光学コーティング技術の応用原理を詳細に説明します

- Aug 19, 2019-

光学コーティング技術の応用原理を詳細に説明します

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光学フィルムは、精密機器や光学機器、ディスプレイ機器から日常生活での光学フィルムの使用まで、私たちの生活のいたるところにあります。 たとえば、メガネ、デジタルカメラ、さまざまな家電製品、または紙幣の偽造防止技術はすべて、光学薄膜技術の拡張と呼ぶことができます。 開発の基礎として光学薄膜技術がなければ、現代の光電、通信、レーザー技術は進歩することができません。これは、光学薄膜技術の研究開発の重要性も示しています。 今日、私たちはあなたに光学コーティングの応用原理をもたらします。

 

光学薄膜の定義

光学薄膜は、次のように定義されます:光の伝搬経路のプロセスに関与し、層の表面の光学デバイスの厚さの薄くて均一な誘電体フィルムに取り付けられ、層状媒体膜層反射、ショット(通帳)を通して、すべての光反射または偏光分離など、さまざまな特殊な形式の光を通じて、すべての範囲内で1つまたは複数の波長の光で必要なものを実現するための偏光特性。

 

光学フィルムは、透過、反射、吸収、散乱などの光波の透過特性を変更するために、光学素子または独立した基板上の1つ以上の誘電体フィルムまたは金属フィルムまたは2種類のフィルムの組み合わせの製造またはコーティングを指します、偏光および光の位相変化。 したがって、適切な設計により、異なる波長帯域を持つ要素の表面の透過率と反射率を調整でき、異なる偏光面を持つ光は異なる特性を持つことができます。

 

一般に、光学フィルムの製造方法は、主に乾式と湿式の製造プロセスに分けられます。 いわゆる乾式とは、処理プロセス全体で液体が現れないことを意味します。 たとえば、真空蒸発は、真空環境で電気エネルギーで固体原料を加熱することです。 気体に昇華した後、固体基材の表面に付着してコーティング処理を完了します。 日常生活で使用する金、銀、または金属質の感触を持つ包装フィルムを参照してください、それは乾式コーティング手段で作る製品です。 しかし、実際の生産上の考慮事項では、ドライコーティングの適用はウェットコーティングよりも少ないです。 一般的な方法であるウェットコーティングでは、さまざまな機能性成分を液体コーティングに混ぜて、さまざまな処理方法で基材にコーティングし、液体コーティングを乾燥硬化製品にします。

 

二。 膜干渉の原理

 

1. 光の変動

1860年代、アメリカの物理学者マクスウェルは電磁気学の理論を開発しました。 彼は、光は一種の電磁波であり、波動の理論を完全なものにしたと指摘しました。

 

光の波動粒子の二重性から、光と電波、X線は電磁波ですが、周波数は異なります。 電磁波の波長lambda、周波数u、および伝播速度Vの関係は次のとおりです。

V =λu

 

真空内では異なる周波数の電磁波が同じ速度で進むため、異なる周波数の異なる波長を持っています。 高周波の波長は短く、低周波の波長は長くなります。 比較のために、電波、赤外線、可視光線、紫外線、X線、およびガンマ線を、電磁スペクトルと呼ばれるスペクトルにまとめることができます。

 

電磁スペクトルでは、最も長い波長は電波で、長波、中波、短波、超短波、マイクロ波などに分けられます。次に、赤外線、可視光、紫外線があり、これらはまとめて光放射として知られています。 すべての電磁波のうち、可視光のみが人間の目で見ることができます。 0.76から0.40ミクロンの波長の可視光は、電磁スペクトルのごく一部しか占めていません。 繰り返しますが、X線。 最短波長の波はy線です。

 

光は電磁波の一種であるため、干渉、回折、偏光などの特性を示す必要があります。

 

2. 膜干渉

 

フィルムは、透明な固体、液体、または2枚のガラスの間に挟まれた薄い気体層です。 入射光はフィルムの上面で反射して最初の光線を取得し、屈折した光はフィルムの下面で反射し、屈折した光線は上面で反射して第2の光線を取得します。 これらの2つのビームはフィルムの同じ側にあり、同じ入射振動によって分離されます。これはコヒーレント光であり、分数振幅干渉に属します。 光源が拡張光源(面光源)の場合、干渉は2つのコヒーレントビームの特定の重複領域でのみ観察できるため、局所干渉です。 2つの平行な表面を持つ平面薄膜の場合、干渉縞は無限遠に局在し、収束レンズによって画像の焦点面で観察されます。 くさび形の薄膜の場合、干渉縞は薄膜の近くに局在します。

 

実験と理論によって、2つの一連の光波が特定の関係を持つ場合にのみ干渉縞が生成されることが証明されており、これらの関係はコヒーレント条件と呼ばれます。 薄膜のコヒーレンス条件には3つのポイントが含まれます。2つの光波の周波数は同じです。 ビーム波は同じ方向に振動します。 2つの光波の位相差は一定のままです。

 

2つのコヒーレント光による薄膜干渉の光路差の式は次のとおりです。

Δ= ntcos(α)±λ/ 2

 

