1 Prinsip film optik
Pada artikel ini, kami akan memperkenalkan prinsip-prinsip film tipis optik, perangkat lunak desain yang umum digunakan, dan teknologi pelapisan.
Prinsip dasar mengapa film optik dapat mencapai fungsi unik seperti anti-pantulan, refleksi tinggi, atau pemisahan cahaya adalah interferensi cahaya film tipis. Film tipis biasanya terdiri dari satu atau lebih kelompok lapisan bahan indeks bias tinggi dan lapisan bahan indeks bias rendah yang ditumpangkan secara bergantian. Bahan lapisan film ini umumnya berupa oksida, logam atau fluorida. Dengan mengatur jumlah, ketebalan dan lapisan film yang berbeda, perbedaan indeks bias antar lapisan dapat mengatur interferensi berkas cahaya antar lapisan film untuk memperoleh fungsi yang diperlukan.
Mari kita ambil lapisan anti pantulan umum sebagai contoh untuk menggambarkan fenomena ini. Untuk memaksimalkan atau mengurangi interferensi, ketebalan optik lapisan pelapis biasanya 1/4 (QWOT) atau 1/2 ( HWOT). Pada gambar di bawah, indeks bias medium datang adalah n0, dan indeks bias substrat adalah ns. Oleh karena itu, gambaran indeks bias bahan film yang dapat menghasilkan kondisi pembatalan interferensi dapat dihitung. Berkas cahaya yang dipantulkan oleh permukaan atas lapisan film adalah R1, Berkas cahaya yang dipantulkan oleh permukaan bawah film adalah R2. Ketika ketebalan optik film adalah 1/4 panjang gelombang, perbedaan jalur optik antara R1 dan R2 adalah 1/2 panjang gelombang, dan kondisi interferensi terpenuhi, sehingga menghasilkan interferensi destruktif. Gejala.
Dengan cara ini, intensitas sinar pantul menjadi sangat kecil, sehingga mencapai tujuan anti pantulan.
2 Perangkat lunak desain film tipis optik
Untuk memudahkan teknisi merancang sistem film yang memenuhi berbagai fungsi tertentu, perangkat lunak desain film tipis telah dikembangkan. Perangkat lunak desain mengintegrasikan bahan pelapis yang umum digunakan dan parameternya, simulasi lapisan film dan algoritma optimasi serta fungsi analisis, sehingga memudahkan teknisi untuk mengembangkan dan menganalisis. Berbagai sistem film. Software desain film yang umum digunakan adalah sebagai berikut:
A.TFCalc
TFCalc adalah alat universal untuk desain dan analisis film tipis optik. Ini dapat digunakan untuk merancang berbagai jenis sistem film anti-refleksi, refleksi tinggi, bandpass, spektroskopi, fase dan lainnya. TFCalc dapat merancang sistem film dua sisi pada substrat, dengan hingga 5.000 lapisan film pada satu permukaan. Ini mendukung masukan rumus tumpukan film dan dapat mensimulasikan berbagai jenis pencahayaan: seperti sinar kerucut, sinar radiasi acak, dll. Kedua, perangkat lunak ini memiliki fungsi pengoptimalan tertentu, dan dapat menggunakan metode seperti nilai ekstrem dan metode variasi untuk mengoptimalkan reflektifitas, transmitansi, serapan, fase, parameter ellipsometri dan target lain dari sistem film. Perangkat lunak ini mengintegrasikan berbagai fungsi analisis, seperti reflektivitas, transmitansi, serapan, analisis parameter ellipsometri, kurva distribusi intensitas medan listrik, refleksi sistem film dan analisis warna transmisi, perhitungan kurva kontrol kristal, toleransi lapisan film dan analisis sensitivitas, analisis hasil, dll. Antarmuka operasi TFCalc adalah sebagai berikut:
Pada antarmuka operasi yang ditunjukkan di atas, dengan memasukkan parameter dan kondisi batas serta mengoptimalkannya, Anda bisa mendapatkan sistem film yang memenuhi kebutuhan Anda. Pengoperasiannya relatif sederhana dan mudah digunakan.
