1 Principi delle pellicole ottiche
In questo articolo introdurremo i principi dei film sottili ottici, i software di progettazione comunemente utilizzati e la tecnologia di rivestimento.
Il principio di base per cui le pellicole ottiche possono ottenere funzioni uniche come antiriflesso, alta riflessione o divisione della luce è l'interferenza della luce sulla pellicola sottile. I film sottili sono solitamente composti da uno o più gruppi di strati di materiale ad alto indice di rifrazione e strati di materiale a basso indice di rifrazione sovrapposti alternativamente. Questi materiali dello strato di pellicola sono generalmente ossidi, metalli o fluoruri. Impostando il numero, lo spessore e i diversi strati della pellicola, la differenza nell'indice di rifrazione tra gli strati può regolare l'interferenza dei raggi luminosi tra gli strati della pellicola per ottenere le funzioni richieste.
Prendiamo come esempio un comune rivestimento antiriflesso per illustrare questo fenomeno. Per massimizzare o ridurre l'interferenza, lo spessore ottico dello strato di rivestimento è solitamente 1/4 (QWOT) o 1/2 (HWOT). Nella figura seguente, l'indice di rifrazione del mezzo incidente è n0 e l'indice di rifrazione del substrato è ns. Pertanto, è possibile calcolare un'immagine dell'indice di rifrazione del materiale della pellicola che può produrre condizioni di cancellazione delle interferenze. Il raggio luminoso riflesso dalla superficie superiore dello strato di pellicola è R1, il raggio luminoso riflesso dalla superficie inferiore della pellicola è R2. Quando lo spessore ottico della pellicola è 1/4 di lunghezza d'onda, la differenza del percorso ottico tra R1 e R2 è 1/2 di lunghezza d'onda e le condizioni di interferenza sono soddisfatte, producendo così un'interferenza distruttiva. Fenomeno.
In questo modo l'intensità del fascio riflesso diventa molto piccola, raggiungendo così lo scopo di antiriflesso.
2 Software di progettazione di film ottici sottili
Per facilitare i tecnici nella progettazione di sistemi di film che soddisfano varie funzioni specifiche, è stato sviluppato un software di progettazione di film sottili. Il software di progettazione integra materiali di rivestimento comunemente utilizzati e relativi parametri, algoritmi di simulazione e ottimizzazione dello strato di pellicola e funzioni di analisi, facilitando lo sviluppo e l'analisi per i tecnici. Vari sistemi cinematografici. I software di progettazione cinematografica comunemente utilizzati sono i seguenti:
A.TFCalc
TFCalc è uno strumento universale per la progettazione e l'analisi di film sottili ottici. Può essere utilizzato per progettare vari tipi di sistemi antiriflesso, ad alta riflessione, passa-banda, spettroscopici, di fase e altri sistemi a pellicola. TFCalc può progettare un sistema di pellicola a doppia faccia su un substrato, con un massimo di 5.000 strati di pellicola su un'unica superficie. Supporta l'immissione di formule di stack di pellicola e può simulare vari tipi di illuminazione: come fasci di coni, fasci di radiazioni casuali, ecc. In secondo luogo, il software ha determinate funzioni di ottimizzazione e può utilizzare metodi come valori estremi e metodi variazionali per ottimizzare il parametri di riflettività, trasmittanza, assorbanza, fase, ellissometria e altri obiettivi del sistema di pellicola. Il software integra varie funzioni di analisi, come riflettività, trasmittanza, assorbanza, analisi dei parametri dell'ellissometria, curva di distribuzione dell'intensità del campo elettrico, riflessione del sistema di pellicola e analisi del colore di trasmissione, calcolo della curva di controllo del cristallo, tolleranza dello strato di pellicola e analisi della sensibilità, analisi della resa, ecc. L'interfaccia operativa di TFCalc è la seguente:
Nell'interfaccia operativa mostrata sopra, inserendo parametri e condizioni al contorno e ottimizzando, è possibile ottenere un sistema di pellicola che soddisfi le proprie esigenze. L'operazione è relativamente semplice e facile da usare.
