Egwyddor nodweddiadol a dosbarthiad Ffilmiau Tenau Optegol

Gyda datblygiad gwyddoniaeth a thechnoleg a globaleiddio economaidd, mae bodau dynol heddiw wedi mynd i mewn i'r gymdeithas economi wybodaeth a chymdeithas wybodaeth. A chyda datblygiad "Made in China", mae gweithgynhyrchu optegol yn yr esgynlawr yng ngwlad tir mawr Tsieina, ac mae ei ddatblygiad yn hynod gyflym. Mae gweithgynhyrchu optegol Tsieina wedi dechrau chwarae rhan bwysig yn yr arena economaidd ryngwladol, ac mae allbwn gwydr optegol a rhannau optegol yn Tsieina bron wedi cael eu rhestru gyntaf. Mae ffilm optegol yn un neu fwy o haenau o ffilm wedi'u platio ar wyneb rhannau optegol trwy newid nodweddion wyneb rhannau optegol. Gall fod yn ffilm fetel, ffilm dielectric neu'n gyfuniad o'r ddau fath hyn o ffilmiau. Mae ffilm denau optegol yn rhan anhepgor o bob math o dechnoleg ffotodrydanol uwch. Gall nid yn unig wella perfformiad y system, ond mae hefyd yn fodd angenrheidiol i gyrraedd y nod dylunio, maes cymhwysiad ffilm denau optegol a phob agwedd ar system optegol, gan gynnwys system laser, cyfathrebu optegol, arddangos optegol, storio optegol, ac ati. mae'r prif ddyfeisiau ffilm denau optegol yn cynnwys ffilm adlewyrchol, ffilm gwrth-ddewis, ffilm polareiddio, hidlydd ymyrraeth a sbectrosgop, ac ati. Fe'u defnyddiwyd yn helaeth yn yr economi genedlaethol ac adeiladu amddiffynfeydd cenedlaethol, ac maent wedi cael sylw cynyddol gan weithwyr gwyddonol a thechnegol.
Ar hyn o bryd, mae mwy na 60 math o fathau cyffredin o ddeunyddiau cotio optegol, ac mae eu mathau a'u swyddogaethau cymhwysiad yn dal i gael eu datblygu'n barhaus. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae wedi datblygu i fod yn system ffilm fetel, pan fo trwch aur, arian, copr ac alwminiwm yn 7 ~ Ar 20wm, mae ei drosglwyddiad i olau gweladwy yn 50%, tra bod golau is-goch yn llai na 10%. Mae'r math hwn o ffilm denau wedi'i gymhwyso'n llwyddiannus i'r panel o long ofod Apollo i drosglwyddo rhan o olau gweladwy, ac mae bron pob golau is-goch yn cael ei adlewyrchu ar gyfer rheolaeth thermol. Mae'r erthygl ganlynol yn cyflwyno egwyddor a dosbarthiad Ffilmiau Tenau Optegol yn bennaf.
I. Diffiniad o ffilm optegol
Mae ffilm optegol yn fath o ddeunydd canolig optegol sy'n cynnwys cyfrwng haenog tenau ac yn lluosogi trawst golau trwy ryngwyneb. Dechreuwyd cymhwyso ffilm optegol yn 1930au S. Defnyddiwyd ffilm optegol yn helaeth ym maes opteg a thechnoleg ffotodrydanol, gan weithgynhyrchu amrywiol offerynnau optegol. Mae'r stribed paratoi yn gofyn am rannau uchel a mân.
Diffiniad ffilm optegol yw: yr haen ffilm denau a hyd yn oed dielectrig sydd ynghlwm wrth wyneb y ddyfais optegol yn y broses o lwybr lluosogi ysgafn, yr adlewyrchiad, y treiddiad (plygu) wrth basio trwy'r haen ffilm dielectrig haenog) nodweddion fel allyriad a polareiddio, er mwyn cyflawni'r ffurfiau arbennig o olau yr ydym eu heisiau mewn un neu fwy o fandiau tonnau, megis yr holl olau sy'n pasio drwodd neu'r holl adlewyrchiad golau neu wahaniad polareiddio.
