1 Princípios de filmes ópticos
Neste artigo, apresentaremos os princípios dos filmes finos ópticos, software de design comumente usado e tecnologia de revestimento.
O princípio básico pelo qual os filmes ópticos podem alcançar funções únicas, como anti-reflexo, alta reflexão ou divisão de luz, é a interferência da luz no filme fino. Os filmes finos são geralmente compostos por um ou mais grupos de camadas de material de alto índice de refração e camadas de material de baixo índice de refração sobrepostas alternadamente. Estes materiais da camada de película são geralmente óxidos, metais ou fluoretos. Ao definir o número, a espessura e as diferentes camadas do filme, a diferença no índice de refração entre as camadas pode regular a interferência dos feixes de luz entre as camadas do filme para obter as funções necessárias.
Tomemos como exemplo um revestimento antirreflexo comum para ilustrar esse fenômeno. Para maximizar ou reduzir a interferência, a espessura óptica da camada de revestimento é geralmente 1/4 (QWOT) ou 1/2 (HWOT). Na figura abaixo, o índice de refração do meio incidente é n0 e o índice de refração do substrato é ns. Portanto, uma imagem do índice de refração do material do filme que pode produzir condições de cancelamento de interferência pode ser calculada. O feixe de luz refletido pela superfície superior da camada de filme é R1, o feixe de luz refletido pela superfície inferior do filme é R2. Quando a espessura óptica do filme é de 1/4 do comprimento de onda, a diferença do caminho óptico entre R1 e R2 é de 1/2 comprimento de onda e as condições de interferência são atendidas, produzindo interferência destrutiva. Fenómeno.
Desta forma, a intensidade do feixe reflectido torna-se muito pequena, atingindo assim o objectivo de anti-reflexo.
2 Software óptico de design de filme fino
A fim de facilitar aos técnicos o projeto de sistemas de filmes que atendam a diversas funções específicas, foi desenvolvido um software de design de filmes finos. O software de projeto integra materiais de revestimento comumente usados e seus parâmetros, simulação de camada de filme e algoritmos de otimização e funções de análise, facilitando o desenvolvimento e a análise dos técnicos. Vários sistemas de filme. Os softwares de design de filme comumente usados são os seguintes:
A.TFCalc
TFCalc é uma ferramenta universal para projeto e análise de filmes ópticos finos. Ele pode ser usado para projetar vários tipos de sistemas de filme anti-reflexo, de alta reflexão, passa-faixa, espectroscópico, de fase e outros. TFCalc pode projetar um sistema de filme dupla face em um substrato, com até 5.000 camadas de filme em uma única superfície. Ele suporta a entrada de fórmulas de pilha de filmes e pode simular vários tipos de iluminação: como feixes cônicos, feixes de radiação aleatórios, etc. Em segundo lugar, o software possui certas funções de otimização e pode usar métodos como valores extremos e métodos variacionais para otimizar o refletividade, transmitância, absorbância, fase, parâmetros de elipsometria e outros alvos do sistema de filme. O software integra várias funções de análise, como refletividade, transmitância, absorvância, análise de parâmetros de elipsometria, curva de distribuição de intensidade de campo elétrico, reflexão do sistema de filme e análise de cores de transmissão, cálculo de curva de controle de cristal, tolerância de camada de filme e análise de sensibilidade, análise de rendimento, etc. A interface de operação do TFCalc é a seguinte:
Na interface de operação mostrada acima, ao inserir parâmetros e condições de contorno e otimizar, você pode obter um sistema de filme que atenda às suas necessidades. A operação é relativamente simples e fácil de usar.
B. Macleod Essencial
Essential Macleod é um pacote completo de software de análise e design de filmes ópticos com uma verdadeira interface de operação multidocumentos. Ele pode atender a vários requisitos em design de revestimento óptico, desde filmes simples de camada única até filmes espectroscópicos estritos. , ele também pode avaliar filtros de multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM) e multiplexação por divisão de comprimento de onda densa (DWDM). Ele pode projetar do zero ou otimizar projetos existentes e pode pesquisar erros no projeto. É rico em funções e poderoso.
A interface de design do software é mostrada na figura abaixo:
C. OptiLayer
O software OptiLayer suporta todo o processo de filmes finos ópticos: parâmetros - projeto - produção - análise de inversão. Inclui três partes: OptiLayer, OptiChar e OptiRE. Há também uma biblioteca de link dinâmico (DLL) OptiReOpt que pode aprimorar as funções do software.
OptiLayer examina a função de avaliação desde o projeto até o objetivo, atinge o objetivo do projeto por meio da otimização e realiza análises de erros de pré-produção. OptiChar examina a função de diferença entre as características espectrais do material da camada e suas características espectrais medidas sob vários fatores importantes na teoria do filme fino e obtém um modelo de material de camada melhor e realista e a influência de cada fator no projeto atual, apontando o uso. fatores precisam ser considerados ao projetar esta camada de materiais? OptiRE examina as características espectrais do modelo de design e as características espectrais do modelo medidas experimentalmente após a produção. Através da inversão de engenharia, obtemos alguns erros gerados durante a produção e os devolvemos ao processo produtivo para orientar a produção. Os módulos acima podem ser vinculados por meio da função de biblioteca de vínculo dinâmico, realizando assim funções como design, modificação e monitoramento em tempo real em uma série de processos, desde o design do filme até a produção.
