1 Principes van optische films
In dit artikel introduceren we de principes van optische dunne films, veelgebruikte ontwerpsoftware en coatingtechnologie.
Het basisprincipe waarom optische films unieke functies kunnen vervullen, zoals antireflectie, hoge reflectie of lichtsplitsing, is de dunnefilminterferentie van licht. Dunne films zijn gewoonlijk samengesteld uit één of meer groepen materiaallagen met een hoge brekingsindex en materiaallagen met een lage brekingsindex, die afwisselend over elkaar heen zijn gelegd. Deze filmlaagmaterialen zijn in het algemeen oxiden, metalen of fluoriden. Door het aantal, de dikte en de verschillende filmlagen van de film in te stellen, kan het verschil in brekingsindex tussen de lagen de interferentie van lichtstralen tussen filmlagen reguleren om de vereiste functies te verkrijgen.
Laten we een veelgebruikte antireflectiecoating als voorbeeld nemen om dit fenomeen te illustreren. Om interferentie te maximaliseren of te verminderen, is de optische dikte van de coatinglaag doorgaans 1/4 (QWOT) of 1/2 (HWOT). In de onderstaande figuur is de brekingsindex van het invallende medium n0, en de brekingsindex van het substraat ns. Daarom kan een beeld worden berekend van de brekingsindex van het filmmateriaal dat omstandigheden voor het opheffen van interferentie kan produceren. De lichtbundel die wordt gereflecteerd door het bovenoppervlak van de filmlaag is R1. De lichtbundel die wordt gereflecteerd door het onderoppervlak van de film is R2. Wanneer de optische dikte van de film 1/4 golflengte is, is het optische padverschil tussen R1 en R2 1/2 golflengte en wordt aan de interferentievoorwaarden voldaan, waardoor interferentie-destructieve interferentie ontstaat. Fenomeen.
Op deze manier wordt de intensiteit van de gereflecteerde straal zeer klein, waardoor het doel van antireflectie wordt bereikt.
2 Optische dunne-filmontwerpsoftware
Om technici in staat te stellen filmsystemen te ontwerpen die aan verschillende specifieke functies voldoen, is er dunne-filmontwerpsoftware ontwikkeld. De ontwerpsoftware integreert veelgebruikte coatingmaterialen en hun parameters, filmlaagsimulatie- en optimalisatie-algoritmen en analysefuncties, waardoor het voor technici gemakkelijker wordt om te ontwikkelen en te analyseren. Diverse filmsystemen. Veelgebruikte filmontwerpsoftware is als volgt:
A.TFCalc
TFCalc is een universeel hulpmiddel voor het ontwerpen en analyseren van optische dunne films. Het kan worden gebruikt voor het ontwerpen van verschillende soorten antireflectie-, hoge-reflectie-, banddoorlaat-, spectroscopische, fase- en andere filmsystemen. TFCalc kan een dubbelzijdig filmsysteem op een substraat ontwerpen, met maximaal 5.000 filmlagen op één oppervlak. Het ondersteunt de invoer van filmstapelformules en kan verschillende soorten verlichting simuleren: zoals kegelbundels, willekeurige stralingsbundels, enz. Ten tweede beschikt de software over bepaalde optimalisatiefuncties en kan methoden zoals extreme waarde en variatiemethoden gebruiken om de reflectiviteit, transmissie, absorptie, fase, ellipsometrieparameters en andere doelen van het filmsysteem. De software integreert verschillende analysefuncties, zoals reflectiviteit, transmissie, absorptie, ellipsometrieparameteranalyse, distributiecurve van de elektrische veldintensiteit, filmsysteemreflectie en transmissiekleuranalyse, berekening van de kristalcontrolecurve, filmlaagtolerantie en gevoeligheidsanalyse, opbrengstanalyse, enz. De bedieningsinterface van TFCalc is als volgt:
In de hierboven weergegeven bedieningsinterface kunt u, door parameters en randvoorwaarden in te voeren en te optimaliseren, een filmsysteem krijgen dat aan uw behoeften voldoet. De bediening is relatief eenvoudig en gemakkelijk te gebruiken.