Mae ffilm optegol ym mhobman yn ein bywyd, o offer manwl ac offer optegol, offer arddangos i gymhwyso ffilm optegol ym mywyd beunyddiol; er enghraifft, gellir galw sbectol, camerâu digidol, pob math o offer cartref a wisgir ar amseroedd cyffredin, neu'r dechnoleg gwrth-ffugio ar arian papur yn estyniad o gymhwyso technoleg ffilm optegol. Heb dechnoleg ffilm denau optegol fel sail datblygu, ni fydd technoleg ffotodrydanol, cyfathrebu na laser modern yn gwneud cynnydd, sydd hefyd yn dangos pwysigrwydd ymchwil a datblygu technoleg ffilm denau optegol.
Mae ffilm optegol yn cyfeirio at orchuddio neu orchuddio un neu fwy o haenau o ffilm dielectrig neu ffilm fetel neu'r cyfuniad o'r ddau fath hyn o ffilmiau ar elfennau optegol neu swbstradau annibynnol i newid nodweddion trawsyrru tonnau ysgafn, gan gynnwys trosglwyddo, myfyrio, amsugno , gwasgaru, polareiddio a newid golau yn raddol. Felly, trwy ddyluniad cywir, gellir addasu athreiddedd ac adlewyrchiad wyneb elfennau mewn gwahanol fandiau tonnau, a gall y golau mewn gwahanol awyrennau polareiddio fod â nodweddion gwahanol hefyd.
A siarad yn gyffredinol, rhennir dulliau cynhyrchu ffilmiau tenau optegol yn bennaf yn broses sych a phroses wlyb. Mae'r math sych, fel y'i gelwir, yn golygu nad oes hylif yn ymddangos yn y broses brosesu gyfan. Er enghraifft, anweddiad gwactod yw cynhesu deunyddiau crai solet ag egni trydan mewn amgylchedd gwactod, ar ôl sublimation i mewn i nwy, mae ynghlwm wrth wyneb deunydd sylfaen solet i gwblhau'r broses cotio. Mae'r ffilm pecynnu aur, arian neu fetelaidd ar gyfer addurno a welir ym mywyd beunyddiol yn gynnyrch a wneir trwy orchudd sych. Fodd bynnag, o ystyried y cynhyrchiad màs gwirioneddol, mae ystod cymhwysiad cotio sych yn llai na gorchudd gwlyb. Y dull cyffredinol o orchuddio gwlyb yw cymysgu cydrannau â gwahanol swyddogaethau i mewn i orchudd hylif, a'u rhoi ar y deunydd sylfaen mewn gwahanol ddulliau prosesu, yna sychu a solidoli'r cotio hylif i wneud y cynnyrch.
II. Egwyddor ymyrraeth ffilm denau
1. Amrywiad golau
Yn 1860au, datblygodd y ffisegydd Americanaidd Maxwell y theori electromagnetig, gan dynnu sylw bod golau yn fath o don electromagnetig, sy'n gwneud i theori tonnau ddatblygu i lefel berffaith.
Yn ôl deuoliaeth golau Bo Li, mae golau yr un peth â thonnau radio, pelydrau-x,? Tonnau electromagnetig yw rhesi, ond mae eu amleddau'n wahanol. Mae'r berthynas rhwng tonfedd λ, amledd u a chyfradd lluosogi V ton electromagnetig fel a ganlyn:
V = λ u
Gan fod cyflymder lluosogi tonnau electromagnetig amleddau amrywiol mewn gwactod yn gyfartal yn yr Almaen, mae tonfedd tonnau electromagnetig â amleddau gwahanol hefyd yn wahanol. Mae'r donfedd ag amledd uchel yn fyr, tra bod y donfedd ag amledd isel yn hir. Er hwylustod cymharu, yn ôl ton radio, pelydr is-goch, golau gweladwy, pelydr uwchfioled, pelydr-X a? Mae tonfedd (neu amledd) pelydrau, ac ati, yn eu trefnu i sbectrwm yn eu trefn, a elwir yn sbectrwm electromagnetig.
