หลักการของฟิล์มบางเชิงแสง ซอฟต์แวร์การออกแบบ และเทคโนโลยีการเคลือบ

1 หลักการของฟิล์มกรองแสง

asd-15
asd-26

ในบทความนี้ เราจะแนะนำหลักการของฟิล์มบางที่ใช้แสง ซอฟต์แวร์การออกแบบที่ใช้กันทั่วไปและเทคโนโลยีการเคลือบ

หลักการพื้นฐานว่าทำไมฟิล์มกรองแสงจึงสามารถบรรลุฟังก์ชันเฉพาะ เช่น ป้องกันการสะท้อนแสง การสะท้อนสูง หรือการแยกแสง คือการรบกวนของฟิล์มบางของแสง ฟิล์มบางมักจะประกอบด้วยกลุ่มของชั้นวัสดุที่มีดัชนีการหักเหของแสงสูงตั้งแต่หนึ่งกลุ่มขึ้นไป และชั้นของวัสดุที่มีดัชนีการหักเหของแสงต่ำซ้อนทับกัน วัสดุชั้นฟิล์มเหล่านี้มักเป็นออกไซด์ โลหะ หรือฟลูออไรด์ ด้วยการตั้งค่าจำนวน ความหนา และชั้นฟิล์มต่างๆ ของฟิล์ม ความแตกต่างของดัชนีการหักเหของแสงระหว่างชั้นต่างๆ จะสามารถควบคุมการรบกวนของลำแสงระหว่างชั้นฟิล์มเพื่อให้ได้ฟังก์ชันที่ต้องการ

ลองใช้การเคลือบป้องกันแสงสะท้อนทั่วไปเป็นตัวอย่างเพื่ออธิบายปรากฏการณ์นี้ เพื่อเพิ่มหรือลดการรบกวน ความหนาของแสงของชั้นเคลือบมักจะเป็น 1/4 (QWOT) หรือ 1/2 ( HWOT) ในรูปด้านล่าง ดัชนีการหักเหของตัวกลางตกกระทบคือ n0 และดัชนีการหักเหของวัสดุพิมพ์คือ ns ดังนั้นจึงสามารถคำนวณรูปภาพของดัชนีการหักเหของวัสดุฟิล์มที่สามารถสร้างเงื่อนไขการยกเลิกสัญญาณรบกวนได้ ลำแสงที่สะท้อนจากพื้นผิวด้านบนของชั้นฟิล์มคือ R1 ลำแสงที่สะท้อนจากพื้นผิวด้านล่างของฟิล์มคือ R2 เมื่อความหนาของแสงของฟิล์มคือ 1/4 ความยาวคลื่น ความแตกต่างของเส้นทางแสงระหว่าง R1 และ R2 คือ 1/2 ความยาวคลื่น และเป็นไปตามเงื่อนไขการรบกวน จึงทำให้เกิดการรบกวนแบบทำลายล้าง ปรากฏการณ์.

เอเอสดี (3)

ด้วยวิธีนี้ ความเข้มของลำแสงสะท้อนจะมีน้อยมาก จึงบรรลุวัตถุประสงค์ในการป้องกันแสงสะท้อน

2 ซอฟต์แวร์ออกแบบฟิล์มบางแบบออปติคัล

เพื่ออำนวยความสะดวกให้ช่างเทคนิคในการออกแบบระบบฟิล์มที่ตอบโจทย์ฟังก์ชั่นเฉพาะต่างๆ จึงได้มีการพัฒนาซอฟต์แวร์การออกแบบฟิล์มบางขึ้น ซอฟต์แวร์การออกแบบผสานรวมวัสดุเคลือบที่ใช้กันทั่วไปและพารามิเตอร์ การจำลองชั้นฟิล์ม อัลกอริธึมการปรับให้เหมาะสม และฟังก์ชันการวิเคราะห์ ช่วยให้ช่างเทคนิคพัฒนาและวิเคราะห์ได้ง่ายขึ้น ระบบฟิล์มต่างๆ ซอฟต์แวร์ออกแบบภาพยนตร์ที่ใช้กันทั่วไปมีดังนี้:

