1 Optik filmlerin ilkeleri
Bu yazımızda optik ince filmlerin prensiplerini, yaygın olarak kullanılan tasarım yazılımlarını ve kaplama teknolojisini tanıtacağız.
Optik filmlerin yansıma önleme, yüksek yansıma veya ışık bölme gibi benzersiz işlevleri neden başarabildiğinin temel ilkesi, ışığın ince film girişimidir. İnce filmler genellikle bir veya daha fazla yüksek kırılma indeksli malzeme katmanları ve düşük kırılma indeksli malzeme katmanlarının dönüşümlü olarak üst üste bindirilmesinden oluşur. Bu film tabakası malzemeleri genellikle oksitler, metaller veya florürlerdir. Filmin sayısını, kalınlığını ve farklı film katmanlarını ayarlayarak, katmanlar arasındaki kırılma indisindeki fark, gerekli işlevleri elde etmek için ışık ışınlarının film katmanları arasındaki girişimini düzenleyebilir.
Bu olguyu açıklamak için yaygın olarak kullanılan bir yansıma önleyici kaplamayı örnek olarak ele alalım. Paraziti en üst düzeye çıkarmak veya azaltmak için kaplama katmanının optik kalınlığı genellikle 1/4 (QWOT) veya 1/2 (HWOT) olur. Aşağıdaki şekilde gelen ortamın kırılma indisi n0, alt tabakanın kırılma indisi ise ns'dir. Bu nedenle girişim iptali koşullarını üretebilecek film malzemesinin kırılma indisinin bir resmi hesaplanabilir. Film tabakasının üst yüzeyinden yansıyan ışık hüzmesi R1, Filmin alt yüzeyinden yansıyan ışık hüzmesi R2'dir. Filmin optik kalınlığı 1/4 dalga boyu olduğunda, R1 ve R2 arasındaki optik yol farkı 1/2 dalga boyudur ve girişim koşulları karşılanır, böylece girişim yıkıcı girişim üretilir. Fenomen.
Bu sayede yansıyan ışının yoğunluğu çok küçük hale gelir ve böylece yansıma önleme amacına ulaşılır.
2 Optik ince film tasarım yazılımı
Teknisyenlerin çeşitli özel işlevleri karşılayan film sistemlerini tasarlamasını kolaylaştırmak amacıyla ince film tasarım yazılımı geliştirilmiştir. Tasarım yazılımı, yaygın olarak kullanılan kaplama malzemeleri ve bunların parametrelerini, film katmanı simülasyonu ve optimizasyon algoritmalarını ve analiz fonksiyonlarını entegre ederek teknisyenlerin geliştirmesini ve analiz etmesini kolaylaştırır. Çeşitli film sistemleri. Yaygın olarak kullanılan film tasarım yazılımları şunlardır:
A.TFCalc
TFCalc, optik ince film tasarımı ve analizi için evrensel bir araçtır. Çeşitli yansıma önleyici, yüksek yansımalı, bant geçiren, spektroskopik, faz ve diğer film sistemlerini tasarlamak için kullanılabilir. TFCalc, tek bir yüzey üzerinde 5.000'e kadar film katmanı içeren bir alt tabaka üzerinde çift taraflı bir film sistemi tasarlayabilir. Film yığını formüllerinin girişini destekler ve çeşitli aydınlatma türlerini simüle edebilir: örneğin konik ışınlar, rastgele radyasyon ışınları vb. film sisteminin yansıtma, geçirgenlik, absorbans, faz, elipsometri parametreleri ve diğer hedefleri. Yazılım, yansıtma, geçirgenlik, absorbans, elipsometri parametre analizi, elektrik alan yoğunluğu dağılım eğrisi, film sistemi yansıması ve iletim renk analizi, kristal kontrol eğrisi hesaplaması, film katmanı toleransı ve hassasiyet analizi, Verim analizi vb. gibi çeşitli analiz fonksiyonlarını entegre eder. TFCalc'in çalışma arayüzü aşağıdaki gibidir:
Yukarıda gösterilen çalışma arayüzünde parametreleri ve sınır koşullarını girip optimizasyon yaparak ihtiyaçlarınızı karşılayan bir film sistemi elde edebilirsiniz. İşlem nispeten basit ve kullanımı kolaydır.
