1 Prinsipper for optiske filmer
I denne artikkelen vil vi introdusere prinsippene for optiske tynne filmer, ofte brukt designprogramvare og beleggteknologi.
Grunnprinsippet for hvorfor optiske filmer kan oppnå unike funksjoner som antirefleksjon, høy refleksjon eller lyssplitting er tynnfilmsinterferensen av lys. Tynne filmer er vanligvis sammensatt av en eller flere grupper av materialelag med høy brytningsindeks og materialelag med lav brytningsindeks vekselvis overliggende. Disse filmlagmaterialene er vanligvis oksider, metaller eller fluorider. Ved å angi antall, tykkelse og forskjellige filmlag av filmen, kan forskjellen i brytningsindeks mellom lag regulere interferensen av lysstråler mellom filmlag for å oppnå de nødvendige funksjonene.
La oss ta et vanlig antirefleksjonsbelegg som et eksempel for å illustrere dette fenomenet. For å maksimere eller redusere interferens er den optiske tykkelsen på belegglaget vanligvis 1/4 (QWOT) eller 1/2 (HWOT). I figuren nedenfor er brytningsindeksen til det innfallende mediet n0, og brytningsindeksen til substratet er ns. Derfor kan et bilde av brytningsindeksen til filmmaterialet som kan produsere interferenskanselleringsbetingelser beregnes. Lysstrålen som reflekteres av den øvre overflaten av filmlaget er R1, Lysstrålen som reflekteres av den nedre overflaten av filmen er R2. Når den optiske tykkelsen på filmen er 1/4 bølgelengde, er den optiske baneforskjellen mellom R1 og R2 1/2 bølgelengde, og interferensbetingelsene er oppfylt, og produserer dermed interferensødeleggende interferens. Fenomen.
På denne måten blir intensiteten til den reflekterte strålen veldig liten, og oppnår dermed formålet med antirefleksjon.
2 Designprogramvare for optisk tynnfilm
For å gjøre det lettere for teknikere å designe filmsystemer som oppfyller ulike spesifikke funksjoner, er det utviklet programvare for tynnfilmdesign. Designprogramvaren integrerer vanlige beleggmaterialer og deres parametere, filmlagssimulering og optimaliseringsalgoritmer og analysefunksjoner, noe som gjør det lettere for teknikere å utvikle og analysere. Ulike filmsystemer. Vanlig brukt programvare for filmdesign er som følger:
A.TFCalc
TFCalc er et universelt verktøy for optisk tynnfilmdesign og -analyse. Den kan brukes til å designe ulike typer antirefleksjon, høyrefleksjon, båndpass, spektroskopiske, fase- og andre filmsystemer. TFCalc kan designe et dobbeltsidig filmsystem på et underlag, med opptil 5000 filmlag på en enkelt overflate. Den støtter innspilling av filmstabelformler og kan simulere ulike typer belysning: som kjeglestråler, tilfeldige strålingsstråler osv. For det andre har programvaren visse optimaliseringsfunksjoner, og kan bruke metoder som ekstremverdi og variasjonsmetoder for å optimalisere reflektivitet, transmittans, absorbans, fase, ellipsometriparametere og andre mål for filmsystemet. Programvaren integrerer ulike analysefunksjoner, som reflektivitet, transmittans, absorbans, ellipsometriparameteranalyse, elektrisk feltintensitetsfordelingskurve, filmsystemrefleksjon og transmisjonsfargeanalyse, beregning av krystallkontrollkurve, filmlagstoleranse og følsomhetsanalyse, avkastningsanalyse, etc. Driftsgrensesnittet til TFCalc er som følger:
I operasjonsgrensesnittet vist ovenfor, ved å legge inn parametere og grensebetingelser og optimalisere, kan du få et filmsystem som dekker dine behov. Operasjonen er relativt enkel og lett å bruke.
B. Essential Macleod
Essential Macleod er en komplett programvarepakke for optisk filmanalyse og design med et ekte multi-dokument operasjonsgrensesnitt. Den kan oppfylle ulike krav innen optisk beleggdesign, fra enkle enkeltlagsfilmer til strenge spektroskopiske filmer. , kan den også evaluere bølgelengdedelingsmultipleksing (WDM) og tett bølgelengdedelingsmultipleksing (DWDM) filtre. Den kan designe fra bunnen av eller optimalisere eksisterende design, og kan kartlegge feil i designet. Den er rik på funksjoner og kraftig.
Designgrensesnittet til programvaren er vist i figuren nedenfor:
C. OptiLayer
OptiLayer-programvaren støtter hele prosessen med optiske tynne filmer: parametere - design - produksjon - inversjonsanalyse. Den inkluderer tre deler: OptiLayer, OptiChar og OptiRE. Det er også et OptiReOpt dynamic link library (DLL) som kan forbedre funksjonene til programvaren.
OptiLayer undersøker evalueringsfunksjonen fra design til mål, oppnår designmålet gjennom optimalisering og utfører feilanalyse før produksjon. OptiChar undersøker forskjellsfunksjonen mellom lagmaterialets spektrale egenskaper og dets målte spektralegenskaper under ulike viktige faktorer i tynnfilmteori, og oppnår en bedre og realistisk lagmaterialmodell og påvirkningen av hver faktor på dagens design, og påpeker bruken Hva faktorer må tas i betraktning når du designer dette laget av materialer? OptiRE undersøker de spektrale egenskapene til designmodellen og de spektrale egenskapene til modellen målt eksperimentelt etter produksjon. Gjennom ingeniørinversjon får vi noen feil generert under produksjonen og leverer dem tilbake til produksjonsprosessen for å veilede produksjonen. Modulene ovenfor kan kobles sammen gjennom funksjonen for dynamisk lenkebibliotek, og derved realisere funksjoner som design, modifikasjon og sanntidsovervåking i en serie prosesser fra filmdesign til produksjon.