B. Essentiële Macleod
Essential Macleod is een compleet softwarepakket voor optische filmanalyse en -ontwerp met een echte bedieningsinterface voor meerdere documenten. Het kan voldoen aan verschillende eisen op het gebied van het ontwerpen van optische coatings, van eenvoudige enkellaagsfilms tot strikte spectroscopische films. kan het ook filters voor golflengteverdelingsmultiplexing (WDM) en dichte golflengteverdelingsmultiplexing (DWDM) evalueren. Het kan vanaf het begin ontwerpen of bestaande ontwerpen optimaliseren, en fouten in het ontwerp onderzoeken. Het is rijk aan functies en krachtig.
De ontwerpinterface van de software wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding:
C. OptiLayer
OptiLayer-software ondersteunt het gehele proces van optische dunne films: parameters - ontwerp - productie - inversieanalyse. Het bestaat uit drie delen: OptiLayer, OptiChar en OptiRE. Er is ook een OptiReOpt dynamische linkbibliotheek (DLL) die de functies van de software kan verbeteren.
OptiLayer onderzoekt de evaluatiefunctie van ontwerp tot doel, bereikt het ontwerpdoel door middel van optimalisatie en voert pre-productiefoutanalyses uit. OptiChar onderzoekt de verschilfunctie tussen de spectrale eigenschappen van het laagmateriaal en de gemeten spectrale eigenschappen ervan onder verschillende belangrijke factoren in de dunnefilmtheorie, en verkrijgt een beter en realistischer laagmateriaalmodel en de invloed van elke factor op het huidige ontwerp, waarbij wordt gewezen op het gebruik. factoren waarmee rekening moet worden gehouden bij het ontwerpen van deze materiaallaag? OptiRE onderzoekt de spectrale kenmerken van het ontwerpmodel en de spectrale kenmerken van het model, experimenteel gemeten na productie. Door middel van technische inversie verkrijgen we enkele fouten die tijdens de productie zijn gegenereerd en voeren deze terug naar het productieproces om de productie te begeleiden. De bovenstaande modules kunnen worden gekoppeld via de dynamische linkbibliotheekfunctie, waardoor functies zoals ontwerp, aanpassing en realtime monitoring worden gerealiseerd in een reeks processen van filmontwerp tot productie.
3 Coatingtechnologie
Volgens verschillende plateringsmethoden kan het in twee categorieën worden verdeeld: chemische coatingtechnologie en fysieke coatingtechnologie. Chemische coatingtechnologie is hoofdzakelijk onderverdeeld in dompelplating en sproeiplating. Deze technologie is meer vervuilend en heeft slechte filmprestaties. Het wordt geleidelijk vervangen door een nieuwe generatie fysieke coatingtechnologie. Fysieke coating wordt uitgevoerd door vacuümverdamping, ionenplateren, enz. Vacuümcoating is een methode voor het verdampen (of sputteren) van metalen, verbindingen en andere filmmaterialen in een vacuüm om ze op het te coaten substraat af te zetten. In een vacuümomgeving heeft coatingapparatuur minder onzuiverheden, wat oxidatie van het materiaaloppervlak kan voorkomen en de spectrale uniformiteit en dikteconsistentie van de film kan helpen garanderen, dus wordt deze veel gebruikt.
