Optik qoplama - Optical coating

Optik qoplamali nometall va linzalar

An optik qoplama bir yoki bir nechtasi yupqa qatlamlar kabi optik komponentga yotqizilgan material ob'ektiv yoki oyna, bu esa optik yo'lni o'zgartiradi aks ettiradi va uzatadi yorug'lik. Optik qoplamaning bir turi - bu an aks ettiruvchi qoplama, bu yuzalardan kiruvchi akslarni kamaytiradi va odatda ishlatiladi tomosha va kamera linzalari. Boshqa bir turi yuqori reflektorli qoplama, bu ularga tushadigan yorug'likning 99,99% dan ko'prog'ini aks ettiruvchi nometall ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin. Keyinchalik murakkab optik qoplamalar ba'zi bir diapazonlarda yuqori aks ettiradi to'lqin uzunliklari ishlab chiqarishga imkon beradigan va boshqa diapazonda aks ettirish dikroik yupqa qatlamli filtrlar.

Qoplamaning turlari

Oddiy tushganda alyuminiy (Al), kumush (Ag) va oltin (Au) metall nometall uchun aks ettirish va to'lqin uzunlik egri chiziqlari

Eng oddiy optik qoplamalar ingichka qatlamlardir metallar, kabi alyuminiy, oynali sirtlarni hosil qilish uchun shisha substratlarga yotqizilgan, bu jarayon ma'lum kumush. Amaldagi metall oynaning aks ettirish xususiyatlarini aniqlaydi; alyuminiy eng arzon va eng keng tarqalgan qoplamadir va aks ettirish qobiliyatini 88% -92% atrofida beradi ko'rinadigan spektr. Bundan qimmatroq kumush, bu uzoqroqqa ham 95% -99% gacha aks ettiradi infraqizil, lekin ko'kda va () <90%) pasayishidan aziyat chekadi ultrabinafsha spektral mintaqalar. Eng qimmat oltin, bu butun davomida ajoyib (98% -99%) aks ettiradi infraqizil, lekin to'lqin uzunliklarining cheklanganligi, 550 dan qisqa nm, natijada odatdagi oltin rang paydo bo'ladi.

Metall qoplamalarning qalinligi va zichligini nazorat qilish orqali aks ettirish qobiliyatini kamaytirish va sirtning o'tkazuvchanligini oshirish mumkin, natijada yarim kumush oyna. Ba'zan "bir tomonlama nometall ".

Optik qoplamaning boshqa asosiy turi bu dielektrik qoplama (ya'ni substratga boshqa sinish ko'rsatkichi bo'lgan materiallardan foydalanish). Bu kabi materiallarning ingichka qatlamlaridan qurilgan magniy ftorid, kaltsiy ftoridi va optik substratga yotqizilgan har xil metall oksidlari. Ushbu qatlamlarning aniq tarkibini, qalinligini va sonini sinchkovlik bilan tanlab, deyarli istalgan xususiyatlarni ishlab chiqarish uchun qoplamaning aks etishi va o'tkazuvchanligini moslashtirish mumkin. Sirtlarning aks ettirish koeffitsientlari 0,2% dan kamrog'iga tushirilishi mumkin, bu esa an hosil qiladi akslantirish (AR) qoplama. Aksincha, aks ettirish qobiliyatini 99,99% dan oshirib, a hosil qiladi yuqori reflektorli (HR) qoplama. Yansıtıcılık darajasi, shuningdek, har qanday ma'lum bir qiymatga moslashtirilishi mumkin, masalan, 90% aks ettiradigan va unga tushadigan yorug'likning 10% to'lqin uzunliklarida uzatadigan oynani ishlab chiqarish uchun. Bunday nometall ko'pincha ishlatiladi besplitlitters va kabi chiqish ulagichlari yilda lazerlar. Shu bilan bir qatorda, qoplama shunday yaratilishi mumkinki, ko'zgu yorug'likni faqat tor to'lqin uzunliklarida aks ettiradi va optik filtr.

Dielektrik qoplamalarining ko'p qirraliligi ularni ko'plab ilmiy optik asboblarda (masalan, lazerlarda, optik mikroskoplar, sinishi teleskoplari va interferometrlar ) kabi iste'molchi qurilmalari kabi durbin, ko'zoynaklar va fotosurat linzalari.

