1 Principper for optiske film
I denne artikel vil vi introducere principperne for optiske tynde film, almindeligt anvendt designsoftware og belægningsteknologi.
Grundprincippet for, hvorfor optiske film kan opnå unikke funktioner såsom antirefleksion, høj refleksion eller lysopdeling, er tyndfilmsinterferensen af lys. Tynde film er sædvanligvis sammensat af en eller flere grupper af materialelag med højt brydningsindeks og materialelag med lavt brydningsindeks, der skiftevis er overlejret. Disse filmlagsmaterialer er generelt oxider, metaller eller fluorider. Ved at indstille antallet, tykkelsen og forskellige filmlag af filmen, kan forskellen i brydningsindeks mellem lag regulere interferensen af lysstråler mellem filmlag for at opnå de nødvendige funktioner.
Lad os tage en almindelig antirefleksbelægning som et eksempel for at illustrere dette fænomen. For at maksimere eller reducere interferens er den optiske tykkelse af belægningslaget normalt 1/4 (QWOT) eller 1/2 (HWOT). I figuren nedenfor er brydningsindekset for det indfaldende medium n0, og brydningsindekset for substratet er ns. Derfor kan et billede af brydningsindekset for filmmaterialet, der kan frembringe interferensannulleringsbetingelser, beregnes. Lysstrålen, der reflekteres af den øvre overflade af filmlaget, er R1. Lysstrålen, der reflekteres af den nedre overflade af filmen, er R2. Når den optiske tykkelse af filmen er 1/4 bølgelængde, er den optiske vejforskel mellem R1 og R2 1/2 bølgelængde, og interferensbetingelserne er opfyldt, hvilket frembringer interferensdestruktiv interferens. Fænomen.
På denne måde bliver intensiteten af den reflekterede stråle meget lille, hvorved formålet med anti-reflektion opnås.
2 Optisk tyndfilmsdesignsoftware
For at gøre det lettere for teknikere at designe filmsystemer, der opfylder forskellige specifikke funktioner, er der udviklet software til tyndfilmsdesign. Designsoftwaren integrerer almindeligt anvendte belægningsmaterialer og deres parametre, filmlagssimulerings- og optimeringsalgoritmer og analysefunktioner, hvilket gør det lettere for teknikere at udvikle og analysere. Forskellige filmsystemer. De almindeligt anvendte filmdesignsoftware er som følger:
A.TFCalc
TFCalc er et universelt værktøj til optisk tyndfilmsdesign og -analyse. Det kan bruges til at designe forskellige typer af anti-refleksion, højreflektion, båndpas, spektroskopisk, fase og andre filmsystemer. TFCalc kan designe et dobbeltsidet filmsystem på et underlag med op til 5.000 filmlag på en enkelt overflade. Den understøtter input af filmstabelformler og kan simulere forskellige typer belysning: såsom keglestråler, tilfældige strålingsstråler osv. For det andet har softwaren visse optimeringsfunktioner og kan bruge metoder såsom ekstrem værdi og variationsmetoder til at optimere reflektivitet, transmittans, absorbans, fase, ellipsometriske parametre og andre mål for filmsystemet. Softwaren integrerer forskellige analysefunktioner, såsom reflektivitet, transmittans, absorbans, ellipsometriparameteranalyse, elektrisk feltintensitetsfordelingskurve, filmsystemreflektion og transmissionsfarveanalyse, beregning af krystalkontrolkurve, filmlagstolerance og følsomhedsanalyse, udbytteanalyse osv. Driftsgrænsefladen for TFCalc er som følger:
I betjeningsgrænsefladen vist ovenfor kan du ved at indtaste parametre og randbetingelser og optimere få et filmsystem, der opfylder dine behov. Betjeningen er forholdsvis enkel og nem at bruge.
B. Essential Macleod
Essential Macleod er en komplet softwarepakke til optisk filmanalyse og design med en ægte multi-dokument betjeningsgrænseflade. Det kan opfylde forskellige krav inden for optisk belægningsdesign, fra simple enkeltlagsfilm til strenge spektroskopiske film. , kan den også evaluere bølgelængdedelingsmultipleksing (WDM) og tæt bølgelængdedelingsmultiplekseringsfiltre (DWDM). Det kan designe fra bunden eller optimere eksisterende designs og kan undersøge fejl i designet. Den er rig på funktioner og kraftfuld.
Softwarens designgrænseflade er vist i nedenstående figur:
C. OptiLayer
OptiLayer-software understøtter hele processen med optiske tynde film: parametre - design - produktion - inversionsanalyse. Den indeholder tre dele: OptiLayer, OptiChar og OptiRE. Der er også et OptiReOpt dynamic link library (DLL), der kan forbedre softwarens funktioner.
OptiLayer undersøger evalueringsfunktionen fra design til mål, opnår designmålet gennem optimering og udfører præproduktionsfejlanalyse. OptiChar undersøger forskelsfunktionen mellem lagmaterialets spektrale egenskaber og dets målte spektrale egenskaber under forskellige vigtige faktorer i tyndfilmsteori og opnår en bedre og realistisk lagmaterialemodel og hver faktors indflydelse på det aktuelle design, og påpeger brugen Hvad faktorer, der skal tages i betragtning, når man designer dette lag af materialer? OptiRE undersøger designmodellens spektrale karakteristika og modellens spektrale karakteristika målt eksperimentelt efter produktion. Gennem teknisk inversion opnår vi nogle fejl genereret under produktionen og fører dem tilbage til produktionsprocessen for at guide produktionen. Ovenstående moduler kan kobles sammen gennem funktionen Dynamic Link Library og derved realisere funktioner som design, modifikation og realtidsovervågning i en række processer fra filmdesign til produktion.