3 Tecnologia de revestimento
De acordo com os diferentes métodos de revestimento, pode ser dividido em duas categorias: tecnologia de revestimento químico e tecnologia de revestimento físico. A tecnologia de revestimento químico é dividida principalmente em revestimento por imersão e revestimento por pulverização. Essa tecnologia é mais poluente e tem baixo desempenho de filme. Está sendo gradualmente substituído por uma nova geração de tecnologia de revestimento físico. O revestimento físico é realizado por evaporação a vácuo, revestimento iônico, etc. O revestimento a vácuo é um método de evaporação (ou pulverização catódica) de metais, compostos e outros materiais de filme no vácuo para depositá-los no substrato a ser revestido. Em um ambiente de vácuo, o equipamento de revestimento possui menos impurezas, o que pode prevenir a oxidação da superfície do material e ajudar a garantir a uniformidade espectral e a consistência da espessura do filme, por isso é amplamente utilizado.
Em circunstâncias normais, 1 pressão atmosférica é cerca de 10 elevado à potência de 5 Pa, e a pressão do ar necessária para o revestimento a vácuo é geralmente 10 elevado à potência de 3 Pa e superior, o que pertence ao revestimento de alto vácuo. No revestimento a vácuo, a superfície dos componentes ópticos precisa estar muito limpa, portanto a câmara de vácuo durante o processamento também precisa estar muito limpa. Atualmente, a forma de obter um ambiente de vácuo limpo é geralmente através da aspiração. Bombas de difusão de óleo, Uma bomba molecular ou bomba de condensação é usada para extrair vácuo e obter um ambiente de alto vácuo. As bombas de difusão de óleo requerem água de resfriamento e uma bomba de apoio. São grandes e consomem muita energia, o que causará poluição ao processo de revestimento. As bombas moleculares geralmente requerem uma bomba de apoio para auxiliar em seu trabalho e são caras. Em contraste, as bombas de condensação não causam poluição. , não requer bomba de apoio, tem alta eficiência e boa confiabilidade, por isso é mais adequado para revestimento óptico a vácuo. A câmara interna de uma máquina de revestimento a vácuo comum é mostrada na figura abaixo:
No revestimento a vácuo, o material do filme precisa ser aquecido até o estado gasoso e depois depositado na superfície do substrato para formar uma camada de filme. De acordo com os diferentes métodos de galvanização, pode ser dividido em três tipos: aquecimento por evaporação térmica, aquecimento por pulverização catódica e galvanização iônica.
O aquecimento por evaporação térmica geralmente usa fio de resistência ou indução de alta frequência para aquecer o cadinho, de modo que o material do filme no cadinho seja aquecido e vaporizado para formar um revestimento.
O aquecimento por pulverização catódica é dividido em dois tipos: aquecimento por pulverização catódica por feixe de íons e aquecimento por pulverização catódica por magnetron. O aquecimento por pulverização catódica por feixe de íons usa uma pistola de íons para emitir um feixe de íons. O feixe de íons bombardeia o alvo em um determinado ângulo de incidência e espalha sua camada superficial. átomos, que se depositam na superfície do substrato para formar uma película fina. A principal desvantagem da pulverização catódica por feixe de íons é que a área bombardeada na superfície do alvo é muito pequena e a taxa de deposição é geralmente baixa. O aquecimento por pulverização catódica do magnetron significa que os elétrons aceleram em direção ao substrato sob a ação de um campo elétrico. Durante este processo, os elétrons colidem com os átomos do gás argônio, ionizando um grande número de íons e elétrons de argônio. Os elétrons voam em direção ao substrato e os íons de argônio são aquecidos pelo campo elétrico. O alvo é acelerado e bombardeado sob a ação do alvo, e os átomos neutros do alvo no alvo são depositados no substrato para formar um filme. A pulverização catódica por magnetron é caracterizada por alta taxa de formação de filme, baixa temperatura do substrato, boa adesão do filme e pode atingir revestimento de grandes áreas.
O revestimento iônico refere-se a um método que usa descarga de gás para ionizar parcialmente o gás ou substâncias evaporadas e deposita substâncias evaporadas em um substrato sob o bombardeio de íons de gás ou íons de substâncias evaporadas. O revestimento iônico é uma combinação de evaporação a vácuo e tecnologia de pulverização catódica. Ele combina as vantagens dos processos de evaporação e pulverização catódica e pode revestir peças com sistemas de filme complexos.
4 Conclusão
Neste artigo, apresentamos primeiro os princípios básicos dos filmes ópticos. Ao definir o número e a espessura do filme e a diferença no índice de refração entre as diferentes camadas do filme, podemos obter a interferência dos feixes de luz entre as camadas do filme, obtendo assim a função necessária da camada de filme. Este artigo apresenta software de design de filmes comumente usado para dar a todos uma compreensão preliminar do design de filmes. Na terceira parte do artigo, damos uma introdução detalhada à tecnologia de revestimento, com foco na tecnologia de revestimento a vácuo que é amplamente utilizada na prática. Acredito que ao ler este artigo todos terão uma melhor compreensão do revestimento óptico. No próximo artigo, compartilharemos o método de teste de revestimento dos componentes revestidos, portanto fique atento.
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Horário da postagem: 10 de abril de 2024
