát triển. Các tính chất quang học của màng mỏng, chẳng hạn như chỉ số khúc xạ, hấp thụ và ngưỡng sát thương laser, chủ yếu phụ thuộc vào cấu trúc vi mô của màng tế bào. Vi cấu trúc của màng có thể bị ảnh hưởng bởi áp suất không khí dư và nhiệt độ bề mặt. Nếu các nguyên tử bốc hơi bay hơi có tỷ lệ di chuyển thấp trên bề mặt cơ sở, thì phim sẽ chứa các vi hạt. Khi màng tiếp xúc với không khí ẩm, các lỗ chân lông này dần dần chứa đầy hơi ẩm.

Mật độ điền được định nghĩa là tỷ số giữa thể tích phần rắn của phim với tổng thể tích của phim (bao gồm khoảng trống và micropores). Đối với màng mỏng quang học, mật độ lấp đầy thường là 0,75 ~ 1,0, hầu hết trong số đó là 0,85 ~ 0,95 và hiếm khi đạt tới 1,0. Mật độ điền nhỏ hơn l làm cho chỉ số khúc xạ của vật liệu bay hơi thấp hơn so với khối của nó. Trong quá trình lắng đọng, độ dày của mỗi lớp bằng màn hình tinh thể thạch anh hoặc quang học. Mỗi công nghệ này đều có ưu điểm và nhược điểm, không được thảo luận ở đây. Điểm chung là khi các vật liệu được bốc hơi, chúng được sử dụng trong chân không. Do đó, chiết suất là chiết suất của vật liệu bay hơi trong chân không, thay vì chiết suất của vật liệu tiếp xúc với không khí ẩm. Độ ẩm được hấp thụ bởi màng thay thế các micropores và interstices, làm tăng chỉ số khúc xạ của màng. Khi độ dày vật lý của màng vẫn không đổi, sự gia tăng chỉ số khúc xạ này đi kèm với sự gia tăng tương ứng về độ dày quang học, do đó làm cho các đặc tính phổ của bộ phim trôi dạt theo hướng sóng dài. Để giảm trôi phổ do khối lượng và số lượng micropore trong lớp màng, các ion năng lượng cao được sử dụng để chuyển động của chúng tới các nguyên tử của vật liệu bay hơi, do đó làm tăng đáng kể tốc độ di chuyển của các nguyên tử của vật liệu trong quá trình ngưng tụ ở bề mặt cơ sở.

Chỉ số khúc xạ của lớp phủ

Theo lý thuyết cơ bản về điện từ, truyền tải và phản ánh các phương tiện khác nhau được đề cập. Nếu sự cố vuông góc n1 của phương tiện với n2 phản xạ = [(n2 - n1) / (n1 + n2) ^ 2 = 4 n1n2 tỷ lệ thâm nhập / (n1 + n2) ^ 2

Ví dụ: nếu chỉ số khúc xạ của không khí là 1,0, chiết suất của lớp phủ (ví dụ: 1.5), chỉ số khúc xạ nc n (ví dụ: 1.8) (1) bằng không khí trực tiếp vào kính truyền = 4 x 1.0 x 1.8 2 / (1 + 1.8) = 91.84% (2) bằng không khí vào lớp phủ và sau đó vào kính truyền = [4 x 1.0 x 1.5 / (1 + 1.5) 2] x [4 * 1.5 * 1.8 (1.5 + 1.8 ) / 2] = 95,2%

Kính có thể nhìn thấy được sẽ làm tăng độ truyền ánh sáng. Ngoài công thức này, chúng ta có thể tính toán ánh sáng xuyên qua cả hai mặt của thấu kính, thấy rằng ngay cả một phần của chỉ số khúc xạ ống kính đẹp (1.8), mức thâm nhập khoảng 85%. Với một lớp phủ (chiết suất 1,5), độ truyền có thể đạt tới 91%. Tầm quan trọng của lớp phủ quang học có thể được nhìn thấy.

Độ dày lớp phủ

Chúng ta đã biết rằng sự truyền qua có liên quan đến chiết suất của lớp phủ, nhưng chúng ta không biết về độ dày của nó. Tuy nhiên, nếu chúng ta có thể làm việc trên độ dày của lớp phủ, chúng ta sẽ tìm thấy sự khác biệt giữa ánh sáng phản xạ A và ánh sáng phản xạ B. Nếu nc x 2 d = (N + 1/2) lambda trong đó N = 0,1, 2,3,4,5 ... Lambda cho bước sóng ánh sáng trong không khí có thể làm cho ánh sáng phản xạ của các bước sóng cụ thể có hiệu ứng phá hoại, do đó màu sắc của ánh sáng phản xạ thay đổi. Ví dụ, nếu độ dày của lớp phủ gây ra bởi việc hủy bỏ ánh sáng xanh, ánh sáng phản xạ sẽ xuất hiện màu đỏ. Nhiều kính thiên văn trên thị trường trông giống như ống kính đỏ được thực hiện bằng nguyên tắc này. Mặc dù vậy, ánh sáng truyền không có hiện tượng đỏ nghiêng. Trong nhiều hệ thống quang học phức tạp, sự ức chế phản xạ là một công việc rất quan trọng. Do đó, độ dày lớp phủ khác nhau được sử dụng để loại bỏ ánh sáng phản xạ của tần số khác nhau giữa một bộ ống kính. Vì vậy, hệ thống quang học tiên tiến hơn, càng có nhiều màu sắc sẽ được tìm thấy.

Vật liệu phủ quang học

Vật liệu phủ quang phổ biến có các loại sau:

1, magiê florua

Đặc điểm vật liệu: không màu vuông tinh thể hệ thống bột, độ tinh khiết cao, với việc chuẩn bị của lớp phủ quang học có thể cải thiện truyền, không có điểm sụp đổ.

2, silica

Đặc tính vật liệu: không màu, tinh thể trong suốt, điểm nóng chảy cao, độ cứng cao, ổn định hóa học tốt. Với độ tinh khiết cao, lớp phủ Si02 chất lượng cao đã được chuẩn bị với nó, với trạng thái bay hơi tốt và không có điểm bùng nổ. Theo yêu cầu sử dụng được chia thành tia cực tím, hồng ngoại và ánh sáng khả kiến.

3, zirconi oxit

Đặc tính vật liệu Trắng nặng và vô định hình, chiết suất cao và chịu nhiệt độ cao, ổn định hóa học, độ tinh khiết cao, với việc chuẩn bị lớp phủ zirconia với chất lượng cao, không phải là điểm sụp đổ.