1 اصول فیلم های نوری
در این مقاله به معرفی اصول لایه های نازک نوری، نرم افزارهای متداول طراحی و تکنولوژی پوشش می پردازیم.
اصل اساسی اینکه چرا فیلم‌های نوری می‌توانند به عملکردهای منحصر به فردی مانند ضد انعکاس، بازتاب زیاد یا تقسیم نور دست یابند، تداخل لایه نازک نور است. لایه‌های نازک معمولاً از یک یا چند گروه از لایه‌های مواد با ضریب شکست بالا و لایه‌های مواد با ضریب شکست پایین به طور متناوب روی هم قرار می‌گیرند. این مواد لایه لایه معمولاً اکسید، فلز یا فلوراید هستند. با تنظیم تعداد، ضخامت و لایه‌های مختلف فیلم، تفاوت ضریب شکست بین لایه‌ها می‌تواند تداخل پرتوهای نور بین لایه‌های فیلم را تنظیم کند تا عملکردهای مورد نیاز به دست آید.
بیایید یک پوشش ضد انعکاس رایج را به عنوان مثال برای نشان دادن این پدیده در نظر بگیریم. به منظور به حداکثر رساندن یا کاهش تداخل، ضخامت نوری لایه پوشش معمولاً 1/4 (QWOT) یا 1/2 (HWOT) است. در شکل زیر ضریب شکست محیط تابشی n0 و ضریب شکست بستر ns است. بنابراین، می توان تصویری از ضریب شکست ماده فیلم را محاسبه کرد که می تواند شرایط لغو تداخل ایجاد کند. پرتو نور منعکس شده توسط سطح بالایی لایه فیلم R1 است، پرتو نور منعکس شده توسط سطح پایینی فیلم R2 است. هنگامی که ضخامت نوری فیلم 1/4 طول موج است، اختلاف مسیر نوری بین R1 و R2 1/2 طول موج است و شرایط تداخل برآورده می شود، بنابراین تداخل مخرب ایجاد می کند. پدیده.
به این ترتیب شدت پرتو بازتاب شده بسیار کم می شود و در نتیجه به هدف ضد انعکاس دست می یابد.
2 نرم افزار طراحی لایه نازک نوری
به منظور تسهیل تکنسین ها در طراحی سیستم های فیلم که عملکردهای مختلف مختلف را برآورده می کنند، نرم افزار طراحی لایه نازک توسعه داده شده است. نرم افزار طراحی، مواد پوشش رایج و پارامترهای آنها، الگوریتم های شبیه سازی لایه فیلم و بهینه سازی و توابع تجزیه و تحلیل را ادغام می کند و توسعه و تجزیه و تحلیل را برای تکنسین ها آسان تر می کند. سیستم های مختلف فیلم نرم افزارهای رایج طراحی فیلم به شرح زیر است:
A.TFCalc
TFCalc یک ابزار جهانی برای طراحی و آنالیز لایه نازک نوری است. می توان از آن برای طراحی انواع سیستم های ضد انعکاس، بازتاب بالا، باند گذر، طیف سنجی، فاز و سایر سیستم های فیلم استفاده کرد. TFCalc می تواند یک سیستم فیلم دو طرفه را روی یک زیرلایه طراحی کند، با حداکثر 5000 لایه فیلم روی یک سطح. این نرم افزار از ورودی فرمول های پشته فیلم پشتیبانی می کند و می تواند انواع مختلف نورپردازی را شبیه سازی کند: مانند پرتوهای مخروطی، پرتوهای تابشی تصادفی و غیره. پارامترهای بازتاب، انتقال، جذب، فاز، بیضی سنجی و سایر اهداف سیستم فیلم. این نرم افزار توابع تجزیه و تحلیل مختلفی مانند بازتاب، انتقال، جذب، تجزیه و تحلیل پارامترهای بیضی سنجی، منحنی توزیع شدت میدان الکتریکی، بازتاب سیستم فیلم و تجزیه و تحلیل رنگ انتقال، محاسبه منحنی کنترل کریستال، تجزیه و تحلیل حساسیت و تحمل لایه فیلم، تجزیه و تحلیل بازده و غیره را یکپارچه می کند. رابط عملیاتی TFCalc به شرح زیر است:
در رابط عملیاتی که در بالا نشان داده شده است، با وارد کردن پارامترها و شرایط مرزی و بهینه سازی، می توانید یک سیستم فیلمی را دریافت کنید که نیازهای شما را برآورده کند. عملیات نسبتا ساده و آسان برای استفاده است.
