¿Qué es el recubrimiento óptico

- Oct 11, 2018-

Revestimiento óptico-IKS PVD

 

El recubrimiento óptico es un proceso de recubrimiento en la superficie de las partes ópticas de la capa o película delgada de varias capas de metal (o medio). El propósito del revestimiento de piezas ópticas es reducir o aumentar la reflexión de la luz, la división del haz, la separación de colores, el filtro y la polarización. Los métodos de recubrimiento comúnmente utilizados incluyen el recubrimiento al vacío (un tipo de recubrimiento físico) y el recubrimiento químico.

 

Visión general

 

El recubrimiento consiste en utilizar un método físico o químico en el revestimiento de la superficie del material sobre una capa transparente de membrana de electrolito, o recubierto con una capa de película metálica, el objetivo es cambiar la reflexión de la superficie del material y las características de transmisión. Dentro del alcance de las bandas visible e infrarroja, la mayor parte de la reflectividad del metal puede alcanzar el 78% ~ 98%, pero no más del 98%. Tanto para el láser de CO2, el uso de cobre, molibdeno, silicio y germanio, etc. para hacer reflectores, arseniuro de germanio y galio, seleniuro de zinc y elemento óptico de transmisión como material de la ventana de salida, o para el láser YAG adopta el vidrio óptico común como un espejo, El espejo de salida y el material del elemento óptico de la transmisión no pueden cumplir los requisitos de más del 99% del espejo de reflexión total. Las diferentes aplicaciones requieren una transmisión diferente del espejo de salida, por lo que se debe utilizar el método de recubrimiento óptico. Para el láser de CO2 en la banda de onda infrarroja, el material de recubrimiento comúnmente utilizado con fluoruro de itrio, fluoruro, praseodimio, germanio, etc .; Para la banda infrarroja cercana o la banda visible de la lámpara láser YAG, los materiales de recubrimiento comunes incluyen sulfuro de zinc, fluoruro de magnesio, dióxido de titanio, zirconia, etc. Además de las películas de alta reflectancia y translucidez, se pueden colocar películas especiales para reflejar una longitud de onda y transmitir a otra longitud de onda, como la película espectroscópica en tecnología de duplicación de frecuencia láser.

 

Principio básico de recubrimiento óptico.

 

La interferencia óptica es ampliamente utilizada en la óptica de película delgada. El método común de la tecnología de película delgada óptica es aplicar una película delgada sobre el sustrato de vidrio por medio de bombardeo por vacío, que se utiliza para controlar la reflectancia y la transmitancia de la placa base al haz incidente para satisfacer diferentes necesidades. Para eliminar la pérdida de reflexión en la superficie de la parte óptica y mejorar la calidad de imagen, se recubre una capa o una película dieléctrica transparente de múltiples capas. Con el desarrollo de la tecnología láser, existen diferentes requisitos para la reflectividad y la transmitancia de la capa de película, lo que promueve el desarrollo de película de alta reflexión de múltiples capas y permeabilidad de banda ancha. Para diversas aplicaciones, utilizamos película de alta reflexión para producir película reflectante polarizante, espectrofotómetro de color, película fría y filtro de interferencia, etc. Piezas ópticas después del recubrimiento de la superficie, en las capas de membrana de reflexión múltiple y transmisión de luz, la formación de interferencia de haz múltiple y Se pueden obtener el índice de refracción de la película de control y el grosor de la distribución de intensidad diferente, este es el principio básico de interferencia en el recubrimiento.

 

Proceso de recubrimiento

 

Las películas finas ópticas se realizan en cavidades de revestimiento de alto vacío. El proceso de recubrimiento convencional requiere una mayor temperatura del sustrato (generalmente a aproximadamente 300 ); Se pueden realizar técnicas más avanzadas, como la IAD, a temperatura ambiente. El proceso IAD no solo produce películas con mejores propiedades físicas que los procesos de recubrimiento convencionales, sino que también puede aplicarse a sustratos plásticos. Vacío El sistema principal está compuesto por dos bombas criogénicas. Los módulos de control de evaporación de haz de electrones, deposición de IAD, control de luz, control de calentador, control de vacío y control de proceso automático están todos en el panel frontal del revestidor.

Las dos fuentes de cañones de electrones están ubicadas a ambos lados del sustrato, rodeadas por una cubierta circular y cubiertas por el deflector. La fuente de iones está en el medio, y la ventana de control de luz está en frente de la fuente de iones. En la parte superior de la cámara de vacío, la cámara de vacío tiene un sistema planetario con seis accesorios circulares. El accesorio se utiliza para colocar el elemento óptico recubierto. El uso de sistemas planetarios es el método preferido para asegurar la distribución uniforme del material evaporado en el área del accesorio. La abrazadera gira sobre un eje común y gira sobre su propio eje. El control óptico y el control de cristal están en el medio del mecanismo de accionamiento planetario. La gran abertura en la parte posterior conduce a la bomba de alto vacío adjunta. El sistema de calentamiento de la base consta de cuatro lámparas de cuarzo, dos a cada lado de la cámara de vacío.

