Karakteristisk princip og klassificering af optiske tynde film

Med udviklingen af videnskab og teknologi og økonomisk globalisering er nutidens mennesker kommet ind i vidensøkonomisamfundet og informationssamfundet. Og med udviklingen af "Made in China" foregår den optiske fremstilling i det kinesiske fastlandsland, og dens udvikling er ekstremt hurtig. Kinas optiske fremstilling er begyndt at spille en vigtig rolle på den internationale økonomiske arena, og produktionen af optisk glas og optiske dele i Kina er næsten placeret først. Optisk film er et eller flere lag filmbelagt på overfladen af optiske dele ved at ændre overfladekarakteristika for optiske dele. Det kan være metalfilm, dielektrisk film eller en kombination af disse to slags film. Optisk tynd film er en uundværlig del af alle former for avanceret fotoelektrisk teknologi. Det kan ikke kun forbedre systemets ydelse, men er også et nødvendigt middel til at opfylde designmålet, anvendelsesområdet for optisk tynd film og alle aspekter af det optiske system, herunder lasersystem, optisk kommunikation, optisk skærm, optisk opbevaring osv., de vigtigste optiske tynde filmanordninger inkluderer reflekterende film, antireflektionsfilm, polarisationsfilm, interferensfilter og spektroskop osv. De er blevet brugt i vid udstrækning inden for nationaløkonomi og nationalt forsvarskonstruktion og fået stigende opmærksomhed fra videnskabelige og tekniske medarbejdere.
På nuværende tidspunkt er der mere end 60 slags almindelige sorter af optiske belægningsmaterialer, og deres sorter og anvendelsesfunktioner er stadig under udvikling. I de senere år har det udviklet sig til metalfilmsystem, når tykkelsen på guld, sølv, kobber og aluminium er 7 ~ Ved 20um er dens transmission til synligt lys 50%, mens infrarødt lys er mindre end 10%. Denne form for tynd film er med succes anvendt på panelet i Apollo-rumfartøjet for at transmittere en del af synligt lys, og næsten alt infrarødt lys reflekteres til termisk kontrol. Den følgende artikel introducerer hovedsageligt det karakteristiske princip og klassificering af optiske tynde film.
I. Definition af optisk film
Optisk film er en slags optisk medium materiale, der er sammensat af tyndt lagdelt medium og udbreder lysstråle gennem grænseflade. Anvendelsen af optisk film begyndte i 1930'erne S. Optisk film er blevet vidt brugt inden for optik og fotoelektronsteknologi, der fremstiller forskellige optiske instrumenter. Forberedelsesstrimlen kræver høje og fine dele.
Definitionen af optisk film er: det tynde og jævne dielektriske filmlag, der er fastgjort til overfladen af den optiske enhed i processen med lysforplantningsvej, reflektion, penetrering (foldning), når man passerer gennem det lagdelte dielektriske filmlag) egenskaber såsom emission og polarisering for at opnå de specielle lysformer, som vi ønsker i et eller flere bølgebånd, såsom alt lys, der passerer eller al lysreflektion eller polarisationsseparation.
Optisk film findes overalt i vores liv, fra præcision og optisk udstyr, displayudstyr til anvendelse af optisk film i dagligdagen; for eksempel briller, digitale kameraer, alle slags husholdningsapparater, der bæres på almindelige tidspunkter, eller antiforfalskningsteknologien på pengesedler kan kaldes udvidelsen af anvendelsen af optisk filmteknologi. Uden optisk tynd filmteknologi som grundlag for udvikling, vil moderne fotoelektrisk, kommunikation eller laserteknologi ikke gøre fremskridt, hvilket også viser betydningen af forskning og udvikling af optisk tynd filmteknologi.
Optisk film henviser til belægning eller belægning af et eller flere lag dielektrisk film eller metalfilm eller kombinationen af disse to slags film på optiske elementer eller uafhængige underlag for at ændre transmissionsegenskaber for lysbølger, herunder transmission, reflektion, absorption , spredning, polarisering og faseændring af lys. Derfor kan permeabiliteten og reflektiviteten af overfladen af elementer i forskellige bølgebånd justeres gennem korrekt design, og lyset i forskellige polarisationsplaner kan også have forskellige karakteristika.
Generelt er produktionsmåderne for optiske tynde film hovedsageligt opdelt i tør proces og våd proces. Den såkaldte tørtype betyder, at der ikke forekommer nogen væske i hele processen. F.eks. Er vakuumfordampning at opvarme faste råmaterialer med elektrisk energi i et vakuummiljø, efter sublimering til gas fastgøres det til overfladen af et fast basismateriale for at afslutte belægningsprocessen. Den guld-, sølv- eller metalliske emballagefilm til dekoration, der ses i hverdagen, er et produkt fremstillet ved tør belægning. I betragtning af den faktiske masseproduktion er anvendelsesområdet for tør belægning imidlertid mindre end for vådcoating. Den generelle metode til vådcoating er at blande komponenter med forskellige funktioner i flydende belægning og anvende dem på basismaterialet i forskellige behandlingsmetoder, derefter tørre og størkne væskeovertrækket for at fremstille produktet.
