1 مبادئ الأفلام البصرية
في هذه المقالة، سنقدم مبادئ الأغشية الرقيقة الضوئية وبرامج التصميم شائعة الاستخدام وتكنولوجيا الطلاء.
المبدأ الأساسي وراء قدرة الأفلام الضوئية على تحقيق وظائف فريدة مثل مقاومة الانعكاس أو الانعكاس العالي أو تقسيم الضوء هو تداخل الضوء في الأغشية الرقيقة. تتكون الأغشية الرقيقة عادة من مجموعة واحدة أو أكثر من طبقات المواد ذات معامل الانكسار العالي وطبقات المواد ذات معامل الانكسار المنخفض المتراكبة بالتناوب. تكون مواد طبقة الفيلم هذه بشكل عام أكاسيد أو معادن أو فلوريد. من خلال ضبط عدد وسمك وطبقات الفيلم المختلفة، يمكن للفرق في معامل الانكسار بين الطبقات تنظيم تداخل أشعة الضوء بين طبقات الفيلم للحصول على الوظائف المطلوبة.
لنأخذ طلاءًا شائعًا مضادًا للانعكاس كمثال لتوضيح هذه الظاهرة. من أجل زيادة التداخل أو تقليله، يكون السمك البصري لطبقة الطلاء عادةً 1/4 (QWOT) أو 1/2 (HWOT). في الشكل أدناه، معامل انكسار الوسط الساقط هو n0، ومعامل انكسار الركيزة هو ns. ولذلك يمكن حساب صورة معامل الانكسار للمادة الفيلمية التي يمكن أن تنتج ظروف إلغاء التداخل. شعاع الضوء المنعكس عن السطح العلوي لطبقة الفيلم هو R1، شعاع الضوء المنعكس عن السطح السفلي للفيلم هو R2. عندما يكون السمك البصري للفيلم 1/4 الطول الموجي، يكون فرق المسار البصري بين R1 وR2 1/2 الطول الموجي، ويتم استيفاء شروط التداخل، وبالتالي إنتاج تداخل مدمر. ظاهرة.
بهذه الطريقة، تصبح شدة الشعاع المنعكس صغيرة جدًا، وبالتالي تحقيق غرض مقاومة الانعكاس.
2 برنامج تصميم الأغشية الرقيقة البصرية
من أجل تسهيل قيام الفنيين بتصميم أنظمة الأفلام التي تلبي وظائف محددة مختلفة، تم تطوير برامج تصميم الأفلام الرقيقة. يدمج برنامج التصميم مواد الطلاء شائعة الاستخدام ومعلماتها، ومحاكاة طبقة الفيلم وخوارزميات التحسين ووظائف التحليل، مما يسهل على الفنيين التطوير والتحليل. أنظمة الأفلام المختلفة. برامج تصميم الأفلام شائعة الاستخدام هي كما يلي:
A.TFCalc
TFCalc هي أداة عالمية لتصميم وتحليل الأغشية الرقيقة البصرية. يمكن استخدامه لتصميم أنواع مختلفة من الأنظمة المضادة للانعكاس، والانعكاس العالي، وممر النطاق، والتحليل الطيفي، وأنظمة الطور وأنظمة الأفلام الأخرى. يمكن لـ TFCalc تصميم نظام أفلام مزدوج الجوانب على الركيزة، مع ما يصل إلى 5000 طبقة فيلم على سطح واحد. وهو يدعم إدخال صيغ مكدس الأفلام ويمكنه محاكاة أنواع مختلفة من الإضاءة: مثل الحزم المخروطية، وحزم الإشعاع العشوائي، وما إلى ذلك. ثانيًا، يحتوي البرنامج على وظائف تحسين معينة، ويمكنه استخدام طرق مثل القيمة القصوى والأساليب المتغيرة لتحسين الانعكاسية، النفاذية، الامتصاص، الطور، معلمات قياس القطع الناقص والأهداف الأخرى لنظام الأفلام. يدمج البرنامج وظائف التحليل المختلفة، مثل الانعكاس، والنفاذية، والامتصاص، وتحليل معلمات القياس الإهليلجي، ومنحنى توزيع شدة المجال الكهربائي، وانعكاس نظام الفيلم وتحليل ألوان الإرسال، وحساب منحنى التحكم البلوري، وتسامح طبقة الفيلم وتحليل الحساسية، وتحليل العائد، وما إلى ذلك. واجهة تشغيل TFCalc هي كما يلي:
في واجهة التشغيل الموضحة أعلاه، من خلال إدخال المعلمات وشروط الحدود وتحسينها، يمكنك الحصول على نظام أفلام يلبي احتياجاتك. العملية بسيطة نسبيا وسهلة الاستخدام.