B. Macleod essenziale
Essential Macleod è un pacchetto software completo per l'analisi e la progettazione di pellicole ottiche con una vera interfaccia operativa multi-documento. Può soddisfare vari requisiti nella progettazione del rivestimento ottico, dalle semplici pellicole monostrato alle rigorose pellicole spettroscopiche. , può anche valutare i filtri di multiplazione a divisione di lunghezza d'onda (WDM) e di multiplazione a divisione di lunghezza d'onda densa (DWDM). Può progettare da zero o ottimizzare progetti esistenti e rilevare errori nella progettazione. È ricco di funzioni e potente.
L'interfaccia di progettazione del software è mostrata nella figura seguente:
C.OptiLayer
Il software OptiLayer supporta l'intero processo di film sottili ottici: parametri - progettazione - produzione - analisi di inversione. Comprende tre parti: OptiLayer, OptiChar e OptiRE. Esiste anche una libreria di collegamento dinamico (DLL) OptiReOpt che può migliorare le funzioni del software.
OptiLayer esamina la funzione di valutazione dalla progettazione all'obiettivo, raggiunge l'obiettivo di progettazione attraverso l'ottimizzazione ed esegue l'analisi degli errori di pre-produzione. OptiChar esamina la funzione di differenza tra le caratteristiche spettrali del materiale dello strato e le sue caratteristiche spettrali misurate in base a vari fattori importanti nella teoria del film sottile e ottiene un modello del materiale dello strato migliore e realistico e l'influenza di ciascun fattore sul progetto attuale, sottolineando l'uso Cosa fattori da considerare quando si progetta questo strato di materiali? OptiRE esamina le caratteristiche spettrali del modello di progettazione e le caratteristiche spettrali del modello misurate sperimentalmente dopo la produzione. Attraverso l'inversione ingegneristica, otteniamo alcuni errori generati durante la produzione e li reimmettiamo nel processo produttivo per guidare la produzione. I moduli di cui sopra possono essere collegati tramite la funzione di libreria di collegamento dinamico, realizzando così funzioni come progettazione, modifica e monitoraggio in tempo reale in una serie di processi dalla progettazione del film alla produzione.
3 Tecnologia di rivestimento
In base ai diversi metodi di placcatura, può essere suddiviso in due categorie: tecnologia di rivestimento chimico e tecnologia di rivestimento fisico. La tecnologia del rivestimento chimico è principalmente suddivisa in placcatura ad immersione e placcatura a spruzzo. Questa tecnologia è più inquinante e ha una scarsa resa cinematografica. Viene gradualmente sostituito da una nuova generazione di tecnologia di rivestimento fisico. Il rivestimento fisico viene effettuato mediante evaporazione sotto vuoto, placcatura ionica, ecc. Il rivestimento sotto vuoto è un metodo per evaporare (o spruzzare) metalli, composti e altri materiali in pellicola sotto vuoto per depositarli sul substrato da rivestire. In un ambiente sotto vuoto, l'attrezzatura di rivestimento presenta meno impurità, il che può prevenire l'ossidazione della superficie del materiale e contribuire a garantire l'uniformità spettrale e la consistenza dello spessore della pellicola, quindi è ampiamente utilizzata.