B. Macleod Esensial
Essential Macleod adalah paket perangkat lunak analisis dan desain film optik lengkap dengan antarmuka operasi multi-dokumen yang sesungguhnya. Ini dapat memenuhi berbagai persyaratan dalam desain lapisan optik, dari film satu lapis sederhana hingga film spektroskopi yang ketat. , ia juga dapat mengevaluasi filter multiplexing pembagian panjang gelombang (WDM) dan multiplexing pembagian panjang gelombang padat (DWDM). Ia dapat mendesain dari awal atau mengoptimalkan desain yang sudah ada, dan dapat mensurvei kesalahan dalam desain. Ini kaya akan fungsi dan kuat.
Desain antarmuka perangkat lunak ditunjukkan pada gambar di bawah ini:
C. Lapisan Opti
Perangkat lunak OptiLayer mendukung seluruh proses film tipis optik: parameter - desain - produksi - analisis inversi. Ini mencakup tiga bagian: OptiLayer, OptiChar, dan OptiRE. Ada juga perpustakaan tautan dinamis (DLL) OptiReOpt yang dapat meningkatkan fungsi perangkat lunak.
OptiLayer memeriksa fungsi evaluasi dari desain hingga target, mencapai target desain melalui optimasi, dan melakukan analisis kesalahan praproduksi. OptiChar menguji perbedaan fungsi antara karakteristik spektral material lapisan dan karakteristik spektral terukurnya berdasarkan berbagai faktor penting dalam teori film tipis, dan memperoleh model material lapisan yang lebih baik dan realistis serta pengaruh setiap faktor pada desain saat ini, dengan menunjukkan penggunaan Apa faktor apa yang perlu dipertimbangkan ketika merancang lapisan bahan ini? OptiRE mengkaji karakteristik spektral model desain dan karakteristik spektral model yang diukur secara eksperimental setelah produksi. Melalui inversi teknik, kami memperoleh beberapa kesalahan yang dihasilkan selama produksi dan mengembalikannya ke proses produksi untuk memandu produksi. Modul-modul di atas dapat dihubungkan melalui fungsi perpustakaan tautan dinamis, sehingga mewujudkan fungsi-fungsi seperti desain, modifikasi, dan pemantauan waktu nyata dalam serangkaian proses mulai dari desain film hingga produksi.
3 Teknologi pelapisan
Menurut metode pelapisan yang berbeda, dapat dibagi menjadi dua kategori: teknologi pelapisan kimia dan teknologi pelapisan fisik. Teknologi pelapisan kimia terutama dibagi menjadi pelapisan imersi dan pelapisan semprot. Teknologi ini lebih berpolusi dan memiliki performa film yang buruk. Secara bertahap digantikan oleh teknologi pelapisan fisik generasi baru. Pelapisan fisik dilakukan dengan penguapan vakum, pelapisan ion, dll. Pelapisan vakum adalah metode penguapan (atau sputtering) logam, senyawa, dan bahan film lainnya dalam ruang hampa untuk mengendapkannya pada substrat yang akan dilapisi. Dalam lingkungan vakum, peralatan pelapis memiliki lebih sedikit kotoran, yang dapat mencegah oksidasi permukaan material dan membantu memastikan keseragaman spektral dan konsistensi ketebalan film, sehingga banyak digunakan.
