Wat is optische coating

Optische coating - IKS PVD

Optische coating is een proces van coating op het oppervlak van optische onderdelen van dunne of meerlagige metalen (of medium) dunne film. Het doel van het coaten van optische onderdelen is het verminderen of vergroten van lichtreflectie, straalsplitsing, kleurscheiding, filter en polarisatie. De algemeen gebruikte coatingmethoden omvatten vacuümcoating (een soort fysieke coating) en chemische coating

Overzicht

De deklaag moet fysische of chemische methode in materiële oppervlakteplating op een transparante laag van elektrolytmembraan gebruiken, of met een laag van metaalfilm met een laag bedekt, is het doel om materiële oppervlaktereflectie en transmissieeigenschappen te veranderen. Binnen het bereik van de zichtbare en infrarode banden kan de meeste reflectiviteit van het metaal 78% ~ 98% bereiken, maar niet meer dan 98%. Zowel voor CO2-laser, het gebruik van koper, molybdeen, silicium en germanium, enz. Om reflectoren, germanium en galliumarsenide, zinkselenide en transmissie-optisch element als uitgangsvenstermateriaal te maken, of voor YAG-laser om gewoon optisch glas als spiegel te gebruiken, uitgangsspiegel en transmissie optisch element materiaal, kan niet voldoen aan de eisen van meer dan 99% van de totale reflectiespiegel. Verschillende toepassingen vereisen verschillende doorlaatbaarheid van de uitvoerspiegel, dus de optische coatingmethode moet worden gebruikt. Voor CO2-laser in de infrarode golfband, het algemeen gebruikte coatingmateriaal met yttriumfluoride, fluoride, praseodymium, germanium, enz .; Voor de bijna-infrarode band of zichtbare band van YAG-laserlamp omvatten gebruikelijke bekledingsmaterialen zinksulfide, magnesiumfluoride, titaniumdioxide, zirkoniumoxide, enz. Naast films met een hoge reflectie en doorschijnendheid kunnen speciale films worden uitgeplaat om één golflengte weer te geven en door te geven naar een andere golflengte, zoals de spectroscopische film in laserfrequentieverdubbelingstechnologie.

Basisprincipe van optische coating

Optische interferentie wordt veel gebruikt in optica met dunne film. De algemene methode van optische dunne-filmtechnologie is het aanbrengen van dunne film op glassubstraat door middel van vacuümsputteren, dat wordt gebruikt om de reflectie en transmissie van de basisplaat naar de invallende bundel te regelen om aan verschillende behoeften te voldoen. Om het reflectieverlies op het oppervlak van het optische onderdeel te elimineren en de beeldkwaliteit te verbeteren, wordt een laag of meerlaagse transparante diëlektrische film gecoat. Met de ontwikkeling van lasertechnologie zijn er verschillende vereisten voor het reflectievermogen en de doorlating van de filmlaag, die de ontwikkeling van meerlaagse film met hoge reflectiewaarde en breedbandpermeabiliteit bevordert. Voor verschillende toepassingen gebruiken we hoge reflectiefilm voor het produceren van polariserende reflecterende film, kleurenspectrofotometer, koude film en interferentiefilter enz. Optische delen na oppervlaktecoating, op de membraanlagen van meervoudige reflectie en transmissie van licht, de vorming van meervoudige bundelinterferentie en controle film brekingsindex en dikte van verschillende intensiteit distributie kan worden verkregen, dit is het basisprincipe van interferentie in de coating.

Coating proces

Optische dunne films worden gerealiseerd in hoog-vacuüm bekledingsholtes. Conventioneel coatingproces vereist een hogere substraattemperatuur (meestal bij ongeveer 300 ℃ ); Meer geavanceerde technieken, zoals IAD, kunnen bij kamertemperatuur worden uitgevoerd. IAD-processen produceren niet alleen films met betere fysische eigenschappen dan conventionele coatingprocessen, maar kunnen ook worden toegepast op kunststof substraten. Vacuüm het hoofdsysteem bestaat uit twee cryogene pompen. De regelmodules van elektronenbundelverdamping, IAD-depositie, lichtregeling, verwarmingsregeling, vacuümregeling en automatische procesregeling bevinden zich allemaal op het voorpaneel van de coater.