B. Temel Macleod
Essential Macleod, gerçek bir çoklu belge işletim arayüzüne sahip eksiksiz bir optik film analizi ve tasarım yazılım paketidir. Basit tek katmanlı filmlerden katı spektroskopik filmlere kadar optik kaplama tasarımındaki çeşitli gereksinimleri karşılayabilir. Ayrıca dalga boyu bölmeli çoğullama (WDM) ve yoğun dalga boyu bölmeli çoğullama (DWDM) filtrelerini de değerlendirebilir. Sıfırdan tasarım yapabilir veya mevcut tasarımları optimize edebilir ve tasarımdaki hataları inceleyebilir. Fonksiyonlar açısından zengin ve güçlüdür.
Yazılımın tasarım arayüzü aşağıdaki şekilde gösterilmektedir:
C.OptiLayer
OptiLayer yazılımı, optik ince filmlerin tüm sürecini destekler: parametreler - tasarım - üretim - inversiyon analizi. Üç bölümden oluşur: OptiLayer, OptiChar ve OptiRE. Yazılımın işlevlerini geliştirebilecek bir OptiReOpt dinamik bağlantı kitaplığı (DLL) da bulunmaktadır.
OptiLayer, tasarımdan hedefe kadar değerlendirme fonksiyonunu inceler, optimizasyon yoluyla tasarım hedefine ulaşır ve üretim öncesi hata analizi yapar. OptiChar, ince film teorisindeki çeşitli önemli faktörler altında katman malzemesi spektral özellikleri ile ölçülen spektral özellikleri arasındaki fark fonksiyonunu inceler ve daha iyi ve gerçekçi bir katman malzemesi modeli elde eder ve her faktörün mevcut tasarım üzerindeki etkisini ortaya koyar. Bu malzeme katmanını tasarlarken faktörlerin dikkate alınması gerekiyor mu? OptiRE, tasarım modelinin spektral özelliklerini ve üretim sonrasında deneysel olarak ölçülen modelin spektral özelliklerini inceler. Mühendisliğin tersine çevrilmesi yoluyla, üretim sırasında oluşan bazı hataları elde ediyoruz ve bunları üretim sürecine rehberlik etmek için geri besliyoruz. Yukarıdaki modüller, dinamik bağlantı kitaplığı işlevi aracılığıyla birbirine bağlanabilir, böylece film tasarımından prodüksiyona kadar bir dizi süreçte tasarım, değişiklik ve gerçek zamanlı izleme gibi işlevler gerçekleştirilebilir.
3 Kaplama teknolojisi
Farklı kaplama yöntemlerine göre iki kategoriye ayrılabilir: kimyasal kaplama teknolojisi ve fiziksel kaplama teknolojisi. Kimyasal kaplama teknolojisi esas olarak daldırma kaplama ve sprey kaplamaya bölünmüştür. Bu teknoloji daha kirleticidir ve film performansı düşüktür. Yavaş yavaş yerini yeni nesil fiziksel kaplama teknolojisi alıyor. Fiziksel kaplama, vakumlu buharlaştırma, iyon kaplama vb. yöntemlerle gerçekleştirilir. Vakumlu kaplama, metalleri, bileşikleri ve diğer film malzemelerini kaplanacak alt tabaka üzerine biriktirmek üzere vakumda buharlaştırmaya (veya püskürtmeye) yönelik bir yöntemdir. Vakum ortamında, kaplama ekipmanı daha az yabancı maddeye sahiptir, bu da malzeme yüzeyinin oksidasyonunu önleyebilir ve filmin spektral tekdüzeliğini ve kalınlık tutarlılığını sağlamaya yardımcı olabilir, bu nedenle yaygın olarak kullanılır.
Normal koşullar altında, 1 atmosferik basınç yaklaşık 10 üzeri 5 Pa'dır ve vakumlu kaplama için gereken hava basıncı genellikle yüksek vakumlu kaplamaya ait olan 10 üzeri 3 Pa ve üzeridir. Vakumlu kaplamada optik bileşenlerin yüzeyinin çok temiz olması gerekir, dolayısıyla işlem sırasında vakum odasının da çok temiz olması gerekir. Günümüzde temiz bir vakum ortamı elde etmenin yolu genel olarak vakumlama kullanmaktır. Yağ difüzyon pompaları, vakumu çıkarmak ve yüksek vakum ortamı elde etmek için moleküler bir pompa veya yoğuşma pompası kullanılır. Yağ difüzyon pompaları soğutma suyuna ve bir destek pompasına ihtiyaç duyar. Boyutları büyüktür ve yüksek enerji tüketirler, bu da kaplama işleminin kirlenmesine neden olur. Moleküler pompalar genellikle çalışmalarına yardımcı olmak için bir destek pompasına ihtiyaç duyar ve pahalıdır. Buna karşılık yoğuşma pompaları kirliliğe neden olmaz. , bir destek pompası gerektirmez, yüksek verime ve iyi güvenilirliğe sahiptir, bu nedenle optik vakum kaplama için en uygun olanıdır. Yaygın bir vakumlu kaplama makinesinin iç haznesi aşağıdaki şekilde gösterilmektedir:
Vakumlu kaplamada, film malzemesinin gaz halinde ısıtılması ve daha sonra bir film tabakası oluşturmak üzere alt tabakanın yüzeyine bırakılması gerekir. Farklı kaplama yöntemlerine göre üç tipe ayrılabilir: termal buharlaştırma ısıtması, püskürtme ısıtması ve iyon kaplama.