3 Beleggingsteknologi
I henhold til forskjellige pletteringsmetoder kan den deles inn i to kategorier: kjemisk belegningsteknologi og fysisk belegningsteknologi. Kjemisk belegningsteknologi er hovedsakelig delt inn i nedsenkingsplettering og sprayplettering. Denne teknologien er mer forurensende og har dårlig filmytelse. Den blir gradvis erstattet av en ny generasjon fysisk beleggteknologi. Fysisk belegning utføres ved vakuumfordampning, ioneplettering osv. Vakuumbelegging er en metode for å fordampe (eller sputtere) metaller, forbindelser og andre filmmaterialer i vakuum for å avsette dem på underlaget som skal belegges. I et vakuummiljø har beleggsutstyr færre urenheter, noe som kan forhindre oksidasjon av materialoverflaten og bidra til å sikre den spektrale jevnheten og tykkelsen til filmen, så den er mye brukt.
Under normale omstendigheter er 1 atmosfærisk trykk omtrent 10 til 5 Pa, og lufttrykket som kreves for vakuumbelegg er vanligvis 10 til 3 Pa og over, som tilhører høyvakuumbelegg. Ved vakuumbelegg må overflaten til optiske komponenter være veldig ren, så vakuumkammeret under behandlingen må også være veldig rent. For øyeblikket er måten å oppnå et rent vakuummiljø generelt på å bruke støvsuging. Oljediffusjonspumper, En molekylær pumpe eller kondensasjonspumpe brukes til å trekke ut vakuum og oppnå et høyvakuummiljø. Oljediffusjonspumper krever kjølevann og en støttepumpe. De er store i størrelse og bruker høy energi, noe som vil føre til forurensning av belegningsprosessen. Molekylærpumper krever vanligvis en støttepumpe for å hjelpe i arbeidet og er dyre. Derimot forårsaker ikke kondenspumper forurensning. , krever ikke støttepumpe, har høy effektivitet og god pålitelighet, så den er mest egnet for optisk vakuumbelegg. Det indre kammeret til en vanlig vakuumbeleggmaskin er vist i figuren nedenfor:
Ved vakuumbelegging må filmmaterialet varmes opp til en gassform og deretter avsettes på overflaten av substratet for å danne et filmlag. I henhold til de forskjellige pletteringsmetodene kan den deles inn i tre typer: termisk fordampningsoppvarming, sputteringsoppvarming og ionplettering.
Termisk fordampningsoppvarming bruker vanligvis motstandstråd eller høyfrekvent induksjon for å varme opp digelen, slik at filmmaterialet i digelen varmes opp og fordampes for å danne et belegg.
Sputtering oppvarming er delt inn i to typer: ionestråle sputtering oppvarming og magnetron sputtering oppvarming. Ionestråleforstøvningsoppvarming bruker en ionekanon for å sende ut en ionestråle. Ionestrålen bombarderer målet i en viss innfallsvinkel og sputter ut overflatelaget. atomer, som avsettes på overflaten av underlaget for å danne en tynn film. Den største ulempen med ionestråleforstøvning er at området som bombarderes på måloverflaten er for lite og avsetningshastigheten er generelt lav. Magnetron sputtering oppvarming betyr at elektroner akselererer mot substratet under påvirkning av et elektrisk felt. Under denne prosessen kolliderer elektroner med argongassatomer, og ioniserer et stort antall argonioner og elektroner. Elektronene flyr mot substratet, og argonionene varmes opp av det elektriske feltet. Målet akselereres og bombarderes under påvirkning av målet, og de nøytrale målatomene i målet avsettes på underlaget for å danne en film. Magnetronsputtering er preget av høy filmdannelseshastighet, lav substrattemperatur, god filmvedheft og kan oppnå belegg med store arealer.
Ioneplettering refererer til en metode som bruker gassutslipp til å delvis ionisere gass eller fordampede stoffer, og avleirer fordampede stoffer på et substrat under bombardement av gassioner eller fordampede substansioner. Ioneplettering er en kombinasjon av vakuumfordampning og sputterteknologi. Den kombinerer fordelene ved fordampnings- og sputterprosesser og kan belegge arbeidsstykker med komplekse filmsystemer.
4 Konklusjon
I denne artikkelen introduserer vi først de grunnleggende prinsippene for optiske filmer. Ved å stille inn antall og tykkelse på filmen og forskjellen i brytningsindeks mellom forskjellige filmlag, kan vi oppnå interferens av lysstråler mellom filmlagene, og dermed oppnå den nødvendige filmlagsfunksjonen. Denne artikkelen introduserer deretter vanlig brukt filmdesignprogramvare for å gi alle en foreløpig forståelse av filmdesign. I den tredje delen av artikkelen gir vi en detaljert introduksjon til beleggingsteknologi, med fokus på vakuumbeleggingsteknologien som er mye brukt i praksis. Jeg tror at gjennom å lese denne artikkelen vil alle få en bedre forståelse av optisk belegg. I neste artikkel vil vi dele beleggtestmetoden til de belagte komponentene, så følg med.
Kontakt:
Email:info@pliroptics.com ;
Telefon/Whatsapp/Wechat:86 19013265659
Legg til: bygning 1, nr. 1558, etterretningsvei, qingbaijiang, chengdu, sichuan, Kina
Innleggstid: 10-apr-2024
