1 Principer för optiska filmer
I den här artikeln kommer vi att introducera principerna för optiska tunna filmer, vanlig designprogramvara och beläggningsteknik.
Grundprincipen för varför optiska filmer kan uppnå unika funktioner som antireflektion, hög reflektion eller ljusdelning är tunnfilmsinterferensen av ljus. Tunna filmer är vanligtvis sammansatta av en eller flera grupper av materialskikt med högt brytningsindex och materialskikt med lågt brytningsindex växelvis överlagrade. Dessa filmskiktsmaterial är i allmänhet oxider, metaller eller fluorider. Genom att ställa in antalet, tjockleken och de olika filmskikten för filmen, kan skillnaden i brytningsindex mellan skikten reglera interferensen av ljusstrålar mellan filmskikten för att erhålla de nödvändiga funktionerna.
Låt oss ta en vanlig antireflexbeläggning som ett exempel för att illustrera detta fenomen. För att maximera eller minska interferensen är beläggningsskiktets optiska tjocklek vanligtvis 1/4 (QWOT) eller 1/2 (HWOT). I figuren nedan är brytningsindexet för det infallande mediet n0 och brytningsindexet för substratet är ns. Därför kan en bild av filmmaterialets brytningsindex som kan producera interferensutjämningsförhållanden beräknas. Ljusstrålen som reflekteras av filmskiktets övre yta är R1, Ljusstrålen som reflekteras av filmens nedre yta är R2. När den optiska tjockleken av filmen är 1/4 våglängd, är den optiska vägskillnaden mellan R1 och R2 1/2 våglängd, och interferensvillkoren är uppfyllda, vilket skapar störningsförstörande interferens. Fenomen.
På detta sätt blir intensiteten hos den reflekterade strålen mycket liten, vilket uppnår syftet med antireflektion.
2 Designprogram för optisk tunnfilm
För att underlätta för tekniker att designa filmsystem som uppfyller olika specifika funktioner har tunnfilmsdesignmjukvara utvecklats. Designmjukvaran integrerar vanliga beläggningsmaterial och deras parametrar, filmskiktssimulerings- och optimeringsalgoritmer och analysfunktioner, vilket gör det lättare för tekniker att utveckla och analysera. Olika filmsystem. Vanligt använda mjukvara för filmdesign är följande:
A.TFCalc
TFCalc är ett universellt verktyg för optisk tunnfilmsdesign och analys. Den kan användas för att designa olika typer av antireflektions-, högreflektions-, bandpass-, spektroskopiska, fas- och andra filmsystem. TFCalc kan designa ett dubbelsidigt filmsystem på ett substrat, med upp till 5 000 filmlager på en enda yta. Den stöder inmatning av filmstapelformler och kan simulera olika typer av belysning: såsom konstrålar, slumpmässiga strålar, etc. För det andra har programvaran vissa optimeringsfunktioner och kan använda metoder som extremvärde och variationsmetoder för att optimera reflektivitet, transmittans, absorbans, fas, ellipsometriparametrar och andra mål för filmsystemet. Programvaran integrerar olika analysfunktioner, såsom reflektivitet, transmittans, absorbans, ellipsometriparameteranalys, elektrisk fältintensitetsfördelningskurva, filmsystemreflektion och transmissionsfärganalys, beräkning av kristallkontrollkurva, filmskiktstolerans och känslighetsanalys, avkastningsanalys, etc. Driftgränssnittet för TFCalc är som följer:
I driftgränssnittet som visas ovan kan du genom att mata in parametrar och randvillkor och optimera få ett filmsystem som uppfyller dina behov. Operationen är relativt enkel och lätt att använda.
B. Essential Macleod
Essential Macleod är ett komplett mjukvarupaket för optisk filmanalys och design med ett äkta gränssnitt för flera dokument. Den kan uppfylla olika krav inom optisk beläggningsdesign, från enkla enskiktsfilmer till strikta spektroskopiska filmer. kan den också utvärdera våglängdsdelningsmultiplexeringsfilter (WDM) och täta våglängdsmultiplexeringsfilter (DWDM). Den kan designa från grunden eller optimera befintliga konstruktioner och kan kartlägga fel i konstruktionen. Den är rik på funktioner och kraftfull.
Designgränssnittet för programvaran visas i bilden nedan:
C. OptiLayer
OptiLayer-mjukvaran stöder hela processen med optiska tunna filmer: parametrar - design - produktion - inversionsanalys. Den innehåller tre delar: OptiLayer, OptiChar och OptiRE. Det finns också ett OptiReOpt dynamic link library (DLL) som kan förbättra programvarans funktioner.
OptiLayer undersöker utvärderingsfunktionen från design till mål, uppnår designmålet genom optimering och utför felanalys före produktion. OptiChar undersöker skillnadsfunktionen mellan skiktmaterialets spektrala egenskaper och dess uppmätta spektrala egenskaper under olika viktiga faktorer i tunnfilmsteori, och erhåller en bättre och realistisk skiktmaterialmodell och inverkan av varje faktor på den aktuella designen, och pekar på användningen Vad faktorer måste beaktas när man utformar detta lager av material? OptiRE undersöker designmodellens spektrala egenskaper och modellens spektrala egenskaper mätt experimentellt efter produktion. Genom teknisk inversion får vi fram några fel som genereras under produktionen och återkopplar dem till produktionsprocessen för att styra produktionen. Ovanstående moduler kan länkas genom funktionen för dynamisk länkbibliotek och därigenom realisera funktioner som design, modifiering och realtidsövervakning i en serie processer från filmdesign till produktion.