Termal buharlaştırmalı ısıtma, potayı ısıtmak için genellikle direnç teli veya yüksek frekanslı indüksiyon kullanır, böylece potadaki film malzemesi ısıtılır ve bir kaplama oluşturmak üzere buharlaştırılır.
Püskürtme ısıtması iki türe ayrılır: iyon ışınlı püskürtmeli ısıtma ve magnetron püskürtmeli ısıtma. İyon ışını püskürtmeli ısıtma, bir iyon ışını yaymak için bir iyon tabancası kullanır. İyon ışını hedefi belirli bir açıyla bombardıman eder ve yüzey katmanını püskürtür. ince bir film oluşturmak üzere substratın yüzeyinde biriken atomlar. İyon ışın püskürtmenin ana dezavantajı, hedef yüzeyde bombardıman edilen alanın çok küçük olması ve biriktirme oranının genellikle düşük olmasıdır. Magnetron püskürtmeli ısıtma, elektronların bir elektrik alanının etkisi altında alt tabakaya doğru hızlanması anlamına gelir. Bu işlem sırasında elektronlar argon gazı atomlarıyla çarpışarak çok sayıda argon iyonu ve elektronu iyonize eder. Elektronlar alt tabakaya doğru uçar ve argon iyonları elektrik alanı tarafından ısıtılır. Hedef, hedefin etkisi altında hızlandırılır ve bombardıman edilir ve hedefteki nötr hedef atomları, bir film oluşturmak üzere alt tabaka üzerinde biriktirilir. Magnetron püskürtme, yüksek film oluşum hızı, düşük alt tabaka sıcaklığı, iyi film yapışması ile karakterize edilir ve geniş alanlı kaplama elde edilebilir.
İyon kaplama, gazı veya buharlaştırılmış maddeleri kısmen iyonize etmek için gaz deşarjını kullanan ve buharlaştırılmış maddeleri, gaz iyonlarının veya buharlaştırılmış madde iyonlarının bombardımanı altında bir alt tabaka üzerinde biriktiren bir yöntemi ifade eder. İyon kaplama, vakumlu buharlaştırma ve püskürtme teknolojisinin bir kombinasyonudur. Buharlaştırma ve püskürtme işlemlerinin avantajlarını birleştirir ve iş parçalarını karmaşık film sistemleriyle kaplayabilir.
4 Sonuç
Bu yazıda öncelikle optik filmlerin temel prensiplerini tanıtıyoruz. Filmin sayısını ve kalınlığını ve farklı film katmanları arasındaki kırılma indisi farkını ayarlayarak, ışık ışınlarının film katmanları arasındaki girişimini sağlayabilir ve böylece gerekli Film katmanı fonksiyonunu elde edebiliriz. Bu makale daha sonra herkesin film tasarımı konusunda ön bilgi sahibi olmasını sağlamak için yaygın olarak kullanılan film tasarım yazılımını tanıtmaktadır. Yazımızın üçüncü bölümünde pratikte yaygın olarak kullanılan vakumlu kaplama teknolojisine odaklanarak kaplama teknolojisine detaylı bir giriş yapıyoruz. Bu makaleyi okuyan herkesin optik kaplama konusunu daha iyi anlayacağına inanıyorum. Bir sonraki yazımızda kaplanmış bileşenlerin kaplama test yöntemini paylaşacağız, takipte kalın.
Temas etmek:
Email:info@pliroptics.com ;
Telefon/Whatsapp/Wechat:86 19013265659
Ekle:Bina 1, No.1558, istihbarat yolu, qingbaijiang, chengdu, sichuan, çin
Gönderim zamanı: Nis-10-2024