El método tradicional de deposición de película delgada siempre ha sido la evaporación térmica o el uso de una fuente de evaporación de calentamiento por resistencia o una fuente de evaporación de haz de electrones. Las propiedades de las películas están determinadas principalmente por la energía de los átomos depositados, y la energía de los átomos en la evaporación tradicional es de solo alrededor de 0.1ev. La deposición de IAD da como resultado la deposición directa de vapor ionizado y aumenta la energía de activación para la película en crecimiento, generalmente del orden de 50eV. Las fuentes de iones mejoran las propiedades de la evaporación de haz de electrones convencional al apuntar el haz de la pistola de iones a la superficie del sustrato y la película en crecimiento. Propiedades ópticas de película delgada, como el índice de refracción, la absorción y el umbral de daño del láser, que dependen principalmente de la microestructura de la membrana. La microestructura de las películas puede verse afectada por la presión de aire residual y la temperatura del sustrato. Si los átomos depositados por evaporación tienen una tasa de migración baja en la superficie de la base, la película contendrá microporos. A medida que la película se expone al aire húmedo, estos poros se llenan gradualmente de humedad.

La densidad de llenado se define como la relación entre el volumen de la porción sólida de la película y el volumen total de la película (incluidos los huecos y los microporos). Para películas delgadas ópticas, la densidad de llenado suele ser de 0,75 ~ 1,0, la mayoría de las cuales es de 0,85 ~ 0,95 y rara vez alcanza 1,0. La densidad de llenado menor que 1 hace que el índice de refracción del material evaporado sea más bajo que el de su bloque. En el proceso de deposición, el espesor de cada capa se realiza mediante un monitor óptico o de cristal de cuarzo. Cada una de estas tecnologías tiene ventajas y desventajas, que no se discuten aquí. El punto común es que cuando los materiales se vaporizan, se utilizan en el vacío. Por lo tanto, el índice de refracción es el índice de refracción de los materiales vaporizados en el vacío, en lugar del índice de refracción de los materiales expuestos al aire húmedo. La humedad absorbida por la película reemplaza los microporos y los intersticios, lo que resulta en un mayor índice de refracción de la película. A medida que el espesor físico de la película permanece sin cambios, este aumento en el índice de refracción se acompaña del aumento correspondiente en el espesor óptico, que a su vez hace que las características espectrales de la película se desvíen hacia la dirección de las ondas largas. Para reducir la deriva espectral causada por el volumen y la cantidad de microporos en la capa de membrana, se utilizaron iones de alta energía para transferir su impulso a los átomos del material que se evapora, lo que aumenta considerablemente la tasa de migración de los átomos del material. Durante la condensación en la superficie de la base.

 

El índice de refracción del recubrimiento.

De acuerdo con la teoría básica del electromagnetismo, se mencionan la transmisión y reflexión de diferentes medios. Si n1 incidente perpendicular del medio a n2 reflectividad = [(n2 - n1) / (n1 + n2) ^ 2 = 4 n1n2 tasa de penetración / (n1 + n2) ^ 2

Ejemplos: si el índice de refracción del aire es 1.0, el índice de refracción de un recubrimiento (por ejemplo: 1.5), el índice de refracción nc del vidrio n (por ejemplo: 1.8) (1) por aire directamente en la transmitancia del vidrio = 4 x 1.0 x 1.8 2 / (1 + 1.8) = 91.84% (2) por aire en el revestimiento y luego en la transmitancia del vidrio = [4 x 1.0 x 1.5 / (1 + 1.5) 2] x [4 * 1.5 * 1.8 (1.5 + 1.8 ) / 2] = 95.2%

El vidrio revestido visible aumentará la transmitancia de la luz. Además de esta fórmula, podemos calcular que la luz penetra en ambos lados de la lente, y encontramos que incluso una pieza del índice de refracción de la lente hermosa (1.8), la penetrabilidad de aproximadamente el 85%. Con un recubrimiento (índice de refracción de 1.5), la transmitancia puede alcanzar el 91%. Se puede ver la importancia del recubrimiento óptico.

 

Espesor de recubrimiento

Ya sabemos que la transmitancia está relacionada con el índice de refracción del recubrimiento, pero no sabemos su grosor. Sin embargo, si podemos trabajar en el espesor del recubrimiento, encontraremos la diferencia entre la luz reflejada A y la luz reflejada B. Si nc x 2 d = (N + 1/2) lambda donde N = 0,1, 2,3,4,5 ... Lambda para longitudes de onda de luz en el aire puede causar que la luz reflejada de longitudes de onda específicas tenga un efecto destructivo, por lo que el color de la luz reflejada cambie. Por ejemplo, si el grosor del recubrimiento causado por la cancelación de la luz verde, la luz reflejada aparecerá en rojo. Muchos telescopios en el mercado que parecen lentes rojos se hacen usando este principio. Aun así, la luz transmitida no inclina el fenómeno rojo. En muchos sistemas ópticos complejos, la supresión de la reflexión es un trabajo muy importante. Por lo tanto, se utiliza un grosor de recubrimiento diferente para eliminar la luz reflejada de diferente frecuencia entre un conjunto de lentes. Así que cuanto más avanzado sea el sistema óptico, más colores se encontrarán.

 

Materiales de recubrimiento optico

El material de recubrimiento óptico común tiene los siguientes tipos:

1, fluoruro de magnesio

Características del material: polvo de sistema de cristal cuadrado incoloro, alta pureza, con su preparación de recubrimiento óptico puede mejorar la transmitancia, sin punto de colapso.

2, sílice

Características del material: cristal incoloro, transparente, alto punto de fusión, alta dureza, buena estabilidad química. Con alta pureza, se preparó un recubrimiento de SiO2 de alta calidad, con buen estado de evaporación y sin punto de ruptura. De acuerdo a los requisitos de uso se dividen en luz ultravioleta, infrarroja y visible.

3, óxido de circonio

Características del material Blanco pesado y amorfo, alto índice de refracción y resistencia a altas temperaturas, estabilidad química, alta pureza, con su preparación de recubrimiento de circonia con alta calidad, no el punto de colapso.


Máquina decorativa de revestimiento al vacío ZY-1913