Onder normale omstandigheden is 1 atmosferische druk ongeveer 10 tot de macht van 5 Pa, en de luchtdruk die nodig is voor vacuümcoaten is over het algemeen 10 tot de macht van 3 Pa en hoger, wat behoort tot hoogvacuümcoaten. Bij vacuümcoaten moet het oppervlak van optische componenten zeer schoon zijn, dus de vacuümkamer tijdens de verwerking moet ook zeer schoon zijn. Momenteel is de manier om een schone vacuümomgeving te verkrijgen doorgaans het gebruik van stofzuigen. Oliediffusiepompen, Een moleculaire pomp of condensatiepomp wordt gebruikt om vacuüm te extraheren en een hoogvacuümomgeving te verkrijgen. Oliediffusiepompen hebben koelwater en een voorpomp nodig. Ze zijn groot van formaat en verbruiken veel energie, wat vervuiling van het coatingproces zal veroorzaken. Moleculaire pompen hebben doorgaans een hulppomp nodig om hun werk te ondersteunen, en zijn duur. Condensatiepompen veroorzaken daarentegen geen vervuiling. , vereist geen steunpomp, heeft een hoog rendement en een goede betrouwbaarheid, dus het is het meest geschikt voor optische vacuümcoating. De interne kamer van een gewone vacuümcoatingmachine wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding:
Bij vacuümcoaten moet het filmmateriaal worden verwarmd tot een gasvormige toestand en vervolgens op het oppervlak van het substraat worden afgezet om een filmlaag te vormen. Volgens de verschillende galvaniseringsmethoden kan het worden onderverdeeld in drie typen: thermische verdampingsverwarming, sputterverwarming en ionenplating.
Bij thermische verdampingsverwarming wordt gewoonlijk weerstandsdraad of hoogfrequente inductie gebruikt om de smeltkroes te verwarmen, zodat het filmmateriaal in de smeltkroes wordt verwarmd en verdampt om een coating te vormen.
Sputterverwarming is onderverdeeld in twee typen: ionenbundelsputterverwarming en magnetronsputterverwarming. Bij ionenstraalsputterverwarming wordt een ionenkanon gebruikt om een ionenstraal uit te zenden. De ionenbundel bombardeert het doel onder een bepaalde invalshoek en sputtert de oppervlaktelaag eruit. atomen, die zich op het oppervlak van het substraat afzetten en een dunne film vormen. Het belangrijkste nadeel van het sputteren van ionenbundels is dat het gebied dat op het doeloppervlak wordt gebombardeerd te klein is en dat de afzettingssnelheid over het algemeen laag is. Magnetronsputterverhitting betekent dat elektronen onder invloed van een elektrisch veld naar het substraat versnellen. Tijdens dit proces botsen elektronen met argongasatomen, waardoor een groot aantal argonionen en elektronen worden geïoniseerd. De elektronen vliegen naar het substraat en de argonionen worden verwarmd door het elektrische veld. Het doel wordt versneld en gebombardeerd onder de werking van het doel, en de neutrale doelatomen in het doel worden op het substraat afgezet om een film te vormen. Magnetronsputteren wordt gekenmerkt door een hoge filmvormingssnelheid, lage substraattemperatuur, goede filmhechting en kan een coating over een groot oppervlak bereiken.
Ionenplating verwijst naar een methode waarbij gasontlading wordt gebruikt om gas of verdampte stoffen gedeeltelijk te ioniseren, en verdampte stoffen op een substraat afzet onder het bombardement van gasionen of verdampte stofionen. Ion-plating is een combinatie van vacuümverdamping en sputtertechnologie. Het combineert de voordelen van verdampings- en sputterprocessen en kan werkstukken coaten met complexe filmsystemen.
4 Conclusie
In dit artikel introduceren we eerst de basisprincipes van optische films. Door het aantal en de dikte van de film en het verschil in brekingsindex tussen verschillende filmlagen in te stellen, kunnen we de interferentie van lichtbundels tussen de filmlagen bereiken, waardoor de vereiste filmlaagfunctie wordt verkregen. Dit artikel introduceert vervolgens veelgebruikte filmontwerpsoftware om iedereen een voorlopig inzicht te geven in filmontwerp. In het derde deel van het artikel geven we een gedetailleerde introductie in de coatingtechnologie, waarbij de nadruk ligt op de vacuümcoatingtechnologie die in de praktijk veel wordt gebruikt. Ik geloof dat iedereen door het lezen van dit artikel een beter begrip zal krijgen van optische coating. In het volgende artikel zullen we de coatingtestmethode van de gecoate componenten delen, dus houd het in de gaten.
Contact:
Email:info@pliroptics.com ;
Telefoon/Whatsapp/Wechat:86 19013265659
Toevoegen: Gebouw 1, nr. 1558, inlichtingenweg, qingbaijiang, chengdu, Sichuan, China
Posttijd: 10 april 2024