3 Beläggningsteknik
Enligt olika pläteringsmetoder kan den delas in i två kategorier: kemisk beläggningsteknik och fysisk beläggningsteknik. Kemisk beläggningsteknik är huvudsakligen uppdelad i nedsänkningsplätering och sprayplätering. Denna teknik är mer förorenande och har dålig filmprestanda. Den ersätts gradvis av en ny generation av fysisk beläggningsteknik. Fysisk beläggning utförs genom vakuumindunstning, jonplätering, etc. Vakuumbeläggning är en metod för att förånga (eller förstofta) metaller, föreningar och andra filmmaterial i vakuum för att avsätta dem på substratet som ska beläggas. I en vakuummiljö har beläggningsutrustning färre föroreningar, vilket kan förhindra oxidation av materialytan och hjälpa till att säkerställa filmens spektrala enhetlighet och tjocklekskonsistens, så den används ofta.
Under normala omständigheter är 1 atmosfärstryck cirka 10 till 5 Pa, och lufttrycket som krävs för vakuumbeläggning är i allmänhet 10 till 3 Pa och högre, vilket hör till högvakuumbeläggning. Vid vakuumbeläggning måste ytan på optiska komponenter vara mycket ren, så vakuumkammaren under bearbetningen måste också vara mycket ren. För närvarande är sättet att få en ren vakuummiljö i allmänhet att använda dammsugning. Oljediffusionspumpar, En molekylär pump eller kondensationspump används för att extrahera vakuum och erhålla en högvakuummiljö. Oljediffusionspumpar kräver kylvatten och en stödpump. De är stora i storlek och förbrukar hög energi, vilket kommer att orsaka förorening av beläggningsprocessen. Molekylära pumpar kräver vanligtvis en stödpump för att hjälpa till i deras arbete och är dyra. Däremot orsakar inte kondenspumpar föroreningar. , kräver ingen stödpump, har hög effektivitet och god tillförlitlighet, så den är mest lämplig för optisk vakuumbeläggning. Den inre kammaren i en vanlig vakuumbeläggningsmaskin visas i figuren nedan:
Vid vakuumbeläggning måste filmmaterialet värmas till ett gasformigt tillstånd och sedan avsättas på ytan av substratet för att bilda ett filmskikt. Enligt de olika pläteringsmetoderna kan den delas in i tre typer: termisk förångningsuppvärmning, sputteringsuppvärmning och jonplätering.
Termisk förångningsuppvärmning använder vanligtvis motståndstråd eller högfrekvent induktion för att värma degeln, så att filmmaterialet i degeln värms upp och förångas för att bilda en beläggning.
Sputtering uppvärmning är uppdelad i två typer: jonstråle sputtering uppvärmning och magnetron sputtering uppvärmning. Uppvärmning med jonstråleförstoftning använder en jonpistol för att avge en jonstråle. Jonstrålen bombarderar målet i en viss infallsvinkel och sputter ut dess ytskikt. atomer, som avsätts på ytan av substratet för att bilda en tunn film. Den största nackdelen med jonstråleförstoftning är att området som bombarderas på målytan är för litet och avsättningshastigheten är generellt låg. Magnetronsputtringsuppvärmning innebär att elektroner accelererar mot substratet under inverkan av ett elektriskt fält. Under denna process kolliderar elektroner med argongasatomer och joniserar ett stort antal argonjoner och elektroner. Elektronerna flyger mot substratet och argonjonerna värms upp av det elektriska fältet. Målet accelereras och bombarderas under inverkan av målet, och de neutrala målatomerna i målet avsätts på substratet för att bilda en film. Magnetronförstoftning kännetecknas av hög filmbildningshastighet, låg substrattemperatur, god filmvidhäftning och kan uppnå stor ytbeläggning.
Jonplätering hänvisar till en metod som använder gasurladdning för att partiellt jonisera gas eller förångade ämnen, och avsätter förångade ämnen på ett substrat under bombardemang av gasjoner eller förångade substansjoner. Jonplätering är en kombination av vakuumförångning och sputterteknik. Den kombinerar fördelarna med förångnings- och förstoftningsprocesser och kan belägga arbetsstycken med komplexa filmsystem.
4 Slutsats
I den här artikeln introducerar vi först de grundläggande principerna för optiska filmer. Genom att ställa in antalet och tjockleken på filmen och skillnaden i brytningsindex mellan olika filmskikt kan vi uppnå interferensen av ljusstrålar mellan filmskikten och därigenom erhålla den erforderliga filmskiktsfunktionen. Den här artikeln introducerar sedan vanlig programvara för filmdesign för att ge alla en preliminär förståelse för filmdesign. I den tredje delen av artikeln ger vi en detaljerad introduktion till beläggningsteknik, med fokus på vakuumbeläggningstekniken som används flitigt i praktiken. Jag tror att genom att läsa den här artikeln kommer alla att få en bättre förståelse för optisk beläggning. I nästa artikel kommer vi att dela beläggningstestmetoden för de belagda komponenterna, så håll utkik.
Kontakta:
Email:info@pliroptics.com ;
Telefon/Whatsapp/Wechat:86 19013265659
Lägg till: Byggnad 1, nr 1558, underrättelseväg, qingbaijiang, chengdu, sichuan, Kina
Posttid: 2024-apr-10
