1 Principios de las películas ópticas.
En este artículo, presentaremos los principios de las películas ópticas delgadas, el software de diseño y la tecnología de recubrimiento de uso común.
El principio básico por el que las películas ópticas pueden lograr funciones únicas como antirreflejos, alta reflexión o división de la luz es la interferencia de la luz en películas delgadas. Las películas delgadas generalmente se componen de uno o más grupos de capas de material de alto índice de refracción y capas de material de bajo índice de refracción superpuestas alternativamente. Estos materiales de capa de película son generalmente óxidos, metales o fluoruros. Al establecer el número, el espesor y las diferentes capas de la película, la diferencia en el índice de refracción entre capas puede regular la interferencia de los haces de luz entre las capas de la película para obtener las funciones requeridas.
Tomemos como ejemplo un revestimiento antirreflectante común para ilustrar este fenómeno. Para maximizar o reducir la interferencia, el espesor óptico de la capa de recubrimiento suele ser 1/4 (QWOT) o 1/2 (HWOT). En la siguiente figura, el índice de refracción del medio incidente es n0 y el índice de refracción del sustrato es ns. Por lo tanto, se puede calcular una imagen del índice de refracción del material de película que puede producir condiciones de cancelación de interferencia. El haz de luz reflejado por la superficie superior de la capa de película es R1. El haz de luz reflejado por la superficie inferior de la película es R2. Cuando el espesor óptico de la película es 1/4 de longitud de onda, la diferencia de trayectoria óptica entre R1 y R2 es 1/2 longitud de onda y se cumplen las condiciones de interferencia, lo que produce interferencia destructiva. Fenómeno.
De esta manera, la intensidad del haz reflejado se vuelve muy pequeña, logrando así el propósito de antirreflexión.
2 Software de diseño de película delgada óptica
Para facilitar a los técnicos el diseño de sistemas de películas que cumplan diversas funciones específicas, se ha desarrollado un software de diseño de películas delgadas. El software de diseño integra materiales de recubrimiento de uso común y sus parámetros, simulación de capas de película y algoritmos de optimización y funciones de análisis, lo que facilita a los técnicos su desarrollo y análisis. Varios sistemas de películas. Los software de diseño de películas más utilizados son los siguientes:
A.TFCalc
TFCalc es una herramienta universal para el diseño y análisis de películas finas ópticas. Se puede utilizar para diseñar varios tipos de sistemas de películas antirreflectantes, de alta reflexión, de paso de banda, espectroscópicos, de fase y otros. TFCalc puede diseñar un sistema de película de doble cara sobre un sustrato, con hasta 5000 capas de película en una sola superficie. Admite la entrada de fórmulas de pila de películas y puede simular varios tipos de iluminación: como haces cónicos, haces de radiación aleatoria, etc. En segundo lugar, el software tiene ciertas funciones de optimización y puede utilizar métodos como valores extremos y métodos variacionales para optimizar la reflectividad, transmitancia, absorbancia, fase, parámetros de elipsometría y otros objetivos del sistema de película. El software integra varias funciones de análisis, como reflectividad, transmitancia, absorbancia, análisis de parámetros de elipsometría, curva de distribución de intensidad de campo eléctrico, análisis de color de transmisión y reflexión del sistema de película, cálculo de la curva de control del cristal, análisis de tolerancia y sensibilidad de la capa de película, análisis de rendimiento, etc. La interfaz de operación de TFCalc es la siguiente:
En la interfaz de operación que se muestra arriba, al ingresar parámetros y condiciones límite y optimizar, puede obtener un sistema de película que satisfaga sus necesidades. El funcionamiento es relativamente sencillo y fácil de usar.
B. Macleod esencial
Essential Macleod es un paquete completo de software de diseño y análisis de películas ópticas con una verdadera interfaz de operación de múltiples documentos. Puede cumplir diversos requisitos en el diseño de recubrimientos ópticos, desde simples películas de una sola capa hasta estrictas películas espectroscópicas. , también puede evaluar filtros de multiplexación por división de longitud de onda (WDM) y de multiplexación por división de longitud de onda densa (DWDM). Puede diseñar desde cero u optimizar diseños existentes y puede detectar errores en el diseño. Es rico en funciones y potente.
La interfaz de diseño del software se muestra en la siguiente figura:
C. OptiLayer
El software OptiLayer soporta todo el proceso de películas ópticas delgadas: parámetros - diseño - producción - análisis de inversión. Incluye tres partes: OptiLayer, OptiChar y OptiRE. También hay una biblioteca de enlaces dinámicos (DLL) OptiReOpt que puede mejorar las funciones del software.
OptiLayer examina la función de evaluación desde el diseño hasta el objetivo, logra el objetivo de diseño mediante la optimización y realiza un análisis de errores de preproducción. OptiChar examina la función de diferencia entre las características espectrales del material de la capa y sus características espectrales medidas bajo varios factores importantes en la teoría de la película delgada, y obtiene un modelo de material de capa mejor y más realista y la influencia de cada factor en el diseño actual, señalando el uso que ¿Qué factores deben considerarse al diseñar esta capa de materiales? OptiRE examina las características espectrales del modelo de diseño y las características espectrales del modelo medidas experimentalmente después de la producción. A través de la inversión de ingeniería, obtenemos algunos errores generados durante la producción y los retroalimentamos al proceso de producción para guiar la producción. Los módulos anteriores se pueden vincular a través de la función de biblioteca de enlaces dinámicos, realizando así funciones como diseño, modificación y monitoreo en tiempo real en una serie de procesos desde el diseño de la película hasta la producción.