Dielektrik qatlamlar ba'zida himoya qatlamini ta'minlash uchun metall plyonkalarning ustiga qo'llaniladi (xuddi shunday) kremniy dioksidi yoki alyuminiy ustidan), yoki metall plyonkaning aksini oshirish uchun. Metall va dielektrik birikmalaridan ilg'or qoplamalar ishlab chiqarish uchun ham foydalaniladi, ularni boshqa yo'l bilan bajarish mumkin emas. Bir misol "deb nomlanganmukammal oyna ", bu to'lqin uzunligiga, burchakka va ga nisbatan juda kam sezgirlik bilan yuqori (lekin mukammal emas) aks ettiradi qutblanish.^[1]

Yorug'likka qarshi qoplamalar

Qoplanmagan ko'zoynakni (yuqori) va ko'zguga qarshi qoplamali (pastki) oynalarni taqqoslash.

Yansıtıcı qoplamalar, sirtdan aks ettirishni kamaytirish uchun ishlatiladi. Qachonki nur yorug'lik birdan harakat qiladi o'rta boshqasiga (masalan, yorug'lik varaqqa kirganda stakan sayohat qilgandan keyin havo ), yorug'likning bir qismi sirtdan aks etadi (. nomi bilan tanilgan interfeys) ikki ommaviy axborot vositasi o'rtasida.

Ko'zgularni kamaytirish uchun bir qator turli effektlardan foydalaniladi. Eng sodda, interfeysda ingichka material qatlamidan foydalanish, ikkala ommaviy axborot vositalarining sinishi ko'rsatkichi bilan. Ko'zgu qachon minimallashtiriladi

${ displaystyle n_ {1} = { sqrt {n_ {0} n_ {S}}}}$,

qayerda ${ displaystyle n_ {1}}$ ingichka qatlamning ko'rsatkichi va ${ displaystyle n_ {0}}$ va ${ displaystyle n_ {S}}$ ikki ommaviy axborot vositalarining ko'rsatkichlari. 0 ° dan boshqa tushish burchaklaridagi bir nechta qoplama qatlamlari uchun tegmaslik sinish ko'rsatkichlari Moreno va boshq. (2005).^[2]

Bunday qoplamalar oddiy shisha uchun aks ettirishni sirt uchun taxminan 4% dan taxminan 2% gacha kamaytirishi mumkin. Ular tomonidan tanilgan, piyodalarga qarshi akslantirish qoplamasining birinchi turi bo'lgan Lord Rayleigh 1886 yilda. U eski, biroz xiralashgan shisha bo'laklari bu ta'sir tufayli yangi, toza bo'laklarga qaraganda ko'proq nur o'tkazishini aniqladi.

Amaliy aksga qarshi qoplamalar oraliq qatlamga nafaqat uning aks ettirish koeffitsientini to'g'ridan-to'g'ri kamaytirishiga, balki aralashish yupqa qatlamning ta'siri. Agar qatlam qalinligi aniq boshqarilsa, u qatlamdagi yorug'lik to'lqin uzunligining to'rtdan biriga to'g'ri keladi (a chorak to'lqinli qoplama), ingichka qatlamning old va orqa tomonlaridagi aks ettirishlar bir-birini buzadi va bekor qiladi.

Chorak to'lqinli akslantirish qoplamasida shovqin

Amalda, oddiy bir qatlamli interferentsiya qoplamasining ishlashi, aks ettirish faqat bitta to'lqin uzunligi uchun bir burchak ostida to'liq bekor qilinishi va mos materiallarni topishdagi qiyinchiliklar bilan cheklangan. Oddiy shisha uchun (n≈1.5), tegmaslik qoplama ko'rsatkichi n-1.23. Bir nechta foydali moddalar talab qilinadigan sinishi ko'rsatkichiga ega. Magniy ftoridi (MgF₂) tez-tez ishlatiladi, chunki u bardoshli va yordamida substratlarga osonlikcha qo'llanishi mumkin jismoniy bug 'cho'kmasi, garchi uning ko'rsatkichi kerakli darajadan yuqori bo'lsa ham (n = 1.38). Bunday qoplamalar bilan oddiy oynada 1% gacha aks ettirish mumkin va yuqori indikatorlarda yaxshi natijalarga erishish mumkin.