ب. ماكلويد الأساسي
Essential Macleod عبارة عن حزمة برامج كاملة لتحليل وتصميم الأفلام البصرية مع واجهة تشغيل حقيقية متعددة المستندات. يمكنها تلبية المتطلبات المختلفة في تصميم الطلاء البصري، بدءًا من الأفلام البسيطة أحادية الطبقة وحتى الأفلام الطيفية الصارمة. ، ويمكنه أيضًا تقييم مرشحات تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي (WDM) وتعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي الكثيف (DWDM). يمكنه التصميم من الصفر أو تحسين التصميمات الموجودة، ويمكنه مسح الأخطاء في التصميم. إنها غنية بالوظائف وقوية.
تظهر واجهة تصميم البرنامج في الشكل أدناه:
ج. أوبتيلاير
يدعم برنامج OptiLayer العملية الكاملة للأغشية الرقيقة الضوئية: المعلمات - التصميم - الإنتاج - تحليل الانعكاس. ويتضمن ثلاثة أجزاء: OptiLayer، وOptiChar، وOptiRE. توجد أيضًا مكتبة الارتباط الديناميكي OptiReOpt (DLL) التي يمكنها تحسين وظائف البرنامج.
يقوم OptiLayer بفحص وظيفة التقييم بدءًا من التصميم وحتى الهدف، ويحقق هدف التصميم من خلال التحسين، ويقوم بتحليل أخطاء ما قبل الإنتاج. يقوم OptiChar بفحص وظيفة الفرق بين الخصائص الطيفية لمادة الطبقة وخصائصها الطيفية المقاسة في ظل عوامل مهمة مختلفة في نظرية الأغشية الرقيقة، ويحصل على نموذج أفضل وواقعي لمادة الطبقة وتأثير كل عامل على التصميم الحالي، مع الإشارة إلى استخدام ما العوامل التي يجب مراعاتها عند تصميم هذه الطبقة من المواد؟ يقوم OptiRE بفحص الخصائص الطيفية لنموذج التصميم والخصائص الطيفية للنموذج المقاسة تجريبيًا بعد الإنتاج. من خلال العكس الهندسي، نحصل على بعض الأخطاء الناتجة أثناء الإنتاج ونقوم بإعادتها إلى عملية الإنتاج لتوجيه الإنتاج. يمكن ربط الوحدات المذكورة أعلاه من خلال وظيفة مكتبة الارتباط الديناميكي، وبالتالي تحقيق وظائف مثل التصميم والتعديل والمراقبة في الوقت الفعلي في سلسلة من العمليات بدءًا من تصميم الأفلام وحتى الإنتاج.
3 تكنولوجيا الطلاء
وفقًا لطرق الطلاء المختلفة، يمكن تقسيمها إلى فئتين: تكنولوجيا الطلاء الكيميائي وتكنولوجيا الطلاء الفيزيائي. تنقسم تكنولوجيا الطلاء الكيميائي بشكل أساسي إلى الطلاء بالغمر والطلاء بالرش. هذه التكنولوجيا أكثر تلويثا ولها أداء فيلم ضعيف. يتم استبداله تدريجياً بجيل جديد من تكنولوجيا الطلاء المادي. يتم تنفيذ الطلاء الفيزيائي عن طريق التبخر الفراغي، والطلاء الأيوني، وما إلى ذلك. الطلاء الفراغي هو وسيلة لتبخير (أو رش) المعادن والمركبات ومواد الأفلام الأخرى في الفراغ لترسيبها على الركيزة المراد طلاءها. في بيئة الفراغ، تحتوي معدات الطلاء على شوائب أقل، والتي يمكن أن تمنع أكسدة سطح المادة وتساعد على ضمان التوحيد الطيفي واتساق سمك الفيلم، لذلك يتم استخدامها على نطاق واسع.