De twee elektronenkanonnen bevinden zich aan beide zijden van het substraat, omgeven door een ronde kap en bedekt door het schot. De ionenbron bevindt zich in het midden en het lichtregelvenster bevindt zich voor de ionenbron. Aan de bovenkant van de vacuümkamer heeft de vacuümkamer een planetair systeem met zes ronde armaturen. Het armatuur wordt gebruikt om het gecoate optische element te plaatsen. Het gebruik van planetaire systemen is de voorkeursmethode om de uniforme verdeling van verdampt materiaal in het armatuurgebied te waarborgen. De klem roteert op een gemeenschappelijke as en draait op zijn eigen as. De optische regeling en kristalregeling bevinden zich in het midden van het planetaire aandrijfmechanisme. De grote opening aan de achterkant leidt naar de aangesloten hoogvacuümpomp. Het basisverwarmingssysteem bestaat uit vier kwartslampen, twee aan elke zijde van de vacuümkamer.

De traditionele methode voor het afzetten van dunne films is altijd thermische verdamping geweest of het gebruik van een weerstandsverhittingsverdampingsbron of een bron voor verdamping met elektronenstralen. De eigenschappen van de films worden hoofdzakelijk bepaald door de energie van de afgezette atomen, en de energie van de atomen in traditionele verdamping is slechts ongeveer 0,1ev. IAD-depositie resulteert in directe afzetting van geïoniseerde stoom en verhoogt de activeringsenergie voor de groeiende film, gewoonlijk in de orde van 50 eV. Ionenbronnen verbeteren de eigenschappen van conventionele elektronenstraalverdamping door de straal van het ionenpistool naar het substraatoppervlak en de groeiende film te richten. Dunne film optische eigenschappen, zoals brekingsindex, absorptie en laserschade drempelwaarde, voornamelijk afhankelijk van de microstructuur van het membraan. De microstructuur van de films kan worden beïnvloed door de restluchtdruk en de substraattemperatuur. Als de door verdamping afgezette atomen een lage migratiesnelheid op het basisoppervlak hebben, zal de film microporiën bevatten. Omdat de film wordt blootgesteld aan vochtige lucht, worden deze poriën geleidelijk gevuld met vocht.

De vuldichtheid wordt gedefinieerd als de verhouding van het volume van het vaste gedeelte van de film tot het totale volume van de film (inclusief lege ruimten en microporiën). Voor optische dunne films is de vuldichtheid meestal 0,75 ~ 1,0, waarvan de meeste 0,85 ~ 0,95 zijn en zelden 1,0 bereiken. De vuldichtheid minder dan 1 maakt de brekingsindex van het verdampte materiaal lager dan dat van het blok. In het proces van depositie, de dikte van elke laag door optische of kwartskristalmonitor. Elk van deze technologieën heeft voor- en nadelen, die hier niet worden besproken. Het gemeenschappelijke punt is dat wanneer de materialen worden verdampt, ze in een vacuüm worden gebruikt. Daarom is de brekingsindex de brekingsindex van de verdampte materialen in een vacuüm, in plaats van de brekingsindex van materialen blootgesteld aan vochtige lucht. Het door de film geabsorbeerde vocht vervangt microporiën en tussenruimten, resulterend in een verhoogde brekingsindex van de film. Omdat de fysieke dikte van de film onveranderd blijft, gaat deze toename van de brekingsindex gepaard met de overeenkomstige toename van de optische dikte, die op zijn beurt ervoor zorgt dat de spectrale karakteristieken van de film naar de richting van lange golven afnemen. Om de spectrale drift veroorzaakt door het volume en de hoeveelheid microporiën in de membraanlaag te verminderen, werden hoogenergetische ionen gebruikt om hun momentum over te brengen naar de atomen van het verdampende materiaal, waardoor de migratiesnelheid van de atomen van het materiaal sterk toenam. tijdens de condensatie aan het basisoppervlak.