In circostanze normali, 1 pressione atmosferica equivale a circa 10 alla potenza di 5 Pa e la pressione dell'aria richiesta per il rivestimento sotto vuoto è generalmente 10 alla potenza di 3 Pa e superiore, che appartiene al rivestimento ad alto vuoto. Nel rivestimento sotto vuoto, la superficie dei componenti ottici deve essere molto pulita, quindi anche la camera del vuoto durante la lavorazione deve essere molto pulita. Attualmente, il modo per ottenere un ambiente di aspirazione pulito è generalmente utilizzare l'aspirazione. Pompe a diffusione d'olio, una pompa molecolare o una pompa di condensazione viene utilizzata per estrarre il vuoto e ottenere un ambiente ad alto vuoto. Le pompe a diffusione dell'olio richiedono acqua di raffreddamento e una pompa di supporto. Sono di grandi dimensioni e consumano molta energia, il che causerà inquinamento al processo di rivestimento. Le pompe molecolari di solito richiedono una pompa di supporto per assistere nel loro lavoro e sono costose. Le pompe per condensa, invece, non inquinano. , non richiede una pompa di supporto, ha un'elevata efficienza e una buona affidabilità, quindi è più adatto per il rivestimento ottico sotto vuoto. La camera interna di una comune spalmatrice sottovuoto è mostrata nella figura seguente:
Nel rivestimento sotto vuoto, il materiale della pellicola deve essere riscaldato allo stato gassoso e quindi depositato sulla superficie del substrato per formare uno strato di pellicola. In base ai diversi metodi di placcatura, può essere suddiviso in tre tipi: riscaldamento per evaporazione termica, riscaldamento a spruzzo e placcatura ionica.
Il riscaldamento per evaporazione termica utilizza solitamente un filo di resistenza o un'induzione ad alta frequenza per riscaldare il crogiolo, in modo che il materiale della pellicola nel crogiolo venga riscaldato e vaporizzato per formare un rivestimento.
Il riscaldamento sputtering è diviso in due tipi: riscaldamento sputtering con fascio ionico e riscaldamento sputtering magnetron. Il riscaldamento a spruzzo con fascio ionico utilizza una pistola ionica per emettere un fascio ionico. Il raggio ionico bombarda il bersaglio con un certo angolo di incidenza e ne diffonde lo strato superficiale. atomi, che si depositano sulla superficie del substrato per formare una pellicola sottile. Lo svantaggio principale dello sputtering del fascio ionico è che l’area bombardata sulla superficie del bersaglio è troppo piccola e il tasso di deposizione è generalmente basso. Il riscaldamento sputtering del magnetron significa che gli elettroni accelerano verso il substrato sotto l'azione di un campo elettrico. Durante questo processo, gli elettroni entrano in collisione con gli atomi del gas argon, ionizzando un gran numero di ioni ed elettroni di argon. Gli elettroni volano verso il substrato e gli ioni argon vengono riscaldati dal campo elettrico. Il bersaglio viene accelerato e bombardato sotto l'azione del bersaglio e gli atomi bersaglio neutri nel bersaglio vengono depositati sul substrato per formare una pellicola. Lo sputtering del magnetron è caratterizzato da un elevato tasso di formazione del film, una bassa temperatura del substrato, una buona adesione del film e può ottenere un rivestimento su un'ampia area.
La placcatura ionica si riferisce a un metodo che utilizza la scarica di gas per ionizzare parzialmente il gas o le sostanze evaporate e deposita le sostanze evaporate su un substrato sotto il bombardamento di ioni di gas o ioni di sostanza evaporata. La placcatura ionica è una combinazione di evaporazione sotto vuoto e tecnologia sputtering. Combina i vantaggi dei processi di evaporazione e sputtering e può rivestire i pezzi con sistemi di film complessi.
4 Conclusione
In questo articolo, introduciamo innanzitutto i principi di base delle pellicole ottiche. Impostando il numero e lo spessore della pellicola e la differenza nell'indice di rifrazione tra i diversi strati della pellicola, possiamo ottenere l'interferenza dei raggi luminosi tra gli strati della pellicola, ottenendo così la funzione Strato pellicola richiesta. Questo articolo presenta quindi i software di progettazione cinematografica comunemente utilizzati per fornire a tutti una comprensione preliminare della progettazione cinematografica. Nella terza parte dell'articolo, forniamo un'introduzione dettagliata alla tecnologia di rivestimento, concentrandoci sulla tecnologia di rivestimento sottovuoto ampiamente utilizzata nella pratica. Credo che leggendo questo articolo tutti avranno una migliore comprensione del rivestimento ottico. Nel prossimo articolo condivideremo il metodo di prova del rivestimento dei componenti rivestiti, quindi rimanete sintonizzati.
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Orario di pubblicazione: 10 aprile 2024