3 tecnología de recubrimiento
Según los diferentes métodos de recubrimiento, se puede dividir en dos categorías: tecnología de recubrimiento químico y tecnología de recubrimiento físico. La tecnología de recubrimiento químico se divide principalmente en recubrimiento por inmersión y recubrimiento por pulverización. Esta tecnología es más contaminante y tiene un rendimiento cinematográfico deficiente. Está siendo reemplazada gradualmente por una nueva generación de tecnología de recubrimiento físico. El recubrimiento físico se lleva a cabo mediante evaporación al vacío, revestimiento iónico, etc. El recubrimiento al vacío es un método de evaporación (o pulverización catódica) de metales, compuestos y otros materiales de película al vacío para depositarlos sobre el sustrato a recubrir. En un ambiente de vacío, el equipo de recubrimiento tiene menos impurezas, lo que puede prevenir la oxidación de la superficie del material y ayudar a garantizar la uniformidad espectral y la consistencia del espesor de la película, por lo que se usa ampliamente.
En circunstancias normales, 1 presión atmosférica es aproximadamente 10 elevado a 5 Pa, y la presión de aire requerida para el recubrimiento al vacío es generalmente 10 elevado a 3 Pa y más, lo que pertenece al recubrimiento a alto vacío. En el recubrimiento al vacío, la superficie de los componentes ópticos debe estar muy limpia, por lo que la cámara de vacío durante el procesamiento también debe estar muy limpia. Actualmente, la forma de obtener un ambiente de vacío limpio es generalmente pasar la aspiradora. Bombas de difusión de aceite. Se utiliza una bomba molecular o bomba de condensación para extraer el vacío y obtener un ambiente de alto vacío. Las bombas de difusión de aceite requieren agua de refrigeración y una bomba de respaldo. Son de gran tamaño y consumen mucha energía, lo que contaminará el proceso de recubrimiento. Las bombas moleculares normalmente requieren una bomba de respaldo para ayudar en su trabajo y son costosas. Por el contrario, las bombas de condensación no contaminan. , no requiere bomba de respaldo, tiene alta eficiencia y buena confiabilidad, por lo que es más adecuado para recubrimiento óptico al vacío. La cámara interna de una máquina de recubrimiento al vacío común se muestra en la siguiente figura:
En el recubrimiento al vacío, el material de la película debe calentarse a un estado gaseoso y luego depositarse sobre la superficie del sustrato para formar una capa de película. Según los diferentes métodos de recubrimiento, se puede dividir en tres tipos: calentamiento por evaporación térmica, calentamiento por pulverización catódica y recubrimiento iónico.
El calentamiento por evaporación térmica generalmente utiliza alambre de resistencia o inducción de alta frecuencia para calentar el crisol, de modo que el material de la película en el crisol se calienta y se vaporiza para formar un recubrimiento.
El calentamiento por pulverización catódica se divide en dos tipos: calentamiento por pulverización catódica por haz de iones y calentamiento por pulverización catódica con magnetrón. El calentamiento por pulverización catódica utiliza una pistola de iones para emitir un haz de iones. El haz de iones bombardea el objetivo con un cierto ángulo de incidencia y chisporrotea su capa superficial. átomos, que se depositan sobre la superficie del sustrato para formar una película delgada. La principal desventaja de la pulverización catódica con haz de iones es que el área bombardeada sobre la superficie objetivo es demasiado pequeña y la tasa de deposición es generalmente baja. El calentamiento por pulverización catódica con magnetrón significa que los electrones se aceleran hacia el sustrato bajo la acción de un campo eléctrico. Durante este proceso, los electrones chocan con los átomos de gas argón, ionizando una gran cantidad de iones y electrones de argón. Los electrones vuelan hacia el sustrato y los iones de argón son calentados por el campo eléctrico. El objetivo se acelera y bombardea bajo la acción del objetivo, y los átomos neutros del objetivo se depositan sobre el sustrato para formar una película. La pulverización catódica con magnetrón se caracteriza por una alta tasa de formación de película, baja temperatura del sustrato, buena adhesión de la película y puede lograr un recubrimiento de gran superficie.
El revestimiento iónico se refiere a un método que utiliza la descarga de gas para ionizar parcialmente gas o sustancias evaporadas y deposita sustancias evaporadas sobre un sustrato bajo el bombardeo de iones de gas o iones de sustancias evaporadas. El revestimiento iónico es una combinación de evaporación al vacío y tecnología de pulverización catódica. Combina las ventajas de los procesos de evaporación y pulverización catódica y puede recubrir piezas con sistemas de película complejos.
4 Conclusión
En este artículo, primero presentamos los principios básicos de las películas ópticas. Al establecer el número y el espesor de la película y la diferencia en el índice de refracción entre las diferentes capas de la película, podemos lograr la interferencia de los haces de luz entre las capas de la película, obteniendo así la función de capa de película requerida. Luego, este artículo presenta el software de diseño de películas de uso común para brindarles a todos una comprensión preliminar del diseño de películas. En la tercera parte del artículo, ofrecemos una introducción detallada a la tecnología de recubrimiento, centrándonos en la tecnología de recubrimiento al vacío que se usa ampliamente en la práctica. Creo que al leer este artículo, todos comprenderán mejor el recubrimiento óptico. En el próximo artículo, compartiremos el método de prueba de recubrimiento de los componentes recubiertos, así que estad atentos.
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Hora de publicación: 10 de abril de 2024