Yn y sbectrwm electromagnetig, tonnau radio sydd â'r donfedd hiraf, y gellir ei rhannu'n don hir, ton ganolig, ton fer, ton ultrashort, microdon ac ati. Yr ail yw pelydr is-goch, pelydr gweladwy a phelydr uwchfioled, a elwir gyda'i gilydd yn ymbelydredd ysgafn. Ymhlith yr holl donnau electromagnetig, dim ond golau gweladwy y gellir ei weld gan lygaid dynol. Mae tonfedd y golau gweladwy tua 0.76 micron i 0.40 micron, sydd ond yn cyfrif am ran fach o'r sbectrwm electromagnetig. Yr ail yw pelydr-X. Y don electromagnetig gyda'r donfedd fyrraf yw y Ray.
Gan fod golau yn fath o don electromagnetig, dylai ddangos ei nodweddion yn y broses lluosogi-ymyrraeth, diffreithiant, polareiddio a ffenomenau eraill.
2. Ymyrraeth ffilm denau
Gall y ffilm fod yn solid tryloyw, hylif neu haen denau o nwy wedi'i glampio gan ddau ddarn o wydr. Mae'r pelydr cyntaf o olau yn cael ei adlewyrchu gan arwyneb uchaf y ffilm, mae'r golau plygiannol yn cael ei adlewyrchu gan arwyneb isaf y ffilm, ac mae'r ail drawst yn cael ei adlewyrchu gan yr wyneb uchaf. Mae'r ddau drawst ar yr un ochr i'r ffilm, wedi'u gwahanu oddi wrth yr un dirgryniad digwyddiad, mae'n olau cydlynol ac yn perthyn i ymyrraeth osgled. Os yw'r ffynhonnell golau yn ffynhonnell golau estynedig (ffynhonnell golau wyneb), dim ond yn ardal orgyffwrdd penodol trawstiau sych dau gam y gellir arsylwi ymyrraeth, felly mae'n perthyn i ymyrraeth leol. Ar gyfer y ffilmiau planar y mae eu dau arwyneb yn gyfochrog â'i gilydd, mae'r cyrion ymyrraeth wedi'i leoli yn anfeidredd, a welir fel arfer yn awyren ffocal y ddelwedd trwy lens gydgyfeiriol; ar gyfer Ffilmiau siâp lletem, mae lleoleiddio ymylol ymyrraeth yn agos at y ffilm.
Mae arbrofion a damcaniaethau wedi profi mai dim ond pan fydd gan ddwy golofn o donnau golau berthynas benodol y gellir cynhyrchu streipiau ymyrraeth. Gelwir y perthnasoedd hyn yn amodau cydlynol. Mae amodau sych y ffilm denau yn cynnwys tri phwynt: mae amledd y ddwy don ysgafn yr un peth; mae cyfeiriad dirgryniad y ddwy don ysgafn yr un peth; mae'r gwahaniaeth cyfnod rhwng y ddwy don ysgafn yn aros yn gyson.
Fformiwla gwahaniaeth llwybr optegol y golau sych dau gam y mae'r ffilm denau yn ymyrryd ag ef yw:
δ = ntcos (α) ± λ / 2
Yn y fformiwla, n yw mynegai plygiannol y ffilm; t yw trwch y ffilm ar y pwynt digwyddiad; α yw'r ongl plygiant yn y ffilm; Mae λ / 2 oherwydd bod dau drawst o olau cydlynol ar ddau ryngwyneb â gwahanol briodweddau (mae un yn gyfrwng dwysedd optegol i gyfrwng dwysedd optegol, a'r llall yn gyfrwng dwysedd optegol i gyfrwng dwysedd optegol) gwahaniaeth llwybr optegol ychwanegol a achosir gan adlewyrchiad uchaf. Defnyddir yr egwyddor o ymyrraeth ffilm denau yn helaeth wrth archwilio arwyneb optegol, mesur union ongl neu linelloldeb bach, paratoi ffilm gwrth-ddewis a hidlydd ymyrraeth, ac ati.