Sirtdagi ko'zgular maksimal darajada halokatli shovqinlarni boshdan kechirishi uchun mo'ljallangan, bir nechta qoplama qatlamlari yordamida yanada qisqartirish mumkin. Ikki yoki undan ortiq qatlamlardan foydalangan holda, ko'zga ko'rinadigan diapazonni (400-700 nm) qamrab oladigan keng polosali akslantirish qoplamalari odatda 0,5% dan kam nurga ega. Tor tor to'lqin uzunliklarida aks ettirish 0,1% gacha bo'lishi mumkin. Shu bilan bir qatorda, keng polosali antirlektiv qoplamani yaratish uchun sinish ko'rsatkichidagi kichik farqlarga ega bo'lgan bir qator qatlamlardan sinish koeffitsienti gradienti.

Yuqori ko'zgu qoplamalari

Ayol ko'zoynagi yuqori darajada aks ettiruvchi optik qoplamali ko'zoynak taqadi

Yuqori nurli (HR) qoplamalar akslantirishga qarshi qoplamaga qarshi ishlaydi. Umumiy g'oya odatda ikkita materialdan tashkil topgan davriy qatlam tizimiga asoslanadi, biri yuqori ko'rsatkichga ega, masalan rux sulfidi (n= 2.32) yoki titanium dioksid (n= 2.4), va past ko'rsatkichga ega bo'lgan, masalan magniy ftorid (n= 1.38) yoki kremniy dioksidi (n= 1.49). Ushbu davriy tizim ma'lum bir to'lqin uzunligi oralig'ida yuzaning aks ettirish qobiliyatini sezilarli darajada oshiradi stop-stop, uning kengligi faqat ishlatilgan ikkita indeksning nisbati bilan belgilanadi (chorak to'lqinli tizimlar uchun), maksimal yansıtıcılık esa qatlamlarning bir qatorida deyarli 100% gacha ortadi suyakka. Qatlamlarning qalinligi odatda chorak to'lqinli bo'ladi (u holda ular xuddi shu materiallardan tashkil topgan chorak to'lqinli bo'lmagan tizimlarga nisbatan eng yuqori aks etuvchi polosaga ega bo'ladi) konstruktiv ravishda aks ettirishni maksimal darajada oshirish va uzatishni minimallashtirish uchun bir-birlariga aralashish. To'liq silliq yuzalarga yotqizilgan dielektrik yo'qotishsiz materiallardan qurilgan bu qoplamalarning eng yaxshisi aks ettirish qobiliyatini 99,999% dan yuqori (to'lqin uzunliklarining juda tor diapazonida) olishlari mumkin. Oddiy HR qoplamalari keng to'lqin uzunligi oralig'ida (ko'rinadigan spektr oralig'ida o'nlab nanometr) 99,9% aks ettirishga erishishi mumkin.

AR qoplamalariga kelsak, HR qoplamalariga nurning tushish burchagi ta'sir qiladi. Oddiy insidensiyadan uzoqroq joyda foydalanilganda, aks etuvchi diapazon qisqaroq to'lqin uzunliklariga siljiydi va qutblanishga bog'liq bo'ladi. Ushbu effekt yorug'lik nurlarini polarizatsiya qiladigan qoplamalar ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin.

Yansıtıcı stakta qatlamlarning aniq qalinligi va tarkibi bilan manipulyatsiya qilish orqali, aks ettirish xususiyatlari ma'lum bir dasturga moslashtirilishi mumkin va yuqori nurli va aks etuvchi to'lqin uzunliklarini o'z ichiga olishi mumkin. Qoplama uzoq yoki qisqa o'tkazgichli filtr, o'tkazgich yoki tirqish filtri yoki o'ziga xos aks etuvchi oynaga (lazerlarda foydali) mo'ljallangan bo'lishi mumkin. Masalan, dikroik prizma ba'zilarida ishlatiladigan montaj kameralar ikkita dielektrik qoplamani talab qiladi, bittasi 500 nm dan past nurni aks ettiruvchi (yorug'likning ko'k komponentini ajratish uchun) bitta uzun to'lqin uzunlikdagi o'tish filtri va qizil nurni aks ettirish uchun bitta qisqa o'tish filtri, 600 nm to'lqin uzunligidan yuqori. Qolgan uzatilgan yorug'lik yashil komponent hisoblanadi.