B. Essential Macleod
Essential Macleod یک بسته نرم افزاری کامل تحلیل و طراحی فیلم نوری با رابط عملیات چند سند واقعی است. این می تواند الزامات مختلفی را در طراحی پوشش نوری برآورده کند، از فیلم های تک لایه ساده تا فیلم های طیف سنجی دقیق. همچنین می تواند فیلترهای مالتی پلکسی تقسیم طول موج (WDM) و چندگانه تقسیم طول موج متراکم (DWDM) را ارزیابی کند. می تواند از ابتدا طراحی کند یا طرح های موجود را بهینه کند و خطاهای موجود در طراحی را بررسی کند. این غنی از توابع و قدرتمند است.
رابط طراحی نرم افزار در شکل زیر نشان داده شده است:
ج. OptiLayer
نرم افزار OptiLayer از کل فرآیند لایه های نازک نوری پشتیبانی می کند: پارامترها - طراحی - تولید - تحلیل وارونگی. این شامل سه بخش است: OptiLayer، OptiChar و OptiRE. همچنین یک کتابخانه پیوند پویا OptiReOpt (DLL) وجود دارد که می تواند عملکردهای نرم افزار را بهبود بخشد.
OptiLayer تابع ارزیابی را از طرحی به هدف دیگر بررسی می کند، از طریق بهینه سازی به هدف طراحی دست می یابد و تجزیه و تحلیل خطای پیش از تولید را انجام می دهد. OptiChar تابع تفاوت بین ویژگی‌های طیفی ماده لایه و ویژگی‌های طیفی اندازه‌گیری شده آن را تحت فاکتورهای مهم مختلف در نظریه لایه نازک بررسی می‌کند و مدل ماده لایه نازک بهتر و واقعی‌تر و تأثیر هر عامل بر طراحی فعلی را به دست می‌آورد و به کاربرد What هنگام طراحی این لایه از مواد باید عواملی را در نظر گرفت؟ OptiRE ویژگی های طیفی مدل طراحی و ویژگی های طیفی مدل را که به صورت تجربی پس از تولید اندازه گیری می شود، بررسی می کند. از طریق وارونگی مهندسی، برخی از خطاهای ایجاد شده در طول تولید را به دست می آوریم و آنها را به فرآیند تولید برمی گردانیم تا تولید را هدایت کنیم. ماژول های فوق را می توان از طریق تابع کتابخانه پیوند پویا به هم متصل کرد، در نتیجه عملکردهایی مانند طراحی، اصلاح و نظارت در زمان واقعی را در یک سری از فرآیندها از طراحی فیلم تا تولید تحقق بخشید.
3 تکنولوژی پوشش
با توجه به روش های مختلف آبکاری می توان آن را به دو دسته تقسیم کرد: فناوری پوشش شیمیایی و فناوری پوشش فیزیکی. فناوری پوشش شیمیایی عمدتاً به آبکاری غوطه وری و آبکاری اسپری تقسیم می شود. این فناوری آلودگی بیشتری دارد و عملکرد فیلم ضعیفی دارد. به تدریج با نسل جدیدی از فناوری پوشش فیزیکی جایگزین می شود. پوشش فیزیکی بوسیله تبخیر خلاء، آبکاری یونی و غیره انجام می شود. پوشش خلاء روشی برای تبخیر (یا کندوپاش) فلزات، ترکیبات و سایر مواد فیلم در خلاء برای رسوب آنها بر روی بستر مورد پوشش است. در یک محیط خلاء، تجهیزات پوشش دارای ناخالصی های کمتری هستند، که می تواند از اکسید شدن سطح مواد جلوگیری کند و به اطمینان از یکنواختی طیفی و قوام ضخامت فیلم کمک کند، بنابراین به طور گسترده استفاده می شود.
در شرایط عادی 1 فشار اتمسفر حدود 10 به توان 5 Pa است و فشار هوای مورد نیاز برای پوشش خلاء عموماً 10 به توان 3 Pa و بالاتر است که متعلق به پوشش خلاء زیاد است. در پوشش خلاء، سطح اجزای نوری باید بسیار تمیز باشد، بنابراین محفظه خلاء در هنگام پردازش نیز باید بسیار تمیز باشد. در حال حاضر، راه برای به دست آوردن یک محیط خلاء تمیز به طور کلی استفاده از جاروبرقی است. پمپ های انتشار روغن، یک پمپ مولکولی یا پمپ تراکم برای استخراج خلاء و به دست آوردن یک محیط خلاء بالا استفاده می شود. پمپ های پخش روغن به آب خنک کننده و یک پمپ پشتیبان نیاز دارند. اندازه آنها بزرگ است و انرژی زیادی مصرف می کنند که باعث آلودگی فرآیند پوشش می شود. پمپ های مولکولی معمولاً برای کمک به کار خود به یک پمپ پشتی نیاز دارند و گران هستند. در مقابل، پمپ های تراکم آلودگی ایجاد نمی کنند. ، نیازی به پمپ پشتی ندارد، دارای راندمان بالا و قابلیت اطمینان خوب است، بنابراین برای پوشش خلاء نوری مناسب است. محفظه داخلی دستگاه پوشش خلاء معمولی در شکل زیر نشان داده شده است:
در پوشش خلاء، ماده فیلم باید به حالت گازی گرم شود و سپس بر روی سطح بستر قرار گیرد تا یک لایه فیلم تشکیل شود. با توجه به روش های مختلف آبکاری، می توان آن را به سه نوع تقسیم کرد: گرمایش تبخیر حرارتی، گرمایش پاششی و آبکاری یونی.