A.TFCalc

TFCalc เป็นเครื่องมือสากลสำหรับการออกแบบและวิเคราะห์ฟิล์มบางเชิงแสง สามารถใช้ในการออกแบบระบบป้องกันแสงสะท้อน แสงสะท้อนสูง แบนด์พาส สเปกโทรสโกปิก เฟส และระบบฟิล์มอื่นๆ ได้หลายประเภท TFCalc สามารถออกแบบระบบฟิล์มสองด้านบนพื้นผิวเดียว โดยมีชั้นฟิล์มมากถึง 5,000 ชั้นบนพื้นผิวเดียว รองรับการป้อนสูตรกองฟิล์มและสามารถจำลองแสงประเภทต่างๆ ได้ เช่น ลำแสงกรวย ลำแสงรังสีสุ่ม เป็นต้น ประการที่สอง ซอฟต์แวร์มีฟังก์ชันการปรับให้เหมาะสมบางอย่าง และสามารถใช้วิธีการต่างๆ เช่น ค่าสูงสุดและวิธีการแปรผันเพื่อปรับให้เหมาะสมที่สุด การสะท้อนแสง การส่งผ่าน การดูดกลืนแสง เฟส พารามิเตอร์ทรงรี และเป้าหมายอื่นๆ ของระบบฟิล์ม ซอฟต์แวร์นี้รวมฟังก์ชันการวิเคราะห์ต่างๆ ไว้ด้วยกัน เช่น การสะท้อนกลับ การส่งผ่าน การดูดกลืนแสง การวิเคราะห์พารามิเตอร์วงรี เส้นโค้งการกระจายความเข้มของสนามไฟฟ้า การวิเคราะห์การสะท้อนของระบบฟิล์มและสีการส่งผ่าน การคำนวณเส้นโค้งควบคุมคริสตัล ความทนทานต่อชั้นฟิล์มและการวิเคราะห์ความไว การวิเคราะห์ผลผลิต ฯลฯ อินเทอร์เฟซการทำงานของ TFCalc มีดังนี้:

เอเอสดี (4)

ในอินเทอร์เฟซการทำงานที่แสดงด้านบน โดยการป้อนพารามิเตอร์และเงื่อนไขขอบเขตและการปรับให้เหมาะสม คุณจะได้รับระบบฟิล์มที่ตรงกับความต้องการของคุณ การดำเนินการค่อนข้างง่ายและใช้งานง่าย

B. แมคคลาวด์ที่จำเป็น

Essential Macleod คือชุดซอฟต์แวร์การวิเคราะห์และออกแบบฟิล์มกรองแสงที่สมบูรณ์พร้อมอินเทอร์เฟซการดำเนินการหลายเอกสารอย่างแท้จริง สามารถตอบสนองความต้องการที่หลากหลายในการออกแบบการเคลือบด้วยแสง ตั้งแต่ฟิล์มชั้นเดียวธรรมดาไปจนถึงฟิล์มสเปกโตรสโกปีที่เข้มงวด นอกจากนี้ยังสามารถประเมินตัวกรองมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่น (WDM) และตัวกรองมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่นหนาแน่น (DWDM) สามารถออกแบบตั้งแต่เริ่มต้นหรือปรับการออกแบบที่มีอยู่ให้เหมาะสม และสามารถสำรวจข้อผิดพลาดในการออกแบบได้ เต็มไปด้วยฟังก์ชั่นและทรงพลัง

อินเทอร์เฟซการออกแบบของซอฟต์แวร์แสดงในรูปด้านล่าง:

เอเอสดี (5)

ค. OptiLayer

ซอฟต์แวร์ OptiLayer รองรับกระบวนการทั้งหมดของฟิล์มบางที่ใช้แสง: พารามิเตอร์ - การออกแบบ - การผลิต - การวิเคราะห์การผกผัน ประกอบด้วยสามส่วน: OptiLayer, OptiChar และ OptiRE นอกจากนี้ยังมีไลบรารีลิงก์แบบไดนามิก (DLL) OptiReOpt ที่สามารถเพิ่มฟังก์ชันของซอฟต์แวร์ได้

OptiLayer ตรวจสอบฟังก์ชันการประเมินตั้งแต่การออกแบบจนถึงเป้าหมาย บรรลุเป้าหมายการออกแบบผ่านการเพิ่มประสิทธิภาพ และดำเนินการวิเคราะห์ข้อผิดพลาดก่อนการผลิต OptiChar จะตรวจสอบฟังก์ชันความแตกต่างระหว่างคุณลักษณะสเปกตรัมของวัสดุชั้นและคุณลักษณะสเปกตรัมที่วัดได้ภายใต้ปัจจัยสำคัญต่างๆ ในทฤษฎีฟิล์มบาง และรับแบบจำลองวัสดุชั้นที่ดีกว่าและสมจริง รวมถึงอิทธิพลของแต่ละปัจจัยในการออกแบบในปัจจุบัน โดยชี้ให้เห็นถึงการใช้งาน ปัจจัยที่ต้องพิจารณาเมื่อออกแบบวัสดุชั้นนี้? OptiRE จะตรวจสอบคุณลักษณะสเปกตรัมของแบบจำลองการออกแบบและคุณลักษณะสเปกตรัมของแบบจำลองที่วัดด้วยการทดลองหลังการผลิต ด้วยการผกผันทางวิศวกรรม เราได้รับข้อผิดพลาดบางอย่างที่เกิดขึ้นในระหว่างการผลิตและป้อนกลับไปยังกระบวนการผลิตเพื่อเป็นแนวทางในการผลิต โมดูลข้างต้นสามารถเชื่อมโยงผ่านฟังก์ชันไดนามิกลิงก์ไลบรารี ดังนั้นจึงทำให้เกิดฟังก์ชันต่างๆ เช่น การออกแบบ การดัดแปลง และการตรวจสอบแบบเรียลไทม์ในชุดของกระบวนการตั้งแต่การออกแบบภาพยนตร์ไปจนถึงการผลิต