II. Princippet om tynd filminterferens
1. Fluktuationen af lys
I 1860'erne udviklede den amerikanske fysiker Maxwell den elektromagnetiske teori og påpegede, at lys er en slags elektromagnetisk bølge, der får bølgeteorien til at udvikle sig til et perfekt niveau.
I henhold til Bo Li-dualiteten af lys er lys det samme som radiobølger, røntgenstråler ,? Stråler er elektromagnetiske bølger, men deres frekvenser er forskellige. Forholdet mellem bølgelængde λ, frekvens u og forplantningshastighed V for den elektromagnetiske bølge er som følger:
V = λ u
Da udbredelseshastigheden for elektromagnetiske bølger af forskellige frekvenser i vakuum er lig i Tyskland, er bølgelængden af elektromagnetiske bølger med forskellige frekvenser også forskellig. Bølgelængden med høj frekvens er kort, mens bølgelængden med lav frekvens er lang. For nemheds skyld at sammenligne, ifølge radiobølge, infrarød stråle, synligt lys, ultraviolet stråle, røntgenstråle og? Strålernes bølgelængde (eller frekvens) osv. Arrangerer dem i et spektrum i rækkefølge, der kaldes elektromagnetisk spektrum.
I det elektromagnetiske spektrum har radiobølger den længste bølgelængde, som kan opdeles i langbølge, mellembølge, kortbølge, ultrashortbølge, mikrobølgeovn og så videre. Den anden er infrarød stråle, synlig stråle og ultraviolet stråle, der samlet kaldes lysstråling. Blandt alle elektromagnetiske bølger kan kun synligt lys ses af menneskelige øjne. Bølgelængden for synligt lys er omkring 0,76 mikrometer til 0,40 mikron, hvilket kun tegner sig for en lille del af det elektromagnetiske spektrum. Det andet er røntgenbillede. Den elektromagnetiske bølge med den korteste bølgelængde er y Ray.
Da lys er en slags elektromagnetisk bølge, skal det vise dets karakteristika i processen med forplantnings-interferens, diffraktion, polarisering og andre fænomener.
2. Tynd filminterferens
Filmen kan være et gennemsigtigt fast stof, flydende eller et tyndt lag gas fastklemt af to glasstykker. Den første lysstråle reflekteres af den øverste overflade af filmen, det brydede lys reflekteres af den nedre overflade af filmen, og den anden stråle reflekteres af den øvre overflade. De to bjælker er på den samme side af filmen, adskilt fra den samme tilfældige vibration, det er sammenhængende lys og hører til amplitude-interferens. Hvis lyskilden er en udvidet lyskilde (overfladelysskilde), kan interferens kun observeres i det specifikke overlappende område af to-fase tørbjælker, så det hører til lokal interferens. For de plane film, hvis to overflader er parallelle med hinanden, er interferensfronten placeret i det uendelige, som normalt observeres i billedets fokale plan ved hjælp af en konvergent linse; For kileformede film er interferensformeringens lokalisering nær filmen.
Både eksperimenter og teorier har vist, at kun når to søjler med lysbølger har et bestemt forhold, kan der genereres interferensstriber. Disse forhold kaldes sammenhængende betingelser. De tørre forhold i den tynde film inkluderer tre punkter: hyppigheden af de to lysbølger er den samme; vibrationsretningen for de to lysbølger er den samme; faseforskellen mellem de to lysbølger forbliver konstant.
Den optiske vejforskelformel for to-fase tørt lys, der forstyrres af den tynde film, er:
5 = ntcos (a) ± λ / 2
I formlen er n brydningsindekset for filmen; t er filmens tykkelse på hændelsesstedet; a er brydningsvinklen i filmen; λ / 2 skyldes, at to stråler af sammenhængende lys er i to grænseflader med forskellige egenskaber (den ene er medium for optisk densitet til optisk densitet, den anden er optisk densitetsmedium til optisk densitetsmedium) yderligere optisk stedsforskel forårsaget af øvre reflektion. Princippet om tyndfilmsinterferens er vidt brugt til inspektion af optisk overflade, præcis måling af lille vinkel eller linearitet, klargøring af antireflektionsfilm og interferensfilter osv.
Lyset udstråles af ændringen i bevægelsestilstanden for det originale atom eller molekyle i lyskilden. Lysbølgen, der udsendes af hvert atom eller molekyle, er kun en kort søjle, varigheden er ca. 1 milliard sekunder. For to uafhængige lyskilder er det ikke let at opfylde de tre betingelser for interferens, såsom den samme fase eller konstant faseforskel på specielle markeder, derfor kan to uafhængige generelle lyskilder ikke danne en sammenhængende lyskilde. Endvidere vil selv lyset, der udsendes af forskellige dele af den samme lyskilde, ikke forstyrre generelt, fordi de udsendes af forskellige atomer eller molekyler.