Mae'r golau yn cael ei belydru gan newid cyflwr mudiant yr atom neu'r moleciwl gwreiddiol yn y ffynhonnell golau. Dim ond colofn fer yw'r don ysgafn a allyrrir gan bob atom neu foleciwl, mae'r hyd oddeutu 1 biliwn eiliad. Ar gyfer dwy ffynhonnell golau annibynnol, nid yw'n hawdd cwrdd â'r tri amod ymyrraeth, megis yr un cyfnod neu wahaniaeth cyfnod cyson mewn marchnadoedd arbennig, felly, ni all dwy ffynhonnell golau gyffredinol annibynnol ffurfio ffynhonnell golau gydlynol. At hynny, ni fydd hyd yn oed y golau a allyrrir gan wahanol rannau o'r un ffynhonnell golau yn ymyrryd yn gyffredinol oherwydd eu bod yn cael eu hallyrru gan wahanol atomau neu foleciwlau.
3. Dosbarthiad Nodweddion ffilm optegol
Mae'r prif ddyfeisiau ffilm denau optegol yn cynnwys ffilm adlewyrchol, ffilm gwrth-ddewis, ffilm polareiddio, hidlydd ymyrraeth, sbectrosgop ac ati, a ddefnyddir yn helaeth yn yr economi genedlaethol ac adeiladu amddiffynfeydd cenedlaethol, mae wedi ennill sylw cynyddol gan weithwyr gwyddonol a thechnegol. Er enghraifft, gall defnyddio ffilm gwrth-ddewis ddewis lleihau fflwcs luminous lens optegol gymhleth ddeg gwaith; gall defnyddio drych cymhareb ffilm adlewyrchiad uchel ddyblu pŵer allbwn laser; gall defnyddio ffilm denau optegol wella effeithlonrwydd a sefydlogrwydd batri silicon.
Mae'r model ffilm optegol symlaf yn haen ffilm dielectrig unffurf gydag arwyneb llyfn ac arwyneb isotropig. Yn yr achos hwn, gellir astudio priodweddau optegol ffilmiau tenau optegol trwy theori ymyrraeth golau. Pan fydd ton awyren o olau monocromatig yn digwydd ar y ffilm optegol, bydd yn cael ei hadlewyrchu a'i phlygu sawl gwaith ar ei dau arwyneb. Mae cyfarwyddiadau golau adlewyrchiedig a golau plygiannol yn cael eu rhoi gan y gyfraith myfyrio a phlygiant, mae osgled y golau a adlewyrchir yn cael ei bennu gan fformiwla Fresnel.
Gellir rhannu ffilmiau optegol: ffilm adlewyrchol, ffilm gwrth-ddewis / ffilm gwrth-ddewis, hidlydd, ffilm polarizer / polarizer, ffilm iawndal / plât gwahaniaeth cyfnod, ffilm alinio, ffilm / Ffilm trylediad, ffilm ddisglair / lens / cyddwysydd prismatig, ffilm cysgodi / du a glud gwyn, ac ati. Mae deilliadau cysylltiedig yn cynnwys ffilm amddiffynnol optegol, ffilm ffenestr, ac ati.