في ظل الظروف العادية، يكون الضغط الجوي 1 حوالي 10 قوة 5 باسكال، وضغط الهواء المطلوب للطلاء الفراغي عادة ما يكون 10 قوة 3 باسكال وما فوق، والذي ينتمي إلى طلاء الفراغ العالي. في الطلاء الفراغي، يجب أن يكون سطح المكونات البصرية نظيفًا جدًا، لذا يجب أيضًا أن تكون حجرة الفراغ أثناء المعالجة نظيفة جدًا. حاليًا، الطريقة للحصول على بيئة فراغية نظيفة هي عمومًا استخدام المكنسة الكهربائية. مضخات نشر الزيت، يتم استخدام المضخة الجزيئية أو مضخة التكثيف لاستخراج الفراغ والحصول على بيئة فراغ عالية. تتطلب مضخات نشر الزيت مياه تبريد ومضخة دعم. فهي كبيرة الحجم وتستهلك طاقة عالية، الأمر الذي سيؤدي إلى تلوث عملية الطلاء. تتطلب المضخات الجزيئية عادةً مضخة دعم للمساعدة في عملها وهي باهظة الثمن. وفي المقابل، فإن مضخات التكثيف لا تسبب التلوث. ، لا يتطلب مضخة دعم، يتمتع بكفاءة عالية وموثوقية جيدة، لذلك فهو مناسب أكثر لطلاء الفراغ البصري. تظهر الغرفة الداخلية لآلة الطلاء الفراغي الشائعة في الشكل أدناه:
في الطلاء الفراغي، يجب تسخين مادة الفيلم إلى حالة غازية ثم ترسيبها على سطح الركيزة لتشكيل طبقة فيلم. وفقًا لطرق الطلاء المختلفة، يمكن تقسيمها إلى ثلاثة أنواع: التسخين بالتبخر الحراري، والتسخين بالرش، والطلاء الأيوني.
عادة ما يستخدم التسخين بالتبخر الحراري سلك المقاومة أو الحث عالي التردد لتسخين البوتقة، بحيث يتم تسخين مادة الغشاء الموجودة في البوتقة وتبخيرها لتشكيل طبقة.
ينقسم التسخين بالرش إلى نوعين: تسخين بالرش الأيوني وتسخين بالرش بالمغنطرون. يستخدم التسخين بالرش الأيوني مسدسًا أيونيًا لإصدار شعاع أيوني. يقصف الشعاع الأيوني الهدف بزاوية سقوط معينة وينفث الطبقة السطحية. الذرات، التي تترسب على سطح الركيزة لتشكل طبقة رقيقة. العيب الرئيسي لرش الشعاع الأيوني هو أن المساحة التي يتم قصفها على السطح المستهدف صغيرة جدًا وأن معدل الترسيب منخفض بشكل عام. التسخين بالرش بالمغنطرون يعني أن الإلكترونات تتسارع نحو الركيزة تحت تأثير المجال الكهربائي. خلال هذه العملية، تصطدم الإلكترونات بذرات غاز الأرجون، مما يؤدي إلى تأين عدد كبير من أيونات الأرجون والإلكترونات. تطير الإلكترونات نحو الركيزة، ويتم تسخين أيونات الأرجون بواسطة المجال الكهربائي. يتم تسريع الهدف وقصفه تحت تأثير الهدف، ويتم ترسيب ذرات الهدف المحايدة في الهدف على الركيزة لتكوين فيلم. يتميز الرش المغنطروني بمعدل تكوين الفيلم العالي، ودرجة حرارة الركيزة المنخفضة، والتصاق الفيلم الجيد، ويمكن أن يحقق طلاءًا بمساحة كبيرة.
يشير الطلاء الأيوني إلى طريقة تستخدم تفريغ الغاز لتأين الغاز أو المواد المتبخرة جزئيًا، وترسيب المواد المتبخرة على الركيزة تحت قصف أيونات الغاز أو أيونات المواد المتبخرة. الطلاء الأيوني عبارة عن مزيج من تقنية التبخر الفراغي والرش. فهو يجمع بين مزايا عمليات التبخر والرش ويمكنه طلاء قطع العمل بأنظمة أفلام معقدة.
4 الاستنتاج
في هذه المقالة، نقدم أولاً المبادئ الأساسية للأفلام البصرية. من خلال ضبط عدد وسمك الفيلم والفرق في معامل الانكسار بين طبقات الفيلم المختلفة، يمكننا تحقيق تداخل أشعة الضوء بين طبقات الفيلم، وبالتالي الحصول على وظيفة طبقة الفيلم المطلوبة. تقدم هذه المقالة بعد ذلك برامج تصميم الأفلام شائعة الاستخدام لمنح الجميع فهمًا أوليًا لتصميم الأفلام. في الجزء الثالث من المقالة، نقدم مقدمة تفصيلية لتقنية الطلاء، مع التركيز على تقنية الطلاء الفراغي المستخدمة على نطاق واسع في الممارسة العملية. أعتقد أنه من خلال قراءة هذه المقالة، سيكون لدى الجميع فهم أفضل للطلاء البصري. وفي المقالة التالية، سنشارككم طريقة اختبار الطلاء للمكونات المطلية، فتابعونا.
اتصال:
Email:info@pliroptics.com ;
الهاتف/واتساب/ويشات: 86 19013265659
الويب:www.pliroptics.com
إضافة:المبنى 1، رقم 1558، طريق المخابرات، تشينغبايجيانغ، تشنغدو، سيتشوان، الصين
وقت النشر: 10 أبريل 2024