De brekingsindex van de coating

Volgens de basistheorie van elektromagnetisme worden transmissie en reflectie van verschillende media genoemd. Als n1 loodrecht opvalt door het medium op n2 reflectiviteit = [(n2 - n1) / (n1 + n2) ^ 2 = 4 n1n2 penetratiegraad / (n1 + n2) ^ 2

Voorbeelden: als de brekingsindex van lucht 1,0 is, de brekingsindex van een coating (bijvoorbeeld: 1,5), nc glasbrekingsindex n (bijvoorbeeld: 1,8) (1) rechtstreeks door de lucht in de glasdoorlatendheid = 4 x 1,0 x 1,8 2 / (1 + 1,8) = 91,84% (2) door lucht in coating en vervolgens in de glasdoorlatendheid = [4 x 1,0 x 1,5 / (1 + 1,5) 2] x [4 * 1,5 * 1,8 (1,5 + 1,8 ) / 2] = 95,2%

Zichtbaar gecoat glas verhoogt de lichttransmissie. In aanvulling op deze formule, kunnen we berekenen dat het licht de beide zijden van de lens penetreert, vond dat zelfs een stuk van de prachtige lens brekingsindex (1.8), de penetreerbaarheid van ongeveer 85%. Met een coating (brekingsindex van 1,5) kan de transmissie 91% bereiken. Het belang van optische coating kan worden gezien.

Bekledingsdikte

We weten al dat de doorlating gerelateerd is aan de brekingsindex van de coating, maar we weten niets over de dikte ervan. Als we echter kunnen werken aan de dikte van de coating, zullen we het verschil vinden tussen het gereflecteerde licht A en het gereflecteerde licht B. Als nc x 2 d = (N + 1/2) lambda waarbij N = 0,1, 2,3,4,5 ... Lambda voor lichtgolflengtes in de lucht kan ervoor zorgen dat het gereflecteerde licht van specifieke golflengten een destructief effect heeft, waardoor de kleur van het gereflecteerde licht verandert. Als de dikte van de coating bijvoorbeeld wordt veroorzaakt door het wegvallen van het groene licht, zal het gereflecteerde licht rood worden. Veel telescopen op de markt die op rode lenzen lijken, zijn gemaakt volgens dit principe. Zelfs zo, het doorvallend licht niet schuin rood fenomeen. In veel complexe optische systemen is reflectie onderdrukking een zeer belangrijk werk. Daarom wordt een verschillende coatingdikte gebruikt om het gereflecteerde licht met verschillende frequenties tussen een set lenzen te elimineren. Hoe geavanceerder het optische systeem, hoe meer kleuren er worden gevonden.

Optische coatingmaterialen

Algemeen optisch coatingmateriaal heeft de volgende soorten:

1, magnesiumfluoride

Materiaaleigenschappen: kleurloos vierkant kristal systeempoeder, hoge zuiverheid, met zijn voorbereiding van optische deklaag kan de transmissie verbeteren, geen punt van instorting.

2, silica

Materiaaleigenschappen: kleurloos, transparant kristal, hoog smeltpunt, hoge hardheid, goede chemische stabiliteit. Met een hoge zuiverheid werd een Si02 coating van hoge kwaliteit ermee bereid, met een goede verdampingstoestand en geen barstpunt. Volgens de gebruikseisen zijn onderverdeeld in ultraviolet, infrarood en zichtbaar licht.

3, zirkoniumoxide

Materiaaleigenschappen Witte zware en amorfe, hoge brekingsindex en weerstand tegen hoge temperaturen, chemische stabiliteit, hoge zuiverheid, met zijn voorbereiding van zirconiumdioxydebekleding met uitstekende kwaliteit, niet het punt van instorting.