ここで、nはフィルムの屈折率です。 Tは入射点でのフィルムの厚さです。 アルファは、フィルムの屈折角です。 ラムダ/ 2は、2つの異なる界面での2つのコヒーレント光線の反射によって生じる追加の光路差です。1つは光の密度が高く、もう1つは光の密度が高いです。 薄膜干渉の原理は、光学表面の検査、微小な角度または直線性の正確な測定、反射防止フィルムおよび干渉フィルターの準備などで広く使用されています。

 

光は原子または分子の光の運動状態であり、放射線を変化させ、そのたびに原子または分子からの各光、1つの短い列、2つの独立した光源の約10億秒の持続時間、特に3つの条件を干渉し、この条件と同じ位相または位相定数は満たすのが容易ではないため、2つの独立した一般的な光源はコヒーレント光源を構成できません。 さらに、同じ光源の異なる部分からの光であっても、それらは異なる原子または分子からのものであるため、通常は干渉しません。

 

三。 光学フィルムの特性分類

 

主な光学薄膜デバイスには、反射フィルム、反射防止フィルム、偏光フィルム、干渉フィルター、分光器などがあります。これらは、国民経済および国防建設で広く使用されており、科学技術によりますます注目されています。労働者。 例えば、反射防止フィルムを使用することにより、複雑な光学レンズの光束損失を10倍に減らすことができます。 レーザーの出力には、高反射率フィルム比を掛けることができます。 シリコンセルの効率と安定性は、光学フィルムを使用することで改善できます。

 

最も単純な光学フィルムモデルは、滑らかで等方性の均一な誘電体フィルムです。 この場合、光学フィルムの光学特性は、光の干渉の理論で調べることができます。 単色光の平面波が光学フィルムに入射すると、その2つの表面で複数の反射と屈折が発生します。 反射光と屈折光の方向は反射法則と屈折法則によって与えられ、反射光合成屈折光の振幅はフレネルの式によって決まります。

 

光学フィルムは、反射フィルム、反射防止フィルム/反射防止フィルム、フィルター、偏光子/偏光フィルム、補償フィルム/位相差板、配向フィルム、拡散フィルム/フィルム、光沢フィルム/プリズムフィルム/集光フィルムに分類できます。遮光フィルム/白黒接着剤など。関連する派生製品には、光学グレードの保護フィルム、窓用フィルムなどが含まれます。

光学フィルムの特徴は、滑らかな表面と、フィルム層間の界面の幾何学的分割です。 フィルムの屈折率は界面でジャンプする可能性がありますが、フィルム内では連続しています。 透明な媒体でも吸収性の媒体でもかまいません。 法線方向に均一であっても、法線方向に不均一であってもよい。 フィルムの実際の用途は、理想的なフィルムよりもはるかに複雑です。 これは、準備中、フィルムの光学的および物理的特性がバルク材料から逸脱し、表面および界面が粗いため、ビームの拡散反射が生じるためです。 拡散界面は、フィルム層間の相互浸透によって形成されます。 膜の成長、構造および応力により、膜の異方性が形成されます。 膜には複雑な時間効果があります。

 

反射膜は一般に2つのカテゴリに分類できます。1つは金属反射膜、もう1つはすべて誘電体反射膜です。 さらに、光学表面の反射率を高めるために2つを組み合わせた金属誘電体反射フィルムがあります。

 

一般的に、金属はより高い吸光係数を持っています。 光ビームが空気から金属表面に入射すると、金属に入る光の振幅は急速に減衰するため、金属内部に入る光エネルギーはそれに応じて減少し、反射光エネルギーは増加します。 吸光係数が大きいほど、光の振幅の減衰が速くなり、金属に入射する光エネルギーが少なくなるほど、反射率が高くなります。 人々は常に金属フィルムの材料として高い吸光係数と安定した光学特性を持つ金属を選択します。 紫外線領域では一般的に使用される金属の薄い材料はアルミニウムであり、可視領域では一般的に使用されるアルミニウムおよび銀、赤外領域では一般的に使用される金、銀および銅、さらに、クロムおよび白金もしばしば特殊な膜材料を作成します。 空気中のアルミニウム、銀、銅、その他の材料は酸化しやすく、性能が低下するため、誘電体膜を保護する必要があります。 一般的に使用される保護膜材料は、酸化ケイ素、フッ化マグネシウム、二酸化ケイ素、酸化アルミニウムなどです。

 

金属反射フィルムの利点は、簡単な調製プロセスと広い波長範囲です。 欠点は、光損失が大きく、反射率が非常に高くならないことです。 金属反射フィルムの反射率をさらに改善するために、フィルムの外側に特定の厚さの誘電体層のいくつかの層を追加して、金属誘電体反射フィルムを形成することができます。 金属誘電体の放射膜は、特定の波長(または特定の波領域)の反射率を増加させますが、金属膜の中性反射の特性を破壊することを指摘する必要があります。

 

IKS PVD 光学コーティング機、OPT-2700、詳細、連絡先:iks.pvd@foxmail.com

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