3 เทคโนโลยีการเคลือบ

ตามวิธีการชุบที่แตกต่างกัน มันสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: เทคโนโลยีการเคลือบเคมีและเทคโนโลยีการเคลือบทางกายภาพ เทคโนโลยีการเคลือบสารเคมีส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นการชุบแบบจุ่มและการชุบแบบสเปรย์ เทคโนโลยีนี้ก่อให้เกิดมลพิษมากกว่าและมีประสิทธิภาพของฟิล์มต่ำ ค่อยๆ ถูกแทนที่ด้วยเทคโนโลยีการเคลือบทางกายภาพยุคใหม่ การเคลือบทางกายภาพทำได้โดยการระเหยในสุญญากาศ การชุบไอออน ฯลฯ การเคลือบสุญญากาศเป็นวิธีการระเหย (หรือการสปัตเตอร์) โลหะ สารประกอบ และวัสดุฟิล์มอื่น ๆ ในสุญญากาศเพื่อฝากไว้บนพื้นผิวที่จะเคลือบ ในสภาพแวดล้อมสุญญากาศ อุปกรณ์เคลือบจะมีสิ่งสกปรกน้อยกว่า ซึ่งสามารถป้องกันการเกิดออกซิเดชันของพื้นผิววัสดุ และช่วยให้มั่นใจถึงความสม่ำเสมอของสเปกตรัมและความหนาของฟิล์มที่สม่ำเสมอ ดังนั้นจึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลาย

ภายใต้สถานการณ์ปกติ ความดันบรรยากาศ 1 มีค่าประมาณ 10 ยกกำลัง 5 Pa และความกดอากาศที่จำเป็นสำหรับการเคลือบสูญญากาศโดยทั่วไปคือ 10 ยกกำลัง 3 Pa ขึ้นไป ซึ่งเป็นของการเคลือบสุญญากาศสูง ในการเคลือบสุญญากาศ พื้นผิวของส่วนประกอบทางแสงจะต้องสะอาดมาก ดังนั้นห้องสุญญากาศในระหว่างการประมวลผลจึงต้องสะอาดมากเช่นกัน ในปัจจุบัน วิธีการได้รับสภาพแวดล้อมสุญญากาศที่สะอาดโดยทั่วไปคือการใช้การดูดฝุ่น ปั๊มกระจายน้ำมัน ปั๊มโมเลกุลหรือปั๊มควบแน่นใช้เพื่อแยกสุญญากาศและรับสภาพแวดล้อมสุญญากาศสูง ปั๊มกระจายน้ำมันต้องใช้น้ำหล่อเย็นและปั๊มสำรอง มีขนาดใหญ่และใช้พลังงานสูงซึ่งจะก่อให้เกิดมลภาวะต่อกระบวนการเคลือบ ปั๊มโมเลกุลมักต้องใช้ปั๊มสำรองเพื่อช่วยในการทำงานและมีราคาแพง ในทางตรงกันข้าม ปั๊มควบแน่นไม่ก่อให้เกิดมลพิษ ไม่จำเป็นต้องใช้ปั๊มสำรอง มีประสิทธิภาพสูงและมีความน่าเชื่อถือดี ดังนั้นจึงเหมาะที่สุดสำหรับการเคลือบสูญญากาศแบบออปติก ห้องภายในของเครื่องเคลือบสูญญากาศทั่วไปแสดงในรูปด้านล่าง:

ในการเคลือบแบบสุญญากาศ วัสดุฟิล์มจะต้องได้รับความร้อนจนมีสถานะเป็นก๊าซ จากนั้นจึงวางลงบนพื้นผิวของสารตั้งต้นเพื่อสร้างชั้นฟิล์ม ตามวิธีการชุบที่แตกต่างกัน มันสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภท: การทำความร้อนด้วยการระเหยความร้อน การทำความร้อนแบบสปัตเตอร์ และการชุบไอออน

การทำความร้อนด้วยการระเหยความร้อนมักจะใช้ลวดต้านทานหรือการเหนี่ยวนำความถี่สูงเพื่อให้ความร้อนแก่เบ้าหลอม เพื่อให้วัสดุฟิล์มในเบ้าหลอมได้รับความร้อนและระเหยกลายเป็นสารเคลือบ