Dalam keadaan normal, 1 tekanan atmosfer adalah sekitar 10 pangkat 5 Pa, dan tekanan udara yang diperlukan untuk pelapisan vakum umumnya 10 pangkat 3 Pa ke atas, yang termasuk dalam pelapisan vakum tinggi. Pada pelapisan vakum, permukaan komponen optik harus sangat bersih, sehingga ruang vakum selama pemrosesan juga harus sangat bersih. Saat ini cara untuk mendapatkan lingkungan vakum yang bersih pada umumnya adalah dengan menggunakan penyedot debu. Pompa difusi minyak, Pompa molekuler atau pompa kondensasi digunakan untuk mengekstraksi vakum dan mendapatkan lingkungan vakum tinggi. Pompa difusi minyak memerlukan air pendingin dan pompa pendukung. Ukurannya besar dan mengkonsumsi energi tinggi, yang akan menyebabkan polusi pada proses pelapisan. Pompa molekuler biasanya memerlukan pompa pendukung untuk membantu pekerjaannya dan harganya mahal. Sebaliknya, pompa kondensasi tidak menimbulkan polusi. , tidak memerlukan pompa pendukung, memiliki efisiensi tinggi dan keandalan yang baik, sehingga paling cocok untuk pelapisan vakum optik. Ruang internal mesin pelapis vakum umum ditunjukkan pada gambar di bawah ini:
Dalam pelapisan vakum, bahan film perlu dipanaskan hingga berbentuk gas dan kemudian diendapkan ke permukaan substrat untuk membentuk lapisan film. Menurut metode pelapisan yang berbeda, ini dapat dibagi menjadi tiga jenis: pemanasan penguapan termal, pemanasan sputtering, dan pelapisan ion.
Pemanasan evaporasi termal biasanya menggunakan kawat resistansi atau induksi frekuensi tinggi untuk memanaskan wadah, sehingga bahan film dalam wadah dipanaskan dan diuapkan hingga membentuk lapisan.
Pemanasan sputtering dibagi menjadi dua jenis: pemanasan sputtering berkas ion dan pemanasan sputtering magnetron. Pemanasan sputtering berkas ion menggunakan pistol ion untuk memancarkan berkas ion. Berkas ion membombardir target pada sudut datang tertentu dan mengeluarkan lapisan permukaannya. atom, yang mengendap ke permukaan substrat untuk membentuk film tipis. Kerugian utama dari sputtering berkas ion adalah area yang dibombardir pada permukaan target terlalu kecil dan laju deposisi umumnya rendah. Pemanasan sputtering magnetron berarti elektron berakselerasi menuju substrat di bawah aksi medan listrik. Selama proses ini, elektron bertabrakan dengan atom gas argon, mengionisasi sejumlah besar ion argon dan elektron. Elektron terbang menuju substrat, dan ion argon dipanaskan oleh medan listrik. Target dipercepat dan dibombardir di bawah aksi target, dan atom target netral dalam target diendapkan pada substrat untuk membentuk film. Sputtering magnetron dicirikan oleh laju pembentukan film yang tinggi, suhu substrat yang rendah, daya rekat film yang baik, dan dapat mencapai lapisan area yang luas.
Pelapisan ion mengacu pada metode yang menggunakan pelepasan gas untuk mengionisasi sebagian gas atau zat yang diuapkan, dan menyimpan zat yang diuapkan pada substrat di bawah pemboman ion gas atau ion zat yang diuapkan. Pelapisan ion adalah kombinasi teknologi penguapan vakum dan sputtering. Ini menggabungkan keunggulan proses penguapan dan sputtering serta dapat melapisi benda kerja dengan sistem film yang kompleks.
4 Kesimpulan
Pada artikel ini, pertama-tama kami memperkenalkan prinsip dasar film optik. Dengan mengatur jumlah dan ketebalan film serta perbedaan indeks bias antar lapisan film yang berbeda, kita dapat mencapai interferensi berkas cahaya antar lapisan film, sehingga memperoleh fungsi lapisan Film yang diperlukan. Artikel ini kemudian memperkenalkan perangkat lunak desain film yang umum digunakan untuk memberikan pemahaman awal kepada semua orang tentang desain film. Pada bagian ketiga artikel ini, kami memberikan pengenalan rinci tentang teknologi pelapisan, dengan fokus pada teknologi pelapisan vakum yang banyak digunakan dalam praktik. Saya yakin dengan membaca artikel ini, setiap orang akan memiliki pemahaman yang lebih baik tentang lapisan optik. Pada artikel selanjutnya kami akan membagikan metode pengujian pelapisan pada komponen yang dilapisi, jadi pantau terus.
Kontak:
Email:info@pliroptics.com ;
Telepon/Whatsapp/Wechat:86 19013265659
Tambahkan: Gedung 1, No.1558, jalan intelijen, qingbaijiang, chengdu, sichuan, Cina
Waktu posting: 10 April-2024