Haddan tashqari ultrabinafsha qoplamalar

In EUV spektrning bir qismi (to'lqin uzunligi qariyb 30 nm dan kam) deyarli barcha materiallar kuchli singib ketadi, shu sababli bu to'lqinlar oralig'ida yorug'likni yo'naltirish yoki boshqa yo'l bilan boshqarish qiyin kechadi. Kabi teleskoplar IZ yoki EIT EUV nurlari bilan tasvirlarni yaratadigan yuqori massali metallning yuzlab o'zgaruvchan qatlamlaridan qurilgan ko'p qavatli nometalldan foydalaniladi. molibden yoki volfram va shunga o'xshash kam massali bo'shliq kremniy, vakuum yotqizilgan kabi substrat ustiga stakan. Har bir qatlam juftligi aks etadigan yorug'lik to'lqin uzunligining yarmiga teng bo'lgan qalinlikka ega bo'lishi uchun mo'ljallangan. Konstruktiv aralashuv har bir qatlamdan tarqalgan nurlar orasida ko'zgu ko'rinadigan nurda odatdagi metall oynada bo'lgani kabi kerakli to'lqin uzunlikdagi EUV nurini aks ettiradi. Ko'p qavatli optikadan foydalanib, tushgan EUV nurining 70% gacha aks ettirish mumkin (oyna qurilganda tanlangan to'lqin uzunligida).

Shaffof o'tkazuvchan qoplamalar

Shaffof Supero'tkazuvchilar qoplamalar elektr o'tkazuvchanligi yoki tarqalishi muhim bo'lgan joylarda qo'llaniladi statik zaryad. Diafragmani himoya qilish uchun Supero'tkazuvchilar qoplamalar ishlatiladi elektromagnit shovqin, dissipativ qoplamalar esa uning ko'payishini oldini olish uchun ishlatiladi statik elektr. Shaffof o'tkazuvchan qoplamalar, shuningdek, yorug'lik o'tishi kerak bo'lgan holatlarda elektrodlarni ta'minlash uchun keng qo'llaniladi, masalan tekis panelli displey texnologiyalar va boshqalarda fotoelektrokimyoviy tajribalar. Shaffof o'tkazuvchan qoplamalarda ishlatiladigan keng tarqalgan modda indiy kalay oksidi (ITO). ITO optik jihatdan shaffof emas. Shaffoflikni ta'minlash uchun qatlamlar ingichka bo'lishi kerak, ayniqsa spektrning ko'k uchida. ITO dan foydalanish, varaqqa qarshilik 20 dan 10000 gacha kvadrat uchun ohm erishish mumkin. ITO qoplamasi antireflektiv qoplama bilan birlashtirilib, yanada yaxshilanadi o'tkazuvchanlik. Boshqa TCO (shaffof o'tkazuvchi oksidlar) tarkibiga AZO (alyuminiy qo'shilgan sink oksidi) kiradi, bu esa ITO ga qaraganda ancha yaxshi ultrabinafsha nurlanishini ta'minlaydi, shaffof o'tkazgichli qoplamalarning maxsus klassi IQ shaffof oynalari bo'lishi kerak bo'lgan teatr-havo harbiy optikasi uchun infraqizil filmlarga qo'llaniladi (Radar yashirin (Yashirin texnologiya ) xususiyatlari. Ular RAIT (Radar susaytiruvchi / infraqizil uzatuvchi) deb nomlanadi va tarkibiga bor qo'shilgan DLC (Olmosga o'xshash uglerod )^{[iqtibos kerak ]}.

Joriy bozor va prognoz

2013 yilda 6,5 ​​milliard AQSh dollariga baholanmoqda, kelgusi yillarda optik qoplamalarga global talab yiliga 6,5 ​​foizga o'sishi kutilmoqda. Optik qoplamalarning eng katta qo'llaniladigan bozori - bu elektronika va yarimo'tkazgich, eng tez o'sib borayotgani - tolali optikalar va telekommunikatsiyalar.^[3]

Manbalar

• Xech, Evgeniya. 9-bob, Optik, 2-nashr. (1990), Addison Uesli. ISBN  0-201-11609-X.
• I. Moreno va boshq., "Yupqa plyonkali fazoviy filtrlar" Optik xatlar 30, 914-916 (2005)
• C. Klark va boshq., "TAMD tizimlari uchun ikkita rangli Mach 3 IR qoplamasi", Proc. SPIE Vol. 4375, p. 307-314 (2001)

Adabiyotlar

Shuningdek qarang

• Teleskop qismlari va tuzilishi ro'yxati