3 Belægningsteknologi
Ifølge forskellige pletteringsmetoder kan den opdeles i to kategorier: kemisk belægningsteknologi og fysisk belægningsteknologi. Kemisk belægningsteknologi er hovedsageligt opdelt i nedsænkningsbelægning og sprøjtebelægning. Denne teknologi er mere forurenende og har dårlig filmydeevne. Den bliver gradvist erstattet af en ny generation af fysisk belægningsteknologi. Fysisk belægning udføres ved vakuumfordampning, ionplettering osv. Vakuumbelægning er en metode til at fordampe (eller sputtere) metaller, forbindelser og andre filmmaterialer i et vakuum for at afsætte dem på substratet, der skal belægges. I et vakuummiljø har coatingudstyr færre urenheder, hvilket kan forhindre oxidation af materialeoverfladen og hjælpe med at sikre filmens spektrale ensartethed og tykkelseskonsistens, så det er meget udbredt.
Under normale omstændigheder er 1 atmosfærisk tryk omkring 10 til 5 Pa, og det lufttryk, der kræves til vakuumbelægning, er generelt 10 til 3 Pa og derover, hvilket hører til højvakuumbelægning. Ved vakuumbelægning skal overfladen af optiske komponenter være meget ren, så vakuumkammeret under behandlingen skal også være meget rent. I øjeblikket er vejen til at opnå et rent vakuummiljø generelt ved at bruge støvsugning. Oliediffusionspumper, En molekylær pumpe eller kondensationspumpe bruges til at udvinde vakuum og opnå et højvakuummiljø. Oliediffusionspumper kræver kølevand og en støttepumpe. De er store i størrelse og forbruger høj energi, hvilket vil forårsage forurening af belægningsprocessen. Molekylære pumper kræver normalt en støttepumpe for at hjælpe i deres arbejde og er dyre. Derimod forårsager kondenspumper ikke forurening. , kræver ikke en støttepumpe, har høj effektivitet og god pålidelighed, så den er mest velegnet til optisk vakuumbelægning. Det indvendige kammer i en almindelig vakuumbelægningsmaskine er vist i figuren nedenfor:
Ved vakuumcoating skal filmmaterialet opvarmes til en gasformig tilstand og derefter afsættes på overfladen af substratet for at danne et filmlag. Ifølge de forskellige pletteringsmetoder kan den opdeles i tre typer: termisk fordampningsopvarmning, sputteringopvarmning og ionplettering.
Termisk fordampningsopvarmning bruger normalt modstandstråd eller højfrekvent induktion til at opvarme diglen, således at filmmaterialet i diglen opvarmes og fordampes til en belægning.
Sputtering opvarmning er opdelt i to typer: ionstråle sputtering opvarmning og magnetron sputtering opvarmning. Ionstråleforstøvningsopvarmning bruger en ionkanon til at udsende en ionstråle. Ionstrålen bombarderer målet i en vis indfaldsvinkel og sputter dets overfladelag ud. atomer, som aflejres på overfladen af substratet for at danne en tynd film. Den største ulempe ved ionstråleforstøvning er, at det område, der bombarderes på måloverfladen, er for lille, og aflejringshastigheden er generelt lav. Magnetronforstøvningsopvarmning betyder, at elektroner accelererer mod substratet under påvirkning af et elektrisk felt. Under denne proces kolliderer elektroner med argongasatomer og ioniserer et stort antal argonioner og elektroner. Elektronerne flyver mod substratet, og argonionerne opvarmes af det elektriske felt. Målet accelereres og bombarderes under påvirkning af målet, og de neutrale målatomer i målet aflejres på substratet for at danne en film. Magnetronsputtering er kendetegnet ved høj filmdannelseshastighed, lav substrattemperatur, god filmvedhæftning og kan opnå belægning med stort areal.
Ionplettering refererer til en metode, der bruger gasudledning til delvist at ionisere gas eller fordampede stoffer og aflejrer fordampede stoffer på et substrat under bombardement af gasioner eller fordampede stofioner. Ionplettering er en kombination af vakuumfordampning og sputterteknologi. Den kombinerer fordelene ved fordampnings- og sputterprocesser og kan belægge emner med komplekse filmsystemer.
4 Konklusion
I denne artikel introducerer vi først de grundlæggende principper for optiske film. Ved at indstille antallet og tykkelsen af filmen og forskellen i brydningsindeks mellem forskellige filmlag, kan vi opnå interferensen af lysstråler mellem filmlagene og derved opnå den nødvendige filmlagsfunktion. Denne artikel introducerer derefter almindeligt brugt filmdesignsoftware for at give alle en foreløbig forståelse af filmdesign. I artiklens tredje del giver vi en detaljeret introduktion til belægningsteknologi med fokus på den vakuumbelægningsteknologi, der er meget udbredt i praksis. Jeg tror, at ved at læse denne artikel, vil alle få en bedre forståelse af optisk belægning. I den næste artikel vil vi dele belægningstestmetoden for de belagte komponenter, så følg med.
Kontakte:
Email:info@pliroptics.com ;
Telefon/Whatsapp/Wechat:86 19013265659
Tilføj: Bygning 1, nr. 1558, efterretningsvej, qingbaijiang, chengdu, sichuan, Kina
Indlægstid: 10-apr-2024
