1 광학필름의 원리
이번 글에서는 광학박막의 원리와 일반적으로 사용되는 설계소프트웨어, 코팅기술에 대해 소개하겠습니다.
광학 필름이 반사 방지, 높은 반사 또는 빛 분할과 같은 고유한 기능을 달성할 수 있는 기본 원리는 빛의 박막 간섭입니다. 박막은 일반적으로 하나 이상의 고굴절률 물질층과 저굴절률 물질층이 교대로 겹쳐진 그룹으로 구성됩니다. 이러한 필름층 재료는 일반적으로 산화물, 금속 또는 불화물입니다. 필름의 수, 두께 및 다양한 필름 층을 설정함으로써 층 간 굴절률의 차이로 필름 층 간 광선의 간섭을 조절하여 필요한 기능을 얻을 수 있습니다.
이 현상을 설명하기 위해 일반적인 반사 방지 코팅을 예로 들어 보겠습니다. 간섭을 최대화하거나 줄이기 위해 코팅층의 광학적 두께는 일반적으로 1/4(QWOT) 또는 1/2(HWOT)입니다. 아래 그림에서 입사 매질의 굴절률은 n0이고, 기판의 굴절률은 ns입니다. 따라서 간섭 제거 조건을 생성할 수 있는 필름 재료의 굴절률 그림을 계산할 수 있습니다. 필름층의 윗면에서 반사되는 광선을 R1, 필름의 아랫면에서 반사되는 광선을 R2라고 한다. 필름의 광학적 두께가 1/4파장일 때 R1과 R2 사이의 광로차는 1/2파장으로 간섭조건을 만족하여 간섭상쇄간섭을 일으킨다. 현상.
이렇게 하면 반사광의 강도가 매우 작아져 반사 방지 목적을 달성하게 됩니다.
2 광학박막 설계 소프트웨어
기술자가 다양한 특정 기능을 충족하는 필름 시스템을 설계할 수 있도록 하기 위해 박막 설계 소프트웨어가 개발되었습니다. 설계 소프트웨어에는 일반적으로 사용되는 코팅 재료와 해당 매개변수, 필름 레이어 시뮬레이션, 최적화 알고리즘 및 분석 기능이 통합되어 있어 기술자가 더욱 쉽게 개발하고 분석할 수 있습니다. 다양한 필름 시스템. 일반적으로 사용되는 영화 디자인 소프트웨어는 다음과 같습니다.
A.TFCalc
TFCalc는 광학 박막 설계 및 분석을 위한 범용 도구입니다. 다양한 유형의 반사 방지, 고반사, 대역 통과, 분광, 위상 및 기타 필름 시스템을 설계하는 데 사용할 수 있습니다. TFCalc는 단일 표면에 최대 5,000개의 필름 레이어가 있는 기판에 양면 필름 시스템을 설계할 수 있습니다. 이는 필름 스택 공식의 입력을 지원하고 콘 빔, 무작위 방사선 빔 등과 같은 다양한 유형의 조명을 시뮬레이션할 수 있습니다. 둘째, 소프트웨어에는 특정 최적화 기능이 있으며 극값 및 변형 방법과 같은 방법을 사용하여 최적화할 수 있습니다. 반사율, 투과율, 흡광도, 위상, 엘립소메트리 매개변수 및 필름 시스템의 기타 목표. 이 소프트웨어에는 반사율, 투과율, 흡광도, 엘립소메트리 매개변수 분석, 전계 강도 분포 곡선, 필름 시스템 반사 및 투과 색상 분석, 결정 제어 곡선 계산, 필름 층 공차 및 감도 분석, 수율 분석 등과 같은 다양한 분석 기능이 통합되어 있습니다. TFCalc의 작동 인터페이스는 다음과 같습니다:
위에 표시된 작업 인터페이스에서 매개 변수와 경계 조건을 입력하고 최적화하면 요구 사항을 충족하는 필름 시스템을 얻을 수 있습니다. 조작은 비교적 간단하고 사용하기 쉽습니다.