Nodweddion y ffilm optegol yw: mae'r wyneb yn llyfn, ac mae'r rhyngwyneb rhwng yr haenau ffilm yn cyflwyno cylchraniad geometrig; gall mynegai plygiannol yr haen ffilm neidio ar y rhyngwyneb, ond mae'n barhaus yn yr haen ffilm; gall fod yn gyfrwng tryloyw, gall hefyd fod yn gyfrwng amsugno; gall fod yn unffurf arferol neu'n anwastad arferol. Mae'r ffilm gymhwysol yn llawer mwy cymhleth na'r ffilm ddelfrydol. Mae hyn oherwydd: yn ystod y paratoad, mae priodweddau optegol a chorfforol y ffilm yn gwyro oddi wrth y swmp-ddeunydd, ac mae'r wyneb a'r rhyngwyneb yn arw, sy'n arwain at adlewyrchiad gwasgaredig y trawst golau; mae'r treiddiad cilyddol rhwng yr haenau ffilm yn ffurfio'r rhyngwyneb trylediad; oherwydd twf, strwythur, straen a rhesymau eraill haen y ffilm, mae pob math o heterogenedd y ffilm yn cael ei ffurfio; mae'r haen ffilm yn cael effaith amser cymhleth.
Yn gyffredinol, gellir rhannu ffilm fyfyriol yn ddau fath, mae un yn ffilm adlewyrchol fetel a'r llall yn ffilm adlewyrchol holl-dielectrig. Yn ogystal, mae ffilm adlewyrchol dielectrig metel yn cyfuno'r ddau, a'i swyddogaeth yw cynyddu adlewyrchiad yr arwyneb optegol.
Yn gyffredinol, mae gan fetelau gyfernod difodiant cymharol fawr. Pan fydd y trawst golau yn digwydd ar yr wyneb metel o aer, mae osgled y golau sy'n mynd i mewn i'r metel yn dadfeilio'n gyflym, sy'n gwneud i'r egni golau sy'n mynd i mewn i'r metel ostwng yn gyfatebol, tra bod yr egni golau a adlewyrchir yn cynyddu. Po uchaf yw'r cyfernod difodiant, y cyflymaf y mae'r osgled golau yn dadfeilio. Y lleiaf o egni ysgafn sy'n mynd i mewn i'r metel, yr uchaf yw'r adlewyrchiad. Mae pobl bob amser yn dewis metelau sydd â chyfernod difodiant mawr ac eiddo optegol sefydlog fel deunyddiau ffilm metel. Y deunydd tenau metel a ddefnyddir yn gyffredin yn y rhanbarth uwchfioled yw alwminiwm, defnyddir yr alwminiwm a'r arian yn gyffredin yn y rhanbarth gweladwy, a defnyddir yr aur, yr arian a'r copr yn gyffredin yn y rhanbarth is-goch. Yn ogystal, mae cromiwm a phlatinwm hefyd yn aml yn cael eu defnyddio fel deunyddiau pilen ar gyfer rhai ffilmiau arbennig. Oherwydd bod alwminiwm, arian, copr a deunyddiau eraill yn hawdd eu ocsidio yn yr awyr a lleihau eu perfformiad, rhaid eu hamddiffyn gan bilen dielectrig trydanol. Mae deunyddiau ffilm amddiffynnol a ddefnyddir yn gyffredin yn cynnwys silicon ocsid, magnesiwm fflworid, silicon deuocsid, alwminiwm ocsid, ac ati.
Mantais y ffilm adlewyrchol fetel yw bod y broses baratoi yn syml a bod yr ystod tonfedd weithio yn eang; yr anfantais yw bod y golled golau yn fawr ac ni all y adlewyrchiad fod yn uchel iawn. Er mwyn gwella adlewyrchiad y ffilm adlewyrchol fetel ymhellach, gellir platio sawl haen o haen dielectrig gyda thrwch penodol y tu allan i'r ffilm i ffurfio'r ffilm adlewyrchol dielectrig metel. Dylid tynnu sylw at y ffaith bod y ffilm dielectrig metel yn cynyddu adlewyrchiad tonfedd benodol (neu ranbarth tonnau penodol), ond yn dinistrio nodwedd adlewyrchiad niwtral y ffilm fetel.