การให้ความร้อนแบบสปัตเตอร์แบ่งออกเป็นสองประเภท: การให้ความร้อนแบบสปัตเตอร์ด้วยลำแสงไอออนและการให้ความร้อนแบบสปัตเตอร์แมกนีตรอน การทำความร้อนแบบสปัตเตอร์ด้วยลำแสงไอออนใช้ปืนไอออนเพื่อปล่อยลำแสงไอออน ลำแสงไอออนจะถล่มเป้าหมายในมุมตกกระทบและพ่นชั้นผิวของมันออกมา อะตอมที่สะสมบนพื้นผิวของสารตั้งต้นเพื่อสร้างฟิล์มบาง ๆ ข้อเสียเปรียบหลักของการสปัตเตอร์ลำแสงไอออนคือพื้นที่ที่ถูกทิ้งระเบิดบนพื้นผิวเป้าหมายมีขนาดเล็กเกินไปและอัตราการสะสมโดยทั่วไปต่ำ การให้ความร้อนด้วยแมกนีตรอนสปัตเตอร์หมายความว่าอิเล็กตรอนจะเร่งไปยังสารตั้งต้นภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้า ในระหว่างกระบวนการนี้ อิเล็กตรอนจะชนกับอะตอมของก๊าซอาร์กอน ทำให้เกิดไอออนของอาร์กอนและอิเล็กตรอนจำนวนมาก อิเล็กตรอนบินไปยังสารตั้งต้น และไอออนของอาร์กอนจะถูกให้ความร้อนจากสนามไฟฟ้า เป้าหมายจะถูกเร่งและทิ้งระเบิดภายใต้การกระทำของเป้าหมาย และอะตอมเป้าหมายที่เป็นกลางในเป้าหมายจะถูกสะสมไว้บนพื้นผิวเพื่อสร้างฟิล์ม การสปัตเตอร์แมกนีตรอนมีลักษณะพิเศษคืออัตราการก่อตัวของฟิล์มสูง อุณหภูมิพื้นผิวต่ำ การยึดเกาะของฟิล์มที่ดี และสามารถเคลือบได้ในพื้นที่ขนาดใหญ่

การชุบไอออนหมายถึงวิธีการที่ใช้การปล่อยก๊าซเพื่อทำให้ไอออนไนซ์ก๊าซหรือสารระเหยบางส่วน และสะสมสารที่ระเหยไว้บนสารตั้งต้นภายใต้การทิ้งระเบิดของไอออนของก๊าซหรือไอออนของสารที่ระเหย การชุบไอออนเป็นการผสมผสานระหว่างการระเหยแบบสุญญากาศและเทคโนโลยีสปัตเตอร์ โดยผสมผสานข้อดีของกระบวนการระเหยและการสปัตเตอร์เข้าด้วยกัน และสามารถเคลือบชิ้นงานด้วยระบบฟิล์มที่ซับซ้อนได้

4 บทสรุป

ในบทความนี้ เราจะแนะนำหลักการพื้นฐานของฟิล์มกรองแสงก่อน ด้วยการตั้งค่าจำนวนและความหนาของฟิล์มและความแตกต่างของดัชนีการหักเหของแสงระหว่างชั้นฟิล์มต่างๆ เราจึงสามารถเกิดการรบกวนของลำแสงระหว่างชั้นฟิล์มได้ ดังนั้นจึงได้ฟังก์ชันชั้นฟิล์มที่ต้องการ บทความนี้จะแนะนำซอฟต์แวร์การออกแบบภาพยนตร์ที่ใช้กันทั่วไปเพื่อให้ทุกคนมีความเข้าใจเบื้องต้นเกี่ยวกับการออกแบบภาพยนตร์ ในส่วนที่สามของบทความ เราจะแนะนำโดยละเอียดเกี่ยวกับเทคโนโลยีการเคลือบ โดยเน้นที่เทคโนโลยีการเคลือบสุญญากาศที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในทางปฏิบัติ ฉันเชื่อว่าการอ่านบทความนี้ ทุกคนจะมีความเข้าใจเกี่ยวกับการเคลือบเลนส์มากขึ้น ในบทความถัดไป เราจะแบ่งปันวิธีการทดสอบการเคลือบของส่วนประกอบที่เคลือบ ดังนั้นโปรดคอยติดตาม

ติดต่อ:

Email:info@pliroptics.com ;

โทรศัพท์/WhatsApp/WeChat:86 19013265659

เว็บ:www.pliroptics.com

เพิ่ม:อาคาร 1 เลขที่ 1558 ถนนข่าวกรอง ชิงไป่เจียง เฉิงตู เสฉวน จีน


เวลาโพสต์: 10 เม.ย.-2024