B. 매클라우드 필수사항
Essential Macleod는 진정한 다중 문서 작업 인터페이스를 갖춘 완벽한 광학 필름 분석 및 설계 소프트웨어 패키지입니다. 단순한 단일층 필름부터 엄격한 분광 필름까지 광학 코팅 설계의 다양한 요구 사항을 충족할 수 있습니다. , WDM(파장 분할 다중화) 및 DWDM(고밀도 파장 분할 다중화) 필터를 평가할 수도 있습니다. 처음부터 설계하거나 기존 설계를 최적화할 수 있으며 설계 오류를 조사할 수도 있습니다. 기능이 풍부하고 강력합니다.
소프트웨어의 디자인 인터페이스는 아래 그림과 같습니다.
C. 옵티레이어
OptiLayer 소프트웨어는 매개변수 - 설계 - 생산 - 반전 분석 등 광학 박막의 전체 프로세스를 지원합니다. 여기에는 OptiLayer, OptiChar 및 OptiRE의 세 부분이 포함됩니다. 소프트웨어 기능을 향상시킬 수 있는 OptiReOpt 동적 링크 라이브러리(DLL)도 있습니다.
OptiLayer는 설계부터 목표까지 평가 기능을 검토하고 최적화를 통해 설계 목표를 달성하며 생산 전 오류 분석을 수행합니다. OptiChar는 박막 이론의 다양한 중요한 요소 하에서 층 재료 스펙트럼 특성과 측정된 스펙트럼 특성 사이의 차이 함수를 조사하고 더 좋고 현실적인 층 재료 모델과 각 요소가 현재 설계에 미치는 영향을 얻어 용도를 지적합니다. 이 재료 층을 설계할 때 고려해야 할 요소는 무엇입니까? OptiRE는 설계 모델의 분광 특성과 생산 후 실험적으로 측정된 모델의 분광 특성을 검사합니다. 엔지니어링 역전을 통해 생산 중 발생하는 일부 오류를 수집하고 이를 생산 공정에 피드백하여 생산을 안내합니다. 위의 모듈들은 다이나믹 링크 라이브러리 기능을 통해 연결될 수 있으며, 이를 통해 영화 디자인부터 제작까지 일련의 과정에서 디자인, 수정, 실시간 모니터링 등의 기능을 구현할 수 있습니다.
3 코팅 기술
다양한 도금 방법에 따라 화학적 코팅 기술과 물리적 코팅 기술의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 화학 코팅 기술은 크게 침지 도금과 스프레이 도금으로 구분됩니다. 이 기술은 오염이 더 심하고 필름 성능이 좋지 않습니다. 점차적으로 차세대 물리적 코팅 기술로 대체되고 있습니다. 물리적 코팅은 진공증착, 이온플레이팅 등의 방법으로 진행됩니다. 진공 코팅은 금속, 화합물, 기타 필름 재료를 진공 상태에서 증발(또는 스퍼터링)하여 코팅할 기판에 증착하는 방법입니다. 진공 환경에서 코팅 장비는 불순물이 적어 재료 표면의 산화를 방지하고 필름의 스펙트럼 균일성과 두께 일관성을 보장하는 데 도움이 되므로 널리 사용됩니다.
일반적인 상황에서 1기압은 10의 5Pa의 제곱 정도이며, 진공 코팅에 필요한 공기압은 일반적으로 10의 3Pa 이상의 압력이며 이는 고진공 코팅에 속합니다. 진공 코팅에서는 광학 부품의 표면이 매우 깨끗해야 하므로 가공 중 진공 챔버도 매우 깨끗해야 합니다. 현재 깨끗한 진공환경을 얻기 위한 방법은 일반적으로 진공청소기를 이용하는 것이다. 오일 확산 펌프, 분자 펌프 또는 응축 펌프는 진공을 추출하고 고진공 환경을 얻는 데 사용됩니다. 오일 확산 펌프에는 냉각수와 배압 펌프가 필요합니다. 크기가 크고 에너지를 많이 소비하므로 코팅 공정에 오염을 일으킬 수 있습니다. 분자 펌프는 일반적으로 작업을 지원하기 위해 배압 펌프가 필요하며 비용이 많이 듭니다. 대조적으로, 응축 펌프는 오염을 일으키지 않습니다. , Backing Pump가 필요 없으며 효율이 높고 신뢰성이 좋아 광학 진공 코팅에 가장 적합합니다. 일반적인 진공 코팅기의 내부 챔버는 아래 그림과 같습니다.