3. Karakteristisk klassificering af optisk film
De vigtigste optiske tynde filmindretninger inkluderer reflekterende film, antireflektionsfilm, polarisationsfilm, interferensfilter, spektroskop og så videre, som er vidt brugt i national økonomi og nationalt forsvar konstruktion, har det fået stigende opmærksomhed fra videnskabelige og tekniske medarbejdere. F.eks. Kan brugen af antireflektionsfilm reducere lysstrømstabet af kompleks optisk linse med ti gange; brugen af spejl med højt reflektionsfilm kan fordoble laserens udgangseffekt; Brug af optisk tynd film kan forbedre effektiviteten og stabiliteten af siliciumbatteri.
Den enkleste model for optisk film er et ensartet dielektrisk filmlag med glat overflade og isotrop overflade. I dette tilfælde kan de optiske egenskaber ved optiske tynde film undersøges ved interferenssteori for lys. Når en plan bølge af monokromatisk lys er indfaldet på den optiske film, vil den blive reflekteret og brydet flere gange på dens to overflader. Retningerne for reflekteret lys og brydet lys er givet ved loven om reflektion og brydning, amplituden af det reflekterede lys bestemmes af Fresnel-formlen.
Optiske film kan opdeles: reflekterende film, antireflektionsfilm / antireflektionsfilm, filter, polarisator / polarisatorfilm, kompensationsfilm / faseforskel, pladefilm, diffusionsfilm / film, lysende film / prismatisk linse / kondensator, skyggefilm / sort og hvidt lim osv. Relaterede afledte produkter inkluderer optisk beskyttelsesfilm, vinduesfilm osv.
Egenskaberne ved den optiske film er: overfladen er glat, og grænsefladen mellem filmlagene giver geometrisk segmentering; brydningsindekset for filmlaget kan hoppe på grænsefladen, men det er kontinuerligt i filmlaget; det kan være gennemsigtigt medium, det kan også være et absorptionsmedium; det kan være normal ensartet eller normalt ujævnt. Den anvendte film er meget mere kompliceret end den ideelle film. Dette skyldes: under fremstillingen afviger filmens optiske og fysiske egenskaber fra bulkmaterialet, og overfladen og grænsefladen er ru, hvilket fører til den diffuse reflektion af lysstrålen; den gensidige penetration mellem filmlagene danner diffusionsgrænsefladen; på grund af væksten, strukturen, stress og andre årsager til filmlaget dannes alle former for heterogenitet af filmen; filmlaget har en kompleks tidseffekt.
Refleksfilm kan generelt opdeles i to typer, den ene er metalreflekterende film og den anden er al-dielektrisk reflekterende film. Derudover er der en metal dielektrisk reflekterende film, der kombinerer de to, hvis funktion er at øge reflektiviteten af den optiske overflade.
Generelt har metaller relativt stor udryddelseskoefficient. Når lysstrålen er indfaldet på metaloverfladen fra luft, falder amplituden af det lys, der kommer ind i metallet, hurtigt, hvilket får lysenergien, der kommer ind i metallet, ned tilsvarende, mens den reflekterede lysenergi øges. Jo højere udryddelseskoefficienten er, jo hurtigere henfalder lysamplitude. Jo mindre lysenergi kommer ind i metallet, jo højere er refleksionsevnen. Folk vælger altid metaller med stor udryddelseskoefficient og stabile optiske egenskaber som metalfilmmaterialer. Det metal tynde materiale, der almindeligvis bruges i det ultraviolette område, er aluminium, aluminiumet og sølvet bruges ofte i det synlige område, og guld, sølv og kobber bruges almindeligvis i det infrarøde område. Derudover bruges chrom og platin også ofte som membranmaterialer til nogle specielle film. Da aluminium, sølv, kobber og andre materialer er lette at oxidere i luften og reducere deres ydeevne, skal de beskyttes af elektrisk dielektrisk membran. Almindeligt anvendte beskyttende filmmaterialer inkluderer siliciumoxid, magnesiumfluorid, siliciumdioxid, aluminiumoxid osv.
Fordelen ved den metalreflekterende film er, at forberedelsesprocessen er enkel, og arbejdsbølgelængdeområdet er bredt; ulempen er, at lystabet er stort, og refleksionsevnen ikke kan være meget høj. For yderligere at forbedre reflektionsevnen af den metalreflekterende film kan adskillige lag dielektrisk lag med en bestemt tykkelse blive udpladet på ydersiden af filmen for at danne den dielektriske metalreflekterende film. Det skal påpeges, at den dielektriske metalfilm øger reflektiviteten af en bestemt bølgelængde (eller et vist bølgeregion), men ødelægger karakteristikken for neutral reflektion af metalfilmen.