گرمایش تبخیر حرارتی معمولاً از سیم مقاومت یا القایی با فرکانس بالا برای گرم کردن بوته استفاده می کند، به طوری که مواد فیلم در بوته گرم شده و تبخیر می شود تا یک پوشش ایجاد شود.
گرمایش با کندوپاش به دو نوع تقسیم می شود: گرمایش کندوپاش پرتو یونی و گرمایش کندوپاش مگنترون. گرمایش پراکنده پرتو یونی از یک تفنگ یونی برای انتشار یک پرتو یونی استفاده می کند. پرتو یونی هدف را در یک زاویه برخورد مشخص بمباران می کند و لایه سطحی آن را به بیرون پرتاب می کند. اتم هایی که روی سطح بستر رسوب می کنند و یک لایه نازک تشکیل می دهند. عیب اصلی کندوپاش پرتو یونی این است که منطقه بمباران شده روی سطح هدف بسیار کوچک است و نرخ رسوب به طور کلی پایین است. گرمایش کندوپاش مگنترونی به این معنی است که الکترون ها تحت تأثیر میدان الکتریکی به سمت بستر شتاب می گیرند. در طی این فرآیند، الکترون ها با اتم های گاز آرگون برخورد می کنند و تعداد زیادی از یون ها و الکترون های آرگون را یونیزه می کنند. الکترون ها به سمت بستر پرواز می کنند و یون های آرگون توسط میدان الکتریکی گرم می شوند. هدف تحت عمل هدف شتاب می گیرد و بمباران می شود و اتم های هدف خنثی در هدف بر روی بستر رسوب می کنند تا یک لایه تشکیل شود. کندوپاش مگنترون با سرعت تشکیل فیلم بالا، دمای زیر لایه پایین، چسبندگی خوب فیلم مشخص می شود و می تواند به پوشش سطح وسیعی دست یابد.
آبکاری یونی به روشی اطلاق می شود که از تخلیه گاز برای یونیزه کردن جزئی گاز یا مواد تبخیر شده استفاده می کند و مواد تبخیر شده را بر روی یک بستر تحت بمباران یون های گاز یا یون های ماده تبخیر شده رسوب می دهد. آبکاری یونی ترکیبی از فن آوری تبخیر خلاء و کندوپاش است. مزایای فرآیندهای تبخیر و کندوپاش را ترکیب می کند و می تواند قطعات کار را با سیستم های فیلم پیچیده بپوشاند.
4 نتیجه گیری
در این مقاله ابتدا به معرفی اصول اولیه فیلم های اپتیکال می پردازیم. با تنظیم تعداد و ضخامت فیلم و تفاوت ضریب شکست بین لایه‌های مختلف فیلم، می‌توان به تداخل پرتوهای نور بین لایه‌های فیلم دست یافت و در نتیجه عملکرد لایه فیلم مورد نیاز را به دست آورد. سپس این مقاله نرم افزارهای رایج طراحی فیلم را معرفی می کند تا به همه درک اولیه از طراحی فیلم بدهد. در قسمت سوم مقاله، با تمرکز بر فناوری پوشش خلاء که به طور گسترده در عمل مورد استفاده قرار می گیرد، به معرفی دقیق فناوری پوشش می پردازیم. من معتقدم که با خواندن این مقاله، همه درک بهتری از پوشش نوری خواهند داشت. در مقاله بعدی روش تست پوشش قطعات روکش شده را به اشتراک می گذاریم پس با ما همراه باشید.
تماس:
Email:info@pliroptics.com ;
تلفن/واتساپ/وی چت:86 19013265659
افزودن: ساختمان 1، شماره 1558، جاده اطلاعاتی، چینگ بایجیانگ، چنگدو، سیچوان، چین
زمان ارسال: آوریل-10-2024