진공 코팅에서는 필름 재료를 가스 상태로 가열한 다음 기판 표면에 증착하여 필름 층을 형성해야 합니다. 다양한 도금 방법에 따라 열 증발 가열, 스퍼터링 가열 및 이온 도금의 세 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.
열 증발 가열은 일반적으로 저항선이나 고주파 유도를 사용하여 도가니를 가열하여 도가니의 필름 재료를 가열하고 기화시켜 코팅을 형성합니다.
스퍼터링 가열은 이온빔 스퍼터링 가열과 마그네트론 스퍼터링 가열의 두 가지 유형으로 구분됩니다. 이온빔 스퍼터링 가열은 이온총을 사용하여 이온빔을 방출합니다. 이온빔은 특정 입사각으로 대상에 충격을 가하고 표면층을 스퍼터링합니다. 원자는 기판 표면에 증착되어 얇은 막을 형성합니다. 이온빔 스퍼터링의 가장 큰 단점은 타겟 표면에 충격을 가하는 면적이 너무 작고 증착 속도가 일반적으로 낮다는 것입니다. 마그네트론 스퍼터링 가열은 전기장의 작용으로 전자가 기판을 향해 가속되는 것을 의미합니다. 이 과정에서 전자는 아르곤 가스 원자와 충돌하여 수많은 아르곤 이온과 전자를 이온화합니다. 전자는 기판을 향해 날아가고 아르곤 이온은 전기장에 의해 가열됩니다. 타겟은 타겟의 작용에 따라 가속되고 충격을 받고 타겟의 중성 타겟 원자가 기판에 증착되어 필름을 형성합니다. 마그네트론 스퍼터링은 높은 필름 형성 속도, 낮은 기판 온도, 우수한 필름 접착력을 특징으로 하며 대면적 코팅을 달성할 수 있습니다.
이온 도금이란 가스 방전을 이용하여 가스나 증발 물질을 부분적으로 이온화하고, 가스 이온이나 증발 물질 이온의 충격을 받아 증발 물질을 기판에 증착시키는 방식을 말한다. 이온 도금은 진공 증발과 스퍼터링 기술의 조합입니다. 증발 및 스퍼터링 공정의 장점을 결합하고 복잡한 필름 시스템으로 공작물을 코팅할 수 있습니다.
4 결론
이 글에서는 먼저 광학 필름의 기본 원리를 소개합니다. 필름의 수와 두께, 서로 다른 필름 층 사이의 굴절률 차이를 설정함으로써 필름 층 사이의 광선 간섭을 달성하여 필요한 필름 층 기능을 얻을 수 있습니다. 그런 다음 이 기사에서는 일반적으로 사용되는 영화 디자인 소프트웨어를 소개하여 모든 사람이 영화 디자인에 대한 예비 이해를 제공합니다. 기사의 세 번째 부분에서는 실제로 널리 사용되는 진공 코팅 기술을 중심으로 코팅 기술에 대해 자세히 소개합니다. 이 글을 읽으시면 모든 분들이 광학코팅에 대해 더 잘 이해하실 수 있을 것이라 믿습니다. 다음 기사에서는 코팅된 부품의 코팅 테스트 방법을 공유할 예정이니 계속 지켜봐 주시기 바랍니다.
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게시 시간: 2024년